专利名称：烟气含湿量测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种在环境监测领域中用于测量气体污染源烟气中的含湿量的测量装置。
重量法是从烟道中抽取一定体积的烟气，使之通过装有吸湿剂的吸湿管，烟气中的水汽被吸湿剂吸收，吸湿管的增重既为已知体积烟气中含有的水汽量，通过该水汽量可以计算出烟气的含湿量。重量法存在以下几方面的缺点一、在选择吸湿剂时，必须选择只吸收烟气中的水汽，不吸收其它气体的吸湿剂，如果吸湿剂选择不当，就会将要测量的其它有害物质一同吸收，使测量结果产生较大的误差；二、测量前后都要对吸湿管进行称重，而且要对吸湿管在整个测量装置上进行装拆，操作过程复杂，不能实现自动测量；三、烟气含湿量需要通过已知体积烟气中含有的水汽量进行人工计算，计算出的含湿量不能转换为电信号用于自动计算有害物质的排放浓度和有害物质的排放量。
冷凝法是抽取一定体积的烟气，使之通过冷凝器，根据冷凝出来的水量加上从冷凝器排出的饱和气体含有的水蒸气量，确定烟气的含湿量。《空气和废气监测分析方法》中的333页中的冷凝器中需要不断加入冷水或冰水，以降低烟气的温度，使烟气中的水蒸气凝结成液态水。冷凝器中冷凝出的水，需要用量筒量取重量。冷凝法存在以下缺点一、如果采用冷水作为冷凝水，需要在冷凝器中不断通入循环的冷水，配套设备较为复杂；二、如果采用冰水作为冷凝水，同样需要间隔一端时间就向冷凝器中加入冰块，否则不能实现连续的冷凝；三、不管是采用冷水还是采用冰水作为冷凝水，其冷凝的温度只能达到0℃，冷凝效果不好；四、冷凝器冷凝出来的水需要用量筒测量出体积后，再计算出重量，才能用于计算烟气的含湿量，操作过程复杂，不能实现自动测量；五、烟气含湿量需要通过冷凝器中冷凝出来的水量进行人工计算，计算出的含湿量不能转换为电信号用于自动计算有害物质的排放浓度和有害物质的排放量；六、由于采样管只进行了一次过滤，过滤效果较差，可能有部分烟尘进入冷凝器中，这些烟尘混杂在冷凝器冷凝出来的水中，影响测量结果的准确性。
干湿球法是烟气以一定的速度流过干、湿球温度计，根据干、湿球温度计的读数和测点处的烟气绝对压力，确定烟气的含湿量。干湿球法存在以下缺点一、包裹湿球的纱布必须浸在水中，因此需要不断向盛水的容器中补充水，否则不能实现连续测量；二、测量的误差较大；三、烟气含湿量需要根据测出的干球温度和湿球温度进行人工计算，计算出的含湿量不能转换为电信号用于自动计算有害物质的排放浓度和有害物质的排放量。
冷凝器1的进气口2与采样管的出气口连通，烟道中的烟气经过采样管、连接管和进气口2进入冷凝器1中。冷凝器1可以是采用电子制冷的冷凝器、采用制冷剂制冷的冷凝器等。烟气通过冷凝器1的过程中，烟气的温度被冷凝器降低，烟气中的水蒸气凝结成液态水，液态水经过冷凝器1的出水口4流出。烟道中的烟气进入冷凝器1以前，一般要经过过滤，将烟气中的烟尘过滤出来。抽气泵12提供采样的抽气动力，抽气泵12与冷凝器1之间可以通过限流孔或者流量计和调节阀等装置连通，限流孔或者流量计和调节阀使采样的流量一定。水柱筒6与冷凝器1的出水口4之间可以通过阀门连通，也可以通过其它装置连通。水柱筒6的内腔一般采用规则的形状，根据水柱筒6中的水位的高度可以直接计算出水的体积，进一步计算出水的重量。压力传感器11安装在水柱筒6的底部，它将水的压力信号转换为电信号，水的压力信号反映出水柱筒6中水位的高度。数据处理电路中事先存储有水柱筒6内腔的形状的有关参数、水的比重和采样流量以及有关的计算程序；开始采样的同时，数据处理电路开始计时，到采样结束时停止计时，这样就得出采样所用的时间。数据处理电路根据采样时间和采样流量，计算出采样体积。数据处理电路接收压力传感器输出的水柱筒6中水位的高度信号，根据水柱筒6的内腔的形状参数和水位的高度，计算出水的体积，再用水的体积乘水的比重，得到水的重量。最后数据处理电路根据水的重量和采样体积计算出烟气的含湿量。数据处理电路可以将含湿量通过显示器或打印机输出，也可以将含湿量的电信号通过信号输出端输出到其它监测装置中，用于自动计算有害物质的排放浓度和有害物质的排放量。
为了便于确定水柱筒6的内腔的容积与高度的关系，本实用新型的水柱筒6的内腔在高度方向的横截面积相等，或者水柱筒6的内腔的横截面积与高度成线性关系。
水柱筒6的内腔在高度方向的横截面积相等，只要知道横截面积的数值，就可以用水位的高度乘该横截面积得到水的体积。这种形状的水柱筒6，其内腔的横截面可以是圆形、方形、椭圆形等，不管该横截面是什么形状，其面积都应当事先存储在数据处理电路中。水柱筒6的内腔的横截面积与高度成线性关系，是指水柱筒6的内腔的横截面积随高度的变化连续变化。这种形状的水柱筒6，其内腔可以是锥形，它的底面积和锥度应事先存储在数据处理电路中。数据处理电路根据水柱筒6的内腔的底面积、锥度和水位的高度，可以计算出水的体积。
本实用新型的冷凝器1的出水口4与水柱筒6之间通过溢水管5连通，溢水管5位于冷凝器1的下方；溢水管5具有进水口7和出水口8，进水口7与冷凝器1的出水口4连通，出水口8与水柱筒6连通。
冷凝器1的出水口4流出的水首先进入溢水管5中储存，当需要测量冷凝器1中流出的水的重量时，才使溢水管5中的水进入水柱筒6中。溢水管5一般为圆筒状，使用前，应事先向溢水管5的内腔加水，并使水位与出水口8平齐。采样过程中，冷凝器1的出水口4流出的水不断地进入溢水管5中，使溢水管5内腔的水位高于出水口8。采样结束后，溢水管5内腔中处在出水口8以上的水，就是在采样过程中冷凝器1中流出的水。溢水管5的出水口8可以通过阀门与水柱筒6连通。
本实用新型的溢水管5的上端安装有密封盖9，出水口8位于溢水管5的上部，出水口8通过阀门10与水柱筒6的上端连通。
密封盖9将溢水管5密封，在采样过程中，既可以防止溢水管5内的水蒸发，又可以防止其它异物落入溢水管5内，提高了测量的准确性。在采样过程中，阀门10关闭，冷凝器1的出水口4流出的水储存在溢水管5中。采样结束后，打开阀门10，溢水管5的内腔中位于出水口8以上的水经过出水口8和阀门10进入水柱筒6中。
本实用新型的数据处理电路包括A/D转换器和单片机；A/D转换器的输入端与压力传感器11的输出端连接，A/D转换器的输出端与单片机的I/O口连接。
压力传感器11与A/D转换器之间一般通过信号处理电路连接，A/D转换器用于将压力传感器11输出的模拟信号转换为数字信号。如果单片机的内部带有A/D转换器，可以省去外部的A/D转换器。单片机中存储有水柱筒6内腔的形状的有关参数、水的比重和采样流量以及有关的计算程序。单片机运行程序，记录采样时间，根据采样时间和采样流量计算出采样体积。接收压力传感器11输出的水位的高度信号，根据水柱筒6的内腔的形状参数、水位的高度以及水的比重，计算出水的重量。最后，根据水的重量和采样体积计算出烟气的含湿量。计算出的烟气含湿量通过I/O口输出。
为解决现有的烟气含湿量测量装置不能实现自动测量的技术问题，本实用新型在上述技术方案的基础上，还包括驱动电路，驱动电路的输入端与单片机的I/O口连接；水柱筒6的下端安装有阀门13，阀门10和阀门13都采用电磁阀；驱动电路的输出端分别与阀门10、阀门13和抽气泵12的电动机M的输入端连接。
单片机的I/O口输出控制信号，用于控制阀门10和阀门13的开启和关闭，控制抽气泵12的电动机M的电源接通和断开。由于单片机的I/O口输出的控制信号是数字信号，不能直接用于控制阀门10、阀门13和抽气泵12的电动机M等交流负载，驱动电路用于实现数字信号对交流负载的控制。驱动电路一般有多个，阀门10、阀门13和抽气泵12的电动机M各对应一个驱动电路。
本实用新型还包括流量计14和调节阀15，抽气泵12的进气口与冷凝器1的出气口3之间通过流量计14和调节阀15连通。
流量计14用于测量采样流量，调节阀15用于调节采样流量。
为了防止烟气中的烟尘进入冷凝水中，防止烟气中的水蒸气在连接管路中凝结，影响对烟气含湿量的测量结果，本实用新型还包括一级过滤器16和二级过滤器17，一级过滤器16的出气口20与二级过滤器17的进气口18连通，二级过滤器17的出气口19与冷凝器1的进气口2连通；一级过滤器16的出气口20与二级过滤器17的进气口18之间的连接管路上安装有电加热器23；二级过滤器17具有出水口21，溢水管5具有进水口22，出水口21与进水口22连通。
一级过滤器16一般安装在采样管中被伸到烟道中，它用于滤除烟气中的烟尘，防止烟尘进入冷凝器1中。二级过滤器17用于对经过一级过滤器过滤过的烟气做进一步的过滤，滤除烟气中残留的烟尘，并且烟气中的部分水蒸气凝结成液态水，经出水口21和进水口22进入溢水管5中。电加热器23用于对连接管路加热，防止烟气中的水蒸气在连接管路中凝结。
为了防止二级过滤器17中过滤的烟尘随凝结的水进入溢水管5中，影响测量结果的准确性，本实用新型的溢水管5的进水口22延伸到溢水管5的下部，延伸的进水口22的外面套有过滤管24。
过滤管24将从进水口22进入溢水管5的水中的烟尘过滤，防止这些烟尘进入溢水管5中。
为解决现有的烟气含湿量测量装置中冷凝器的配套设备复杂，冷凝效果差的技术问题，本实用新型在上述技术方案的基础上，冷凝器1采用电制冷冷凝器。
与现有的烟气含湿量测量装置相比，本实用新型由于具有水柱筒6、压力传感器11和数据处理电路，对烟气的含湿量可以自动计算，不需要进行人工计算，而且计算结果作为电信号输出，可以输入到其它测量设备中用于自动计算有害物质的排放浓度和有害物质的排放量，操作简单，减小了测量误差。由于本实用新型具有溢水管5、密封盖9和阀门10，在采样过程中，冷凝器1中冷凝的水被密封，可以防止冷凝器1冷凝的水蒸发，提高了测量的准确性。由于本实用新型具有一级过滤器16、二级过滤器17和过滤管24，能够有效地防止烟气中的烟尘进入冷凝水中，进一步提高了测量的准确性。由于本实用新型的冷凝器1采用电制冷冷凝器，配套设备比采用循环水或冰水制冷简单。电制冷冷凝器能够将烟气的温度降到0℃以下，而循环水或冰水制冷只能将烟气的温度降到0℃，因此本实用新型的制冷效果优于采用循环水或冰水制冷的效果。由于本实用新型的冷凝器1能够将烟气的温度降低到0℃以下，经过冷凝器1的烟气中的水蒸气绝大部分凝结为液态水，减小了测量的误差。由于本实用新型具有单片机和驱动电路，可以实现对阀门10、阀门13和抽气泵12的电动机M的自动控制，简化测量的操作过程。由于本实用新型的连接管路上安装有电加热器23，可以防止烟气中的水蒸气在连接管路中凝结，提高测量的准确性。
图2为本实用新型的电路方框图。
图3为图2中驱动电路1、驱动电路2和驱动电路3的具体电路图。
如
图1至图3所示，本实施例是一种烟气含湿量测量装置，它包括一级过滤器16、电加热装置23、二级过滤器17、冷凝器1、流量计14、调节阀15、抽气泵12、溢水管5、阀门10、水柱管6、阀门13、压力传感器11、数据处理电路和驱动电路。一级过滤器16呈一端封闭的管状，管壁上具有若干均匀分布的微小的透气孔，透气孔的孔径为5～25μm。一级过滤器16安装在采样管25中。二级过滤器17采用CKD气动工业有限公司生产的F4000-15，它具有进气口18、出气口19和出水口21。冷凝器1采用上海希凯分析系统设备有限公司制造的SKEC-1100型电制冷冷凝器，它具有进气口2、出气口3和出水口4。溢水管5的上端安装有密封盖9，密封盖9上安装有进水口7和进水口22，进水口7和进水口22均延伸到溢水管5的下部。延伸到溢水管5的下部的进水口22的外面套有过滤管24。溢水管5具有出水口8，出水口8位于溢水管5的上部的一侧。水柱管6的内腔为圆柱形，它的下端安装有压力传感器11和阀门13。一级过滤器16的出气口20通过连接管路与二级过滤器17的进气口18连通，该连接管路上安装有电加热器23。二级过滤器17的出气口19通过连接管路与冷凝器1的进气口2连通，冷凝器1的出气口3与抽气泵12的进气口之间通过流量计14和调节阀15连通。冷凝器1的出水口4通过连接管路与溢水管5的进水口7连通，二级过滤器17的出水口21通过连接管路与溢水管5的进水口22连通。溢水管5的出水口8通过阀门10与水柱筒6的上端连通。阀门10和阀门13都为电磁阀，它们采用AG31-02-F2H-AC220V。数据处理电路包括信号处理电路、A/D转换器和单片机，A/D转换器采用TLC2543，单片机采用80C32。压力传感器11的输出端与信号处理电路的输入端连接，信号处理电路的输出端与A/D转换器的输入端连接，A/D转换器的输出端与单片机的I/O口连接。单片机的I/O口与D/A转换器的输入端连接，D/A转换器的输出端与V/I转换器的输入端连接，V/I转换器的输出端作为本实用新型的信号输出端。信号处理电路用于对压力传感器11输出的信号进行放大和整理，使该信号达到A/D转换器的输入信号的要求。V/I转换器用于将电压信号转换为电流信号，便于远程传输。D/A转换器采用AD558，V/I转换器采用AD694，压力传感器11采用MPM280。驱动电路包括驱动电路1、驱动电路2和驱动电路3，它们的输入端与单片机的I/O口连接，它们的输出端分别与阀门10、阀门13和抽气泵12的电动机M的输入端连接。驱动电路1、驱动电路2和驱动电路3相同，它们都由可控硅触发集成电路GD、可控硅T、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1和电容C2组成。可控硅触发集成电路GD采用MDC3021，可控硅T采用BTA41-700B。可控硅触发集成电路GD的1脚与单片机的I/O口连接，2脚接地。驱动电路1、驱动电路2和驱动电路3的a端和b端与交流电源连接，D端与b端之间用于连接电磁阀10、电磁阀13或抽气泵12的电动机M。
使用时，启动抽气泵12的电动机M，使抽气泵12抽气，通过流量计14和调节阀15将采样流量调节为0.5L/nin。切断电动机M的电源，使抽气泵12停止抽气。向溢水管5内注水，直至水位与出水口8平齐为止。使电加热器23通电加热，使冷凝器1通电制冷。将采样管伸到烟道中，单片机向驱动电路发出控制信号，使驱动电路接通电动机M的电源，抽气泵12开始抽气采样，使驱动电路关闭阀门10和阀门13。电动机M启动的同时，单片机开始计时。烟气中的水蒸气经过二级过滤器17和冷凝器1凝结为液态水，这些液态水进入溢水管5内，溢水管5内的水位逐渐上升，高于出水口8的位置。采样完毕后，单片机向驱动电路发出控制信号，使驱动电路切断电动机M的电源，抽气泵12停止抽气，驱动电路使阀门10开启。溢水管5中在出水口8以上的水经阀门10和连接管路进入水柱筒6中，压力传感器11将水柱筒6中水的高度信号转换为电信，该电信号首先经过信号处理电路放大和整理，再经过A/D转换器转换为数字信号后经单片机的I/O口输入单片机。单片机根据水柱筒6中水位的高度、水柱筒6内腔的直径、水的比重、采样流量和记录的采样时间，计算出烟气的含湿量，该含湿量经过单片机的I/O口输出，输出的信号首先经过D/A转换器转换为模拟信号，再经过V/I转换器将电压信号转换为电流信号输出到其它测量设备中进行处理。测量完毕后，打开阀门13将水柱筒6中的水排除。
权利要求1.烟尘含湿量测量装置，包括冷凝器(1)和抽气泵(12)，冷凝器(1)具有进气口(2)、出气口(3)和出水口(4)，抽气泵(12)的进气口与冷凝器(1)的出气口(3)连通；其特征是冷凝器(1)的出水口(4)与水柱筒(6)连通；水柱筒(6)的下端安装有压力传感器(11)，压力传感器(11)的输出端与数据处理电路连接。
2.根据权利要求1所述的烟尘含湿量测量装置，其特征是水柱筒(6)的内腔在高度方向的横截面积相等，或者水柱筒(6)的内腔的横截面积与高度成线性关系。
3.根据权利要求2所述的烟尘含湿量测量装置，其特征是冷凝器(1)的出水口(4)与水柱筒(6)之间通过溢水管(5)连通，溢水管(5)位于冷凝器(1)的下方；溢水管(5)具有进水口(7)和出水口(8)，进水口(7)与冷凝器(1)的出水口(4)连通，出水口(8)与水柱筒(6)连通。
4.根据权利要求3所述的烟尘含湿量测量装置，其特征是溢水管(5)的上端安装有密封盖(9)，出水口(8)位于溢水管(5)的上部，出水口(8)通过阀门(10)与水柱筒(6)的上端连通。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的烟尘含湿量测量装置，其特征是数据处理电路包括A/D转换器和单片机；A/D转换器的输入端与压力传感器(11)的输出端连接，A/D转换器的输出端与单片机的I/O口连接。
6.根据权利要求5所述的烟尘含湿量测量装置，其特征是还包括驱动电路，驱动电路的输入端与单片机的I/O口连接；水柱筒(5)的下端安装有阀门(13)，阀门(10)和阀门(13)都采用电磁阀；驱动电路的输出端分别与阀门(10)、阀门(13)和抽气泵(12)的电动机(M)的输入端连接。
7.根据权利要求6所述的烟尘含湿量测量装置，其特征是还包括流量计(14)和调节阀(15)，抽气泵(12)的进气口与冷凝器(1)的出气口(3)之间通过流量计(14)和调节阀(15)连通。
8.根据权利要求7所述的烟尘含湿量测量装置，其特征是还包括一级过滤器(16)和二级过滤器(17)，一级过滤器(16)的出气口(20)与二级过滤器(17)的进气口(18)连通，二级过滤器(17)的出气口(19)与冷凝器(1)的进气口(2)连通；一级过滤器(16)的出气口(20)与二级过滤器(17)的进气口(18)之间的连接管路上安装有电加热器(23)；二级过滤器(17)具有出水口(21)，溢水管(5)具有进水口(22)，出水口(21)与进水口(22)连通。
9.根据权利要求8所述的烟尘含湿量测量装置，其特征是溢水管(5)的进水口(22)延伸到溢水管(5)的下部，延伸的进水口(22)的外面套有过滤管(24)。
10.根据权利要求9所述的烟尘含湿量测量装置，其特征是冷凝器(1)采用电制冷冷凝器。
专利摘要本实用新型涉及一种在环境监测领域中用于测量气体污染源烟气中的含湿量的测量装置,名称为烟气含湿量测量装置。为解决现有的烟气含湿量测量装置需要对含湿量进行人工计算,计算出的含湿量不能转换为电信号用于自动计算有害物质的排放浓度和有害物质的排放量的技术问题,本实用新型包括冷凝器1和抽气泵12,冷凝器1具有进气口2、出气口3和出水口4,抽气泵12的进气口与冷凝器1的出气口3连通;冷凝器1的出水口4与水柱筒6连通;水柱筒6的下端安装有压力传感器11,压力传感器11的输出端与数据处理电路连接。本实用新型主要用于对固定污染源的烟气的含湿量进行测量,能够实现自动测量,测量结果以电信号的形式输出。
文档编号G01N9/00GK2502263SQ0126508
公开日2002年7月24日 申请日期2001年10月19日 优先权日2001年10月19日
发明者赵晨旭, 冯岱, 孙夕秋, 李德安, 黄祖旭 申请人:修光伟