專利名稱：氣體中塵粒濃度測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種用于氣體中塵粒濃度測(cè)量的裝置，可廣泛地應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)中污染源煙塵、大氣中懸浮微粒、勞動(dòng)保護(hù)崗位中粉塵等污染塵粒濃度的監(jiān)測(cè)和固體顆粒或粉體在氣動(dòng)輸送，噴吹等方面濃度的測(cè)量。
現(xiàn)有的氣體中塵粒濃度測(cè)量裝置主要由采樣儀和天平構(gòu)成，氣體塵粒濃度的測(cè)量，普遍使用采樣儀器以一定方式將氣體中塵粒采樣過(guò)濾至一已稱重的濾膜(或?yàn)V筒)上，然后將濾膜(或?yàn)V筒)再次稱重，以采樣前后兩次稱重之差得采樣塵粒質(zhì)量，根據(jù)此次采樣氣體的標(biāo)況體積，利用人工計(jì)算得出氣體中塵粒濃度，效率較低，勞動(dòng)強(qiáng)度較大。以上所說(shuō)的采樣氣體的標(biāo)況體積是由采樣儀中微機(jī)電路部分測(cè)量計(jì)算得出，所說(shuō)的微機(jī)電路部分如圖3中濾線框外所示，它系現(xiàn)有技術(shù)，如武漢市天虹智能儀表廠，青島嶗山應(yīng)用技術(shù)研究所等廠家生產(chǎn)的“氣體塵粒采樣儀”均采用該電路。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種自身校準(zhǔn)、檢定比較簡(jiǎn)單、方便，能提高勞動(dòng)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，自動(dòng)測(cè)量氣體中塵粒濃度的裝置，便于氣體中塵粒濃度的測(cè)量。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是包括采樣頭、微機(jī)電路部分，其特征在于它還包括塵粒過(guò)濾及其質(zhì)量測(cè)量機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是浮體(1)懸浮于容器(2)中的載浮液(3)中，浮體(1)的內(nèi)空腔體內(nèi)有塵粒過(guò)濾器(4)，塵粒過(guò)濾器(4)在氣路上將浮體(1)兩側(cè)對(duì)稱的氣嘴(8)、(9)隔開，氣嘴(8)、(9)通過(guò)軟管(10)、(11)分別與容器(2)內(nèi)壁兩側(cè)的氣嘴(12)、(13)相連通，并分別接通容器(2)的外空間，浮體(1)上端連接的長(zhǎng)柱體(5)穿過(guò)容器(2)上端密封連接的長(zhǎng)柱管(6)，長(zhǎng)柱體(5)可在長(zhǎng)柱管(6)內(nèi)上下自由移動(dòng)，長(zhǎng)柱體(5)和長(zhǎng)柱管(6)都垂直于載浮液(3)的液面(14)，液面(14)在長(zhǎng)柱體(5)的外表面與長(zhǎng)柱管(6)的內(nèi)表面形成的空間里，容器(2)連通取壓嘴(7)，取壓嘴(7)密封連接微差壓傳感器，傳感信號(hào)通過(guò)前置放大電路接微機(jī)。
上述長(zhǎng)柱體(5)可為管狀體或?qū)嵭捏w，其外表面光滑，下端與浮體(1)連為一體，其重心與浮體(1)的重心在同一條垂直于液面(14)的直線上。
上述長(zhǎng)柱管(6)的內(nèi)表面光滑，其上下兩端內(nèi)表面各有一小突起環(huán)。
上述軟管(12)、(13)用柔性材料包括橡膠、氟橡膠、硅膠制成，其長(zhǎng)度大于20mm，其重量與其在載浮液(3)中的浮力相當(dāng)。
本實(shí)用新型利用抽氣泵或其它動(dòng)力，將被測(cè)氣體采集至浮體(1)中，經(jīng)塵粒過(guò)濾器(4)過(guò)濾，塵粒留在浮體(1)中，浮體(1)的質(zhì)量增加帶動(dòng)長(zhǎng)柱體(5)下降，容器(2)中載浮液(3)在長(zhǎng)柱體(5)和長(zhǎng)柱管(6)的間隔空間的液面(14)上升，由物理學(xué)浮力理論可知，浮體(1)增加的塵粒質(zhì)量等于載浮液(3)上升部分的液體質(zhì)量，此質(zhì)量與液面(14)上升高度成正比，液面(14)上升高度與取壓嘴(7)處產(chǎn)生的差壓成正比，由此可推導(dǎo)得出，塵粒質(zhì)量與其產(chǎn)生的微差壓成正比，通過(guò)微差壓傳感器，前置放大電路及微機(jī)電路即可測(cè)量出采樣塵粒的質(zhì)量，此質(zhì)量測(cè)量機(jī)構(gòu)利用高精度質(zhì)量法碼可以比較簡(jiǎn)單、方便地進(jìn)行校準(zhǔn)、檢定，量值傳遞精度高。
本實(shí)用新型還利用了流量傳感器測(cè)量采樣氣體的流量，利用微機(jī)定時(shí)累積采樣氣體的體積，利用溫度傳感器、微差壓傳感器測(cè)量采樣氣體的狀態(tài)，以便換算，若被采為管道氣體，可利用流速測(cè)量機(jī)構(gòu)測(cè)量被采樣管道氣體的流速，利用微機(jī)和監(jiān)控軟件進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、控制、計(jì)算、換算得出氣體中塵粒的濃度，并自動(dòng)顯示數(shù)據(jù)，提高了勞動(dòng)效率，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。
以下結(jié)合
本實(shí)用新型的實(shí)施例。
圖1為塵粒過(guò)濾及其質(zhì)量測(cè)量機(jī)構(gòu)的縱向剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為裝置氣體路連接流向方框圖；圖3為裝置微機(jī)電路部分原理圖。
附圖1中，浮體(1)為一空心圓柱體，也可為空心球體或其它型體，其內(nèi)空的塵粒濾器(4)由帶通氣孔的濾膜支撐體和包在支撐體表面的濾膜組成，濾膜由玻璃纖維或紡織濾布制成，支撐體連通氣嘴(8)，并通過(guò)氣嘴(8)固定在浮體(1)的內(nèi)空，浮體(1)表面有密封蓋，通過(guò)螺口可以打開，以便清除塵粒和更換濾膜，長(zhǎng)柱體(5)為空心圓柱體，也可為上面部分為空心或?yàn)閷?shí)心帶托盤的其它型體，其外面光滑，下端與浮體(1)安裝連為一體，其重心和浮體(1)的重心在同一條垂直于載浮液(3)的液面(14)的直線上，浮體(1)和長(zhǎng)柱體(5)的總重量比其在載浮液(3)中的浮力小，長(zhǎng)柱體(5)的上端為一喇叭型開口，以便放入填充物使浮體(1)達(dá)到初始懸浮位置附近，也可放入法碼對(duì)本裝置的質(zhì)量測(cè)量機(jī)構(gòu)進(jìn)行校準(zhǔn)、檢定，容器(2)可為任意形體，其內(nèi)空需保證浮體(1)上下自由移動(dòng)，無(wú)內(nèi)壁接觸性阻力，長(zhǎng)柱管(6)為直圓管型，也可為其它連通型體，其內(nèi)表面光滑，上端開口，下端密封連接容器(2)的上口，長(zhǎng)柱管(6)上下兩端的內(nèi)表面各有一小突起環(huán)，以減小長(zhǎng)柱體(5)上下移動(dòng)時(shí)與長(zhǎng)柱管(6)內(nèi)表面的摩擦阻力，載浮液(3)為粘度較低的液體，如水、酒精、防凍液等，液面(14)在長(zhǎng)柱體(5)與長(zhǎng)柱管(6)的間隔空間里，間隔空間的截面形成液面(14)，取壓嘴(7)與容器(2)的連接管道在長(zhǎng)柱管(6)下端以上5mm左右的水平位置，可通過(guò)螺口斷開，以便注入載浮液(3)時(shí)或調(diào)節(jié)浮體(1)的初始位時(shí)控制液面(14)的位置，工作時(shí)可密封連接上，軟管(10)、(11)用柔性材料制作，如橡膠、氟橡膠、硅膠等，其長(zhǎng)度應(yīng)大于20mm，以減小其局部彈力對(duì)浮體(1)的影響，其外壁間斷地粘有附著物，使其在載浮液(3)中浮力與其重量相當(dāng)，以減小其附加浮力對(duì)浮體(1)的影響，浮體(1)、包括其內(nèi)的塵粒過(guò)濾器(4)的支撐體、容器(2)、長(zhǎng)柱體(5)、長(zhǎng)柱管(6)、取壓嘴(7)及其與容器(2)連接管道、氣嘴(8)、(9)、(12)、(13)分別用有一定機(jī)械強(qiáng)度的材料制作，如塑料、有機(jī)玻璃、金屬等、其壁厚需保證其工作或運(yùn)輸時(shí)，不易變形的機(jī)構(gòu)強(qiáng)度，長(zhǎng)柱管(6)的長(zhǎng)度取決于微差壓傳感器的滿量程，如使用1kPa微差壓傳感器，利用水作載浮液時(shí)，其長(zhǎng)度為102mm，利用酒精作載浮液時(shí)，其長(zhǎng)度為128mm，長(zhǎng)柱體(5)與長(zhǎng)柱管(6)的橫載面尺寸決定測(cè)量質(zhì)量分辨率，液面(14)面積減小，測(cè)量質(zhì)量分辨率越小，用1kPa高精度微差壓傳感器，可分辨0.1Pa，長(zhǎng)柱體(5)橫截面為φ10mm，長(zhǎng)柱管(6)內(nèi)空橫截面為φ12mm時(shí)，其分辨率為0.35mg，若長(zhǎng)柱體(5)橫截面為φ10mm時(shí)，長(zhǎng)柱管(6)內(nèi)空橫截面為φ14mm時(shí)，其分辨率為0.75mg，根據(jù)所需分辨率，可決定長(zhǎng)柱體(5)和長(zhǎng)柱管(6)的橫截面機(jī)械尺寸，浮體(1)的型體大小，即機(jī)械尺寸可根據(jù)其所需過(guò)濾的塵粒的質(zhì)量而定，可大可小。長(zhǎng)柱體(5)的長(zhǎng)度和容器(2)的內(nèi)空高度須保證浮體(1)和長(zhǎng)柱體(5)移動(dòng)將液面(14)壓至壓力傳感器的滿量程。
附圖2中，被采樣氣體經(jīng)采樣頭(15)順序流過(guò)導(dǎo)塵管(16)、氣嘴(13)、浮體(1)，經(jīng)浮體(1)中塵粒過(guò)濾器(4)過(guò)濾下塵粒后，氣體順序流過(guò)氣嘴(12)、流量傳感器(17)，經(jīng)抽氣泵(18)排出，氣路按氣流的流向順序密封連接，采樣頭(15)為被采樣氣體入口，用有一定機(jī)械強(qiáng)度的金屬或非金屬材料制作，如采管道氣體時(shí)，用不銹鋼材料制作不同直徑的采樣嘴，在采大氣懸浮微粒時(shí)，用金屬或非金屬材料制作的切割器，導(dǎo)塵管(16)為采樣頭(15)與氣嘴(13)的連接管，用有一定機(jī)械強(qiáng)度的材料制作，要求內(nèi)壁光滑，以防止塵粒粘附，氣嘴(12)、(13)、浮體(1)如附圖1所述，流量傳感器(17)為壓差型流量傳感器，也可用渦街，渦輪等其它流量傳感器，抽氣泵(18)作采氣動(dòng)力。
附圖3中，熱電偶(19)、溫度傳感器(20)、微差壓傳感器(21)、(22)、流量傳感器(17)、前置運(yùn)放電路7650、OP07、多路選擇開關(guān)CD4051、A/D轉(zhuǎn)換器ICL7135、可編程擴(kuò)展I/O口81C55、單片微處理器80C31、地址鎖存器74HC373、程序存貯器27C512、鍵盤Q、驅(qū)動(dòng)器74HC244、顯示屏ACM-12832A、隔離調(diào)速器MOC3041、可控硅CT、抽氣泵KB120等電路連接并構(gòu)成微機(jī)系統(tǒng)及其結(jié)合軟件完成測(cè)量、控制、計(jì)算、顯示等系專業(yè)公知技術(shù)常識(shí)，該電路可采用武漢市大虹智能儀表廠，青島嶗山應(yīng)用技術(shù)研究所等廠家現(xiàn)有技術(shù)，本文不再詳述。在此僅說(shuō)明各傳感器安裝連接位置，熱電偶(19)和微差壓傳感器(21)的一個(gè)傳感氣嘴在工作時(shí)接在附圖2所述的采樣頭(15)前，測(cè)量被采樣前氣體狀態(tài)，以便換算，溫度傳感器(20)和微差壓傳感器(21)的另一個(gè)傳感氣嘴裝在附圖2所述的流量傳感器(17)之前的氣路中，流量傳感器(17)的安裝如附圖2中流量傳感器(17)，微差壓傳感器(22)接皮托管(現(xiàn)有技術(shù))可測(cè)量被采管道氣體流速，工作時(shí)，皮托管取壓頭放入被采管道中，其尾端氣嘴用導(dǎo)壓管接微差壓傳感器(22)，利用氣體流動(dòng)的動(dòng)壓測(cè)其流速。本實(shí)用新型的區(qū)別特征在于增加了一個(gè)微差壓傳感器(23)和一個(gè)前置運(yùn)放電路OP07，如圖3中虛線框部分，(其與虛線框外的微差壓傳感器(22)和前置運(yùn)放電路OP07一致)，放大信號(hào)接多路選擇開關(guān)CD4051的另一通道，微機(jī)通過(guò)測(cè)量虛線框中的微差壓電信號(hào)，轉(zhuǎn)換成浮體(1)中過(guò)濾的塵粒質(zhì)量，利用微機(jī)測(cè)量計(jì)算采樣氣體的標(biāo)況體積(現(xiàn)有技術(shù))，自動(dòng)計(jì)算得出氣體中塵粒的濃度。
利用本實(shí)用新型的裝置，自身校準(zhǔn)、檢定比較簡(jiǎn)單、方便，能提高勞動(dòng)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，便于氣體中塵粒濃度的測(cè)量，該裝置還可用于測(cè)量氣體的含濕量，只需在過(guò)濾器(4)中加入干燥濟(jì)，如CaCl2，氣路連接如附圖2所述，在采樣頭處加塵粒過(guò)濾膜將塵粒過(guò)濾掉，將氣嘴(12)、(13)位置互換，干燥濟(jì)吸收的水份使浮體(1)質(zhì)量增加，可測(cè)量所吸收水份的質(zhì)量，微機(jī)通過(guò)測(cè)量計(jì)算的采樣氣體的標(biāo)況體積，可自動(dòng)計(jì)算出氣體的含濕量。
權(quán)利要求1．一種氣體中塵粒濃度測(cè)量裝置，包括采樣頭、微機(jī)電路部分，其特征在于它還包括塵粒過(guò)濾及其質(zhì)量測(cè)量機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是浮體(1)懸浮于容器(2)中的載浮液(3)中，浮體(1)的內(nèi)空腔體內(nèi)有塵粒過(guò)濾器(4)，塵粒過(guò)濾器(4)在氣路上將浮體(1)兩側(cè)對(duì)稱的氣嘴(8)、(9)隔開，氣嘴(8)、(9)通過(guò)軟管(10)、(11)分別與容器(2)內(nèi)壁兩側(cè)的氣嘴(12)、(13)相連通，并分別接通容器(2)的外空間，浮體(1)上端連接的長(zhǎng)柱體(5)穿過(guò)容器(2)上端密封連接的長(zhǎng)柱管(6)，長(zhǎng)柱體(5)可在長(zhǎng)柱管(6)內(nèi)上下自由移動(dòng)，長(zhǎng)柱體(5)和長(zhǎng)柱管(6)都垂直于載浮液(3)的液面(14)，液面(14)在長(zhǎng)柱體(5)的外表面與長(zhǎng)柱管(6)的內(nèi)表面形成的空間里，容器(2)連通取壓嘴(7)，取壓嘴(7)密封連接微差壓傳感器，傳感信號(hào)通過(guò)前置放大電路接微機(jī)；
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于長(zhǎng)柱體(5)可為管狀體或?qū)嵭捏w，其外表面光滑，下端與浮體(1)連為一體，其重心與浮體(1)的重心在同一條垂直于液面(14)的直線上；
3．根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的裝置，其特征在于長(zhǎng)柱管(6)的內(nèi)表面光滑，其上下兩端內(nèi)表面各有一小突起環(huán)；
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于軟管用柔性材料包括橡膠、氟橡膠、硅膠制成，其長(zhǎng)度大于20mm，其重量與其在載浮液(3)中的浮力相當(dāng)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于氣體中塵粒濃度測(cè)量的裝置,包括浮體(1)、容器(2)、載浮液(3)、塵粒過(guò)濾器(4)、長(zhǎng)柱體(5)、長(zhǎng)柱管(6)、取壓嘴(7);被測(cè)氣體中塵粒被過(guò)濾在浮體(1)中,浮體(1)質(zhì)量增加,載浮液(3)在取壓嘴(7)產(chǎn)生壓差,由此測(cè)量塵粒質(zhì)量,通過(guò)測(cè)量被采樣氣體的溫度、壓力及體積,經(jīng)微機(jī)計(jì)算得出結(jié)果。該裝置自身校準(zhǔn),檢定方便,能自動(dòng)測(cè)量氣體中塵粒濃度,給氣體中塵粒濃度的測(cè)量帶來(lái)許多方便。
文檔編號(hào)G01N15/06GK2338745SQ9820368
公開日1999年9月15日 申請(qǐng)日期1998年4月22日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月22日
發(fā)明者肖心玖 申請(qǐng)人:肖心玖