一种烟粉尘粒子浓度监测仪的制作方法

本实用新型涉及一种监测仪器，尤其涉及一种烟粉尘粒子浓度监测仪。

背景技术：

粒子的浓度测量是一个广泛的需求，例如，环保行业的烟尘浓度的测量、粉体加工及输运过程中的颗粒相浓度的测量等。

目前，对于离子浓度的测量主要采用对穿法及后散射法：

对穿法是将光束透过待测粒子两相流，由于吸收和散射的作用，光束的光强减弱，在粒子浓度和光束强度之间存在以下的关系：

I/I0＝e^-KCL

式中：I0、入射光强；I、出射光强；K、与粒子折射率、尺寸等相关的常数；L、光程；C、粒子的浓度；

这样通过测量I0、I就可以得到粒子的浓度。

后散射法是将一束光投射到粒子两相流，在后向接收颗粒物的散射光，根据MIE理论，在离子浓度相对不高的情况下，散射光强度和粒子的浓度成正比。通过测量后向散射光的强度，得到粒子的浓度值。

随着时间的推移，污染源排放浓度逐年降低，无论是对穿法还是后向散射法的分辨率和灵敏度都逐渐不能满足现实的需求；早期污染源排放的浓度范围大都在200mg/m³到1000mg/m³左右，而现实的污染源排放经常在5mg/m³～30mg/m³，对穿法和后散射法已经远远满足不了要求。

另外，对着对环境控制要求的提高，越来越多的排放口增加了湿法脱硫除尘等工艺，排放气体的温度大多在100℃以下，这时排放气体含有大量的水雾，对穿法和后散射法无法区别出水雾和颗粒物，导致测量失效。

为了提高检测的灵敏度和分辨力，本发明采用前向散射的方法，比之对穿法和后散射法分辨力可以提高1个数量级以上，可以满足所有的排放烟尘测量的灵敏度和分辨力要求；同时，采用抽取加热的方法，将烟气抽出加热到100℃以上，使得雾状存在的水转换成分子态的水，消除掉水雾的干扰。

本案采用前向散射方式，需要指出的是，目前缺少一种能够结合压缩气引入流路、引流流路、反吹状态及流路、气幕流路、排水流路等子系统并将这些子系统合理的统一在监测仪的设备，因此，针对以上方面，需要对现有监测装置进行合理的改进。

技术实现要素：

针对以上缺陷，本实用新型提供一种稳定可靠、有利于大幅度增加维护间隔时间、可避免污染、应用范围广泛的烟粉尘粒子浓度监测仪，以解决现有技术的诸多不足。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种烟粉尘粒子浓度监测仪，由半导体激光器、冷却室、绝热连接件、均热室、绝热保温层、压缩气引入流路单元、引流单元、反吹流路单元、气幕流路单元、跨度及量程校准流路单元、疏水流路单元组成，所述绝热保温层于仪器机体内部形成一个封闭的保温腔体并且该腔体将仪器分为加热保温部分与不加热部分，该保温腔体所经过仪器内的中心部位安装绝热连接件，该绝热连接件其中一端连接冷却室，此冷却室外围设置半导体激光器并且该半导体激光器与机体上的激光驱动单元相接，此冷却室内部装有准直器，所述冷却室顶部管路通过压缩气出口导管连接至压缩气罐，该冷却室底部管路通过压缩气导管连接至机体底部的压缩气连接头；

所述绝热连接件内部增设气幕导孔并且该气幕导孔具有三通道，该气幕导孔第一个通道接入冷却室；

所述绝热连接件另一端与维护连接件相接，气幕导孔的第二个通道接入维护连接件侧面，该维护连接件水平连接抽气连接件，该抽气连接件外部延伸段与抽气连接管一端相接，该抽气连接管另一端连接节流流量测量腔，所述节流流量测量腔下方端口设置带有喷射泵外壳的喷射泵芯，该喷射泵外壳外侧增设引流隙并且该引流隙连接至废气出口管，该喷射泵外侧具有喷射泵连接嘴并且该喷射泵连接嘴与引流气导管相连；同时，所述节流流量测量腔带有两个侧端口，这两个侧端口依次分别连接低压力引出嘴、高压引出嘴，这两个引出嘴依次分别通过低压力导管、高压力导管连接至压差传感器；

所述气幕导孔的第三个通道通过气幕导管接入阀组；

所述抽气连接件里端与石英腔体相接，该石英腔体顶部带有反吹连接嘴，该石英腔体外端则与均热室连通，该均热室顶部带有加热及温控单元，该均热室下方通过加长取样管连接至机体外部；同时，所述石英腔体下方设置汇聚透镜组并且该汇聚透镜组通过信号光纤与光电传感器相连；所述石英腔体底部安装校准光座并且该校准光座通过校准光纤与发光二极管相连；

所述疏水流路单元设置于加长取样管下方，该疏水流路单元由疏水浮子、疏水器壳体、疏水口、疏水导管组成，其中的疏水导管两端分别与加长取样管、疏水器壳体相连通，该疏水器壳体上方开设疏水口；所述跨度及量程校准流路单元由压差传感器、激光驱动单元、发光二极管、光电传感器、信号及流路控制单元组成；

所述机体底部带有压缩气罐，该压缩气罐顶面两侧分别设置阀组、流量控制器，其中的阀组顶端带有反吹气导管、气幕导管，其中的流量控制器顶部带有引流气导管；

此外，所述冷却室与绝热连接件之间具有隔离片；

所述加长取样管与机体外侧之间通过连接法兰紧固；

所述信号及流路控制单元设置于机体侧壁位置处；

所述引流单元分为两部分，一部分是被引流气体流量检测部分，一部分是引流气流量控制部分。

本实用新型所述的烟粉尘粒子浓度监测仪的有益效果为：

⑴采用前向散射原理，提供分辨力和灵敏度；

⑵采用抽取加热测量的测量工艺，消除水雾的干扰；

⑶一体式结构，将采样、加热、分析、回送、流量控制包含在一个一体式结构中；

⑷通过增设可拆卸的加长取样管，运输时可取下，不同现场要求可现场替换；

⑸系统取样的凝水采用优良的疏水结构疏水；

⑹系统的整个分析流道包含在一个保温加热的封闭腔内；

⑺系统的分析腔体石英腔体采用可现场快速拆卸；

⑻在分析腔上增设一个反吹口，用于清洗分析腔体，降低窗口污染；

⑼通过增设一个气幕导孔，保障激光窗口的清洁；

⑽激光窗口的镜片采用倾斜安装；

⑾可使激光器安装在带有冷却室的基座上，利用压缩空气对激光器冷却；

⑿可增加内置节流方式的取样流量测量装置，增设喷射引流装置采样、以及流量控制装置控制引流压缩气体的流量改变取样流量。

附图说明

下面根据附图对本实用新型作进一步详细说明。

图1是本实用新型实施例所述烟粉尘粒子浓度监测仪结构示意图；

图2是本实用新型实施例所述烟粉尘粒子浓度监测仪的测量状态示意图。

图中：

1、半导体激光器；2、准直器；3、冷却室；4、隔离片；5、气幕导孔；6、绝热连接件；7、维护连接件；8、抽气连接件；9、校准光座；10、反吹连接嘴；11、汇聚透镜组；12、石英腔体；13、抽气连接管；14、信号光纤；15、加热及温控单元；16、均热室；17、高压引出嘴；18、低压力导管；19、高压力导管；20、反吹气导管；21、压差传感器；22、激光驱动单元；23、发光二极管；24、光电传感器；25、信号及流路控制单元；26、气幕导管；27、引流气导管；28、压缩气出口导管；29、阀组；30、流量控制器；31、低压力引出嘴；32、节流流量测量腔；33、喷射泵芯；34、喷射泵外壳；35、引流隙；36、喷射泵连接嘴；37、废气出口管；38、加长取样管；39、连接法兰；40、机体；41、校准光纤；42、压缩气罐；43、压缩气导管；44、压缩气连接头；45、疏水浮子；46、疏水器壳体；47、疏水口；48、疏水导管；49、绝热保温层。

具体实施方式

如图1-2所示，本实用新型实施例所述的烟粉尘粒子浓度监测仪，由半导体激光器1、冷却室3、绝热连接件6、均热室16、绝热保温层49、压缩气引入流路单元、引流单元、反吹流路单元、气幕流路单元、跨度及量程校准流路单元、疏水流路单元组成，所述绝热保温层49于仪器机体40内部形成一个封闭的保温腔体并且该腔体将仪器分为加热保温部分与不加热部分，该保温腔体所经过仪器内的中心部位安装绝热连接件6，该绝热连接件6其中一端连接冷却室3，此冷却室3外围设置半导体激光器1并且该半导体激光器1与机体40上的激光驱动单元22相接，此冷却室3内部装有准直器2，所述冷却室3顶部管路通过压缩气出口导管28连接至压缩气罐42，该冷却室3底部管路通过压缩气导管43连接至机体40底部的压缩气连接头44；

相应地，所述绝热连接件6内部增设气幕导孔5并且该气幕导孔5具有三通道，该气幕导孔5第一个通道接入冷却室3并且该冷却室3与绝热连接件6之间具有隔离片4；

相应地，所述绝热连接件6另一端与维护连接件7相接，气幕导孔5的第二个通道接入维护连接件7侧面，该维护连接件7水平连接抽气连接件8，该抽气连接件8外部延伸段与抽气连接管13一端相接，该抽气连接管13另一端连接节流流量测量腔32，所述节流流量测量腔32下方端口设置带有喷射泵外壳34的喷射泵芯33，该喷射泵外壳34外侧增设引流隙35并且该引流隙35连接至废气出口管37，该喷射泵外侧具有喷射泵连接嘴36并且该喷射泵连接嘴36与引流气导管27相连；同时，所述节流流量测量腔32带有两个侧端口，这两个侧端口依次分别连接低压力引出嘴31、高压引出嘴17，这两个引出嘴依次分别通过低压力导管18、高压力导管19连接至压差传感器21；

相应地，所述气幕导孔5的第三个通道通过气幕导管26接入阀组29；

相应地，所述抽气连接件8里端与石英腔体12相接，该石英腔体12顶部带有反吹连接嘴10，该石英腔体12外端则与均热室16连通，该均热室16顶部带有加热及温控单元15，该均热室16下方通过加长取样管38连接至机体40外部，此加长取样管38与机体40外侧之间通过连接法兰39紧固；同时，所述石英腔体12下方设置汇聚透镜组11并且该汇聚透镜组11通过信号光纤14与光电传感器24相连；另外，此石英腔体12底部安装校准光座9并且该校准光座9通过校准光纤41与发光二极管23相连；

相应地，所述疏水流路单元设置于加长取样管38下方，该疏水流路单元由疏水浮子45、疏水器壳体46、疏水口47、疏水导管48组成，其中的疏水导管48两端分别与加长取样管38、疏水器壳体46相连通，该疏水器壳体46上方开设疏水口47；

相应地，所述跨度及量程校准流路单元由压差传感器21、激光驱动单元22、发光二极管23、光电传感器24、信号及流路控制单元25组成，其中的信号及流路控制单元25设置于机体40侧壁位置处；

相应地，所述机体40底部带有压缩气罐42，该压缩气罐42顶面两侧分别设置阀组29、流量控制器30，其中的阀组29顶端带有反吹气导管20、气幕导管26，其中的流量控制器30顶部带有引流气导管27。

以上本实用新型实施例所述的烟粉尘粒子浓度监测仪，系统工作时，加热及温控单元15对系统进行加热，温度控制在120℃～200℃范围内，保证内部流路中温度高于100℃以确保流路中不含游离的水分，所有水分都是气态水分；在系统进行正常测量时，烟(粉)尘两相流气体由加长取样管38吸入，导入到均热室16进行加热，然后进入石英腔体12，然后通过抽气连接件8、抽气连接管13将气体导入到节流流量测量腔32，然后通过喷射泵芯33由喷射泵引流输运到废气出口管37将废气排出。

在测量状态时，半导体激光器1发出的激光束经过准直器2准直，再通过隔离片4进入石英腔体12，在石英腔体12内，激光束与烟粉尘粒子相遇，粒子产生散射光，部分散射光进入汇聚透镜组11汇聚到信号光纤14，再导入到光电传感器24上，通过信号与流路控制单元25将信号转变成烟粉尘浓度标准信号输出。

对于压缩气引入流路单元，压缩气引入流路系统几个环节需要压缩气，首先压缩气通过压缩气连接头44由压缩气导管43引入到冷却室3，然后气体通过压缩气出口导管28导入压缩气罐42，与压缩气罐气路连通的有阀组29和流量控制单元，阀组29通过信号流路控制单元25控制反吹气导管20与气幕导管26与气罐的连通，流量控制器30通过信号流路控制单元25控制由压缩气罐42到引流导气管27的压缩气流量，实现对喷射引流流量的控制。

对于引流单元，分为两部分，一部分是被引流气体流量检测部分，一部分是引流气流量控制部分，在被引流气体流量检测部分，节流流量测量腔32通过低压力引出嘴21、高压力引出嘴17，然后分别通过低压力导管18、高压力导管19连接到压差传感器21上，通过压差的测量，由信号及流路控制单元26解算出流量信号；在引流气流量控制部分，压缩气罐42中的压缩气，通过流量控制器29，再通过引流气导管27将引流压缩气通过喷射泵连接嘴36与喷射泵连接，实现压缩气对被引流气的引流；系统通过被引流气体流量检测部分测量的压差信号，通过号及流路控制单元26解算出流量信号，与设定流量或外部接入流量要求进行比较，通过流量控制器29控制压缩空气的流量，实现对被引流气流量的闭环控制。

对于反吹流路单元，信号及流路控制单元25通过阀组29控制压缩气罐42与反吹导气管20的连通，通过反吹连接嘴与石英腔体12相连，实现对石英腔体的设定定时反吹。

对于气幕流路单元，压缩气罐42通过阀组29与气幕导管26连接，将压缩空气导入气幕导孔，实现对窗口的气幕保护，免受颗粒物的沾染。

对于零校准状态，在气幕流路开通、反吹流路开通、引流流路开通时，在石英腔体12内部充满压缩空气，不存在烟粉尘颗粒，这时光电传感器24采样的光信号为背景信号，系统减掉这个信号，进行零点校准。

对于跨度及量程校准单元，在气幕流路开通、反吹流路开通、引流流路开通时，在石英腔体内部充满压缩空气，不存在烟粉尘颗粒。这时通过信号及流路控制单元25控制发光二极管23产生恒定功率的光信号，模拟颗粒通过测量区产生的散射信号，这时光电传感器24采样的光信号经过参比可以代表固定的已知颗粒物浓度产生的散射信号，通过设定几个固定的发光功率，对应于各个跨度及量程的校准信号，这几个跨度或量程信号，对着确定的浓度值，系统使用一段时间各个环节造成的测量偏移，可以通过这几个跨度值或量程值进行校准及修正。

对于疏水流路单元，在系统工作过程中，在加长取样管38会产生微量的凝水，凝水通过疏水导管48靠重力推动疏水浮子45通过在疏水器壳体46上的疏水口47流出，重力的大小取决于在加长取样管38和疏水浮子45之间的落差。

上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能够理解和应用本案技术，所涉及的电路部分完全根据现有常规技术来实现，熟悉本领域技术的人员显然可轻易对这些实例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本案不限于以上实施例，本领域的技术人员根据本案的揭示，对于本案做出的改进和修改，例如，对于局部附加功能组件的增减、机体尺寸或体积的设置、各个连接管件的型号或尺寸等，若没有产生超出本案之外的有益效果，则都应该在本案的保护范围内。