一种取样与称重一体式β射线烟尘质量称重仪的制作方法

本发明属于烟尘浓度监测领域，尤其涉及一种取样与称重一体式β射线烟尘质量称重仪。

背景技术：

由于工业锅炉、电厂锅炉及工业窑炉等污染源所造成的环境污染问题非常严重，世界各国都对此进行了深入研究并加以控制，这就需要对其排放的颗粒状烟尘的浓度进行监测。

目前常用的监测方法有光透射法、激光后向散射法、电荷法、β射线吸收法、过滤称重法等。其中，过滤称重法是现在使用最为广泛的一种，其基本原理是一定体积的含尘烟气，通过已知重量的滤筒后，烟气中的尘粒被阻留，根据采样前后滤筒的重量差和采样体积，算出含尘浓度。由于过滤称重法准确度高、精密度好，国外许多国家将此方法定为标准方法，我国也将此方法作为鉴定其它分析方法的标准。然而过滤称重法需先通过滤膜进行烟尘采样，再烘干烟尘滤料，最后称重并计算出烟尘浓度、烟气排放量的检测结果。其中承重所需的称量设备通常体积较大，且需放置在洁净的分析室内进行操作。通常取样地与分析室距离较远，运输过程长容易造成误差；取样至测样的周期长，满足不了各级环保监测站应对及时评价。

β射线吸收法的原理为：一个强度恒定的β源发出的β射线通过介质时,β粒子与介质中的电子相互碰撞损失能量而被吸收。在低能条件下,吸收程度取决于介质的质量,与粉尘粒子的粒度、成分、颜色及分散状态等等无关。β射线先后穿过清洁滤纸(未采集尘样)和已采有尘样滤纸(同一滤纸)，根据两次β射线被吸收量的差异来求取环境中粉尘浓度。β射线吸收法不受粉尘种类、粒度，分散度、形状、颜色、光泽等因素的影响；它可以减少样品的处理时间和受污染的机会，不会带来人为误差且无误差积累，不需要经常校准和调零，是粉尘浓度的间接测量方法中较准确的一种。

目前采用β射线吸收法的称重仪器通常与采样仪器分离，采样后的滤膜需转移至称重仪内称重，过程复杂，易带入杂质。且称重单元和烘干单元相对独立，结构不紧凑，便携性差。另外烘干过程多采用加热辐射烘干方式，烘干速度慢。采样头经长期使用后其管路内壁会粘黏或多或少的颗粒物，影响检测结果。

技术实现要素：

本发明针对现有的采用β射线吸收法的称重仪器存在的上述技术问题，提出一种结构紧凑，集取样管、烘干和称重于一体，检测结果精准的β射线烟尘质量称重仪。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种一体式β射线烟尘质量称重仪，包括采样头和主机箱，采样头与主机箱之间通过伴热软管连接；所述主机箱内固定有β射线检测模块及可旋转的转盘，所述转盘上设置有滤膜夹安装孔；所述主机箱内还设置有上密封盖和下密封盖，上密封盖通过进气管连接至采样头内的烟尘管，下密封盖通过出气管连接至箱体外，上、下密封盖压紧滤膜夹安装孔时形成采样气路；所述进气管上设置有进气三通阀，进气三通阀第三接头连接高效高效过滤器，转盘转动安装孔内的滤膜可位于上、下密封盖之间、β射线检测模块处。

作为优选，所述出气管上设置有出气三通阀，出气三通阀第三接头连接反吹风机。

作为优选，所述进气管和上、下密封盖上均包覆有电加热带。

作为优选，下密封盖上连接有偏心轮，其与主机箱之间安装有压缩弹簧，偏心轮在偏心轮电机带动下旋转带动下密封盖升降。

作为优选，所述主机箱侧壁设置有取放口，转盘旋转时其中一个滤膜夹安装孔伸出取放口，所述取放口上设置有可开合的挡板门。

作为优选，所述主机箱上安装有滑轨和开关门电机，挡板门通过滑块安装在滑轨上，电机轴连接曲柄，曲柄另一端铰接连杆，连杆铰接滑块，实现挡板门的电动开关。

作为优选，所述转盘上设置有三个滤膜夹安装孔。

作为优选，所述主机箱上设置有上翻盖，上翻盖底面设置有显示屏，主机箱上还设置有控制按钮及输入键盘。

作为优选，所述主机箱内安装有单片机，单片机的输入端连接β射线检测模块、采样头及输入键盘；输出端连接反吹风机、开关门电机及显示屏。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1、该一体式β射线烟尘质量称重仪，通过快速连接机构实现采样头与主机箱的伴热软管连接，将采样与称重一体化，使设备适用于多种烟道的采样。

2、通过转盘将滤膜夹取放、样本采集、烘干装置和称重装置一体化，结构紧凑，便携性佳。

3、滤膜烘干采用加热与风干同时进行的方式，烘干效率高。

4、自带反吹装置，清洁采样管路，提高采样精度。

附图说明

图1为本发明称重仪的总体结构示意图；

图2为本发明称重仪的控制关系示意图；

图3为本发明称重仪的快速连接机构示意图；

图4为本发明称重仪的转盘及工位示意图；

图5为本发明称重仪的转盘及工位示意图；

图6为本发明称重仪的挡板门电动开合结构示意图；

图7为本发明称重仪的转盘结构示意图；

以上各图中：1、采样头；11、油烟管；111、四氟管；12、皮托管；13、烟温线管；14、保护管；15、伴热软管；151、伴热软管接头；2、主机箱；21、上翻盖；22、显示屏；23、输入键盘；24、取放口；25、取放箱；251、挡板门；252、滑轨；253、滑块；254、曲柄；255、连杆；256、限位开关；26、金属接头；27、四氟管接头；271、硅胶内衬；272、螺纹套；28、箱体接头；3、采集称重单元；31、支架；311、光电开关；32、转盘电机；33、转盘；331、安装孔；332、挡片；34、上密封盖；35、下密封盖；36、进气管；361、进气三通阀；37、出气管；371、出气三通阀；38、电加热带；4、高效过滤器；5、反吹风机；6、β射线检测模块；61、β射线放射源；62、β射线探测器；7、快速升降机构；71、连接板；72、偏心轮；73、压缩弹簧；8、单片机；a、取放工位；b、采样烘干工位；c、称量工位。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合附图和实施例做具体说明。

实施例：如图1、图2所示，一种取样与称重一体式β射线烟尘质量称重仪，包括采样头和主机箱，主机箱内安装有用于采集烟气样本、烘干样本并称重的采集称重单元。该烟尘质量称重仪采用β射线测量法，将烟气颗粒物取样管、烘干装置和称重装置于一体，烘干速度快，设备结构紧凑，并可与现有的烟尘采样器配合使用，快速检测烟尘浓度。

所述采样头包括油烟管、标准皮托管及烟温线管，分别用于采集油烟颗粒物、检测气体流量以及检测气体温度，皮托管由两根硅胶管连接至主机箱，油烟管由带外部加热保温功能的四氟管（内壁涂覆有聚四氟乙烯的管路）连接至采集称重单元的进气管，硅胶管和四氟管均设置在金属保护管内，保护管末端与主机箱之间通过伴热软管连接。该设计有效的解决了现有的烟气颗粒物分析仪采样头与主机箱刚性连接带来的采样限制问题，由于需检测的烟道高度不同，其方向有竖直、水平以及倾斜等类型，刚性连接限制了采样头的长度，其采样时由于主机箱的限制，难以做到垂直取样。另外设备运输时，需要将采样头拆卸下来，否则占据空间太大，难以运输，而采用伴热软管连接，则可折叠盘放也可拆卸下来。如图3所示，为实现伴热软管与主机箱的快速连接，设置有快速连接机构，运输和使用都便捷。所述快速连接机构包括设置在箱体外壁的两根金属接头，用于插装皮托管的两根硅胶管，硅胶管柔软可直接套在金属接头上，安装牢固且可密封。四氟管较硬，难以直接套装在金属接头上。因此箱体外壁设置内壁黏附有硅胶内衬的四氟管接头，四氟管接头内壁设置内螺纹，内螺纹上拧接顶紧硅胶内衬的螺纹套，安装时将四氟管插入四氟管接头内，硅胶内衬紧密包裹四氟管，实现密封。金属接头和四氟管接头均设置在设有螺纹的箱体接头内，伴热软管末端设置有拧接在箱体接头上的伴热软管接头。

所述主机箱内安装有接收传感器、光电开关等检测元件并控制电气器件运行的stm32系列单片机（如stm32f103vct6）。所述主机箱上设置有上翻盖，上翻盖底面设置有与单片机电连接的显示屏，主机箱上还设置有控制按钮及输入键盘，用于输入指令。

所述采集称重单元包括安装在主机箱内的支架，支架上安装有转盘电机，转盘电机主轴上安装有扇形转盘。转盘电机采用伺服电机，可带动转盘旋转，所述转盘上设置有一个放置滤膜夹的安装孔。转盘旋转，安装孔内滤膜的位置对应于三个工位，分别为取放工位a、采样烘干工位b和称量工位c，参照图4。

所述主机箱一侧的侧壁上设置有一用于取放滤膜夹的取放口，即取放工位。转盘旋转至上取放工位时，安装孔内的滤膜夹从取放口伸出主机箱外。为保护该滤膜夹不受外界污染，主机箱上设置有取放箱，罩在取放口处。如图5所示，为便于取放，取放箱上设置有采用曲柄连杆结构实现电动开关的挡板门。所述支架上安装有滑轨，挡板门通过滑块安装在滑轨上。支架上安装有开关门电机，电机轴连接曲柄，曲柄另一端铰接连杆，连杆铰接滑块，开关门电机与单片机输出端口连接，通过电机和曲柄连2结构，实现开关门沿滑轨左右滑动，从而打开或关闭。所述支架上还设置有限定挡板门开关位置的限位开关，分别设置于挡板门的两侧。限位开关与单片机的输入端口连接，当挡板门开到最大时，触发限位开关，开关门电机停转，关门时同理。当然也可以通过电机带动齿轮转动，以齿轮带动安装在挡板门上的齿条结构实现挡板门的开关。

所述采样烘干工位处设置有上密封盖和下密封盖，上密封盖通过进气管连接至采样头内的烟尘管，下密封盖通过出气管连接至箱体上的外接口处，上、下密封盖压紧滤膜夹安装孔时形成采样气路。外接口可与其他采样设备的采样泵连接使用，获得抽气动力。由于烟气中含有水蒸气，为防止烟气经伴热软管进入主机箱后水蒸气受冷凝结为液滴影响检测结果，上密封盖和与之连接的进气管上均包覆有电加热带。

所述进气管上还连接有进气三通阀，进气三通阀除连接进气管的两个接头外，第三接头通过烘干气管连接高效过滤器，进气三通阀选用与单片机连接的电磁阀，当开通至高效过滤器气路时，有洁净气体吹过滤膜夹，将滤膜夹上的滤膜吹干。为加快烘干速度，所述烘干气管上包覆有电加热带。经高效过滤器过滤的洁净气体进入气路后受热，热气体流经滤膜，快速烘干滤膜上的颗粒物，并将湿气带走。相对于现有的辐射加热，其烘干速度加快，烘干效果好。

所述称重工位处设置有β射线检测模块，其包括β射线放射源和β射线探测器，β射线放射源通过放射源固定座安装在支架上，位于转盘上方；β射线探测器安装在支架上位于转盘下方，β射线放射源发射射线穿过安装孔内的滤膜，经β射线探测器接收，β射线探测器的输出端口连接单片机的输入端口，将检测信号传输给单片机，单片机将空白滤膜数值与样本滤膜数值对比计算得出颗粒物质量信息。

转盘转动时，需将下密封盖下降一定距离，以便于转盘转动，为此下密封盖上连接有快速升降机构。如图6所示，快速升降机构包括连接下密封盖底部的连接板，连接板上表面抵靠有偏心轮，下封盖与主机箱之间安装有压缩弹簧将下密封盖向上挤压，使其与转盘紧密接触，获得密封气路。偏心轮在偏心轮电机带动下旋转，偏心轮轮面挤压下密封盖，带动下密封盖升降。

为辅助转盘旋转至相应工位，定位准确，所述转盘底部设置有挡片，每个工位处设置有光电开关，光电开关的输出端连接至单片机的输入端，当光电开关阻断时，转盘电机停止。

由于采样头及采样支路管路较长，管路内壁或多或少的会黏附一些颗粒物，再次检测时会被滤膜收集，影响检测结果。为避免以上情况，所述出气管上连接有出气三通阀，出气三通阀第三接头连接反吹风机。反吹风机启动后气流由出气管吹入进气管，后经采样头的油烟管吹出，将管路内的颗粒物排出，确保检测结果精确无误。

上述称重仪的使用过程如下，

1、打开上翻盖，启动设备。滑动挡板门，将滤膜夹放入取放工位处的安装孔内。

2、关闭挡板门，转盘电机带动转盘转动一定角度对准烘干工位后停止，偏心轮电机转动使偏心轮推动烘干下盖实现烘干支路密封；进气三通阀关闭采样气路，接通烘干气路，出气三通阀打开采样器气路，关闭反吹气路，外接采样泵抽气，利用来自烘干气路的热风吹干滤膜。

3、滤膜吹干后，下密封盖下降松开滤膜夹，转盘电机带动转盘转动，滤膜夹进入称量工位，利用β射线进行称量空白滤膜，称量结果传输至单片机。

4、称量完毕，转盘电机带动转盘转动，滤膜夹进入采样工位。快速升降机构使下密封盖上升密封采样支路，进气三通阀接通采样气路，采样泵抽气，进行采样。

5、采集完毕，快速升降机构松开滤膜夹，转盘电机带动转盘转动，滤膜夹进入风干工位，热风吹干滤膜。

6、滤膜风干后，松开滤膜夹，转盘电机带动转盘转动，滤膜夹进入称量工位，利用β射线进行称量滤膜。单片机通过和步骤3测量的空白滤膜质量比较，测得烟尘重量，于显示屏显示。也可结合皮托管计量的吸入气体体积进行计算，换算出烟尘浓度。

7、点击结束本次采样，转盘电机带动转盘转动，滤膜夹取放工位处门开，取出滤膜夹，完成一次采样。取出的滤膜夹可带回分析室利用称重法校准对比检测结果。

8、采样完成后，点击反吹，下密封盖压紧滤膜夹密封气路，出气三通阀开向反吹风机和采样气路，风机启动，反吹管路进行清洁。

以上过程为转盘仅设一个滤膜夹安装孔，滤膜取放、取样烘干和称重需逐一完成。也可将转盘设置为圆形，设置三个滤膜夹安装孔，三个安装孔均布在转盘圆周上（如图7所示），三个安装孔分别位于取放工位、采样烘干工位和称重工位处，此时可通过单片机控制实现滤膜夹取放、采样或烘干与称重同时进行，加快工作效率。

本实施例所述的一体式β射线烟尘质量称重仪，通过快速连接机构实现采样头与主机箱的伴热软管连接，将采样与称重一体化，使设备适用于多种烟道的采样。通过转盘将滤膜夹取放、样本采集、烘干装置和称重装置一体化，结构紧凑，便携性佳。其中滤膜烘干采用加热与风干同时进行的方式，烘干效率高。自带反吹装置，清洁采样管路，提高采样精度。该称重仪可与监测单位现有的颗粒物检测主机连接使用，无需重新购买采样泵和浓度分析单元即可实现设备升级。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。