一种颗粒物切割器切割性能检测装置及方法与流程

本发明涉及一种颗粒物切割器性能检测技术，具体为一种颗粒物切割器切割性能检测装置及方法。

背景技术：

随着工业的发展，人类生产和生活活动日益频繁，以环境空气颗粒物(pm10、pm2.5、pm1)为特征的环境污染日益严重，严重影响到了人类的人日常活动及身体健康，由50个国家303个机构的488名研究人员共同完成的《2010年全球疾病负担评估》称，2010年，细颗粒物形式的室外空气污染居全球20个首要致死风险因子第九位，在中国则为第四。细颗粒物形式的室外空气污染所导致的公共健康风险，比人们以往认为的更为严重，2010年在中国，室外空气污染导致120万人过早死亡以及超过2500万健康生命年(1个人减少1年寿命为1健康生命年)的损失。

环境空气颗粒物(pm10、pm2.5、pm1)是环境空气质量评价的重要组成部分，也是尽年来环境空气污染的主要成分，颗粒物切割器是颗粒物(pm10、pm2.5、pm1)自动监测仪器和质控仪器的关键组成部分，颗粒物切割器的性能和切割效率对颗粒物(pm10、pm2.5、pm1)检测数据的质量起着至关重要的作用。

切割器是将不同粒径分离的装置，按切割粒径切割器分为pm10、pm2.5、pm1、pm0.5等，按切割原理可分为冲击式(撞击式)和旋风式，按流量可分为大、中、小流量的切割器。目前颗粒物(pm10、pm2.5、pm1)切割器切割性能和切割效率的检测方法基本上有几种。方法一：洁净空气源、颗粒物发生装置、混合仓产生颗粒物，风洞传输，切割器切割颗粒物，粒径仪器测量颗粒物；方法二：洁净空气源、颗粒物发生装置、混合仓产生颗粒物，风洞传输，切割器切割颗粒物，采样器采集颗粒物，重量法称量；方法三：洗脱法、静态箱法、分流法，也需要经过颗粒物发生。也有用标准、单分散、颗粒物psl小球代替颗粒物发生的，但成本太高，需要传输、测量(荧光光度计或粒径谱仪)等过程，以上方法都有投入巨大，占地面积大，方法复杂，运行成本高，检测时间长(8小时以上)，无法便携移动等问题。

技术实现要素：

针对现有技术中空气颗粒物的检测投入巨大、方法复杂、无法便携移动等不足，本发明要解决的问题是提供一种能够便携、低成本、效率高颗粒物切割器切割性能检测装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种颗粒物切割器切割性能检测装置，包括切割器主管路、气仓、抽气泵、质量流量控制器以及正压钢瓶，其中气仓具有第一～三气管路接口，第一、二气管路连接切割器主管路中切割器两端，第三气管路接口连接正压钢瓶；抽气泵安装于切割器主管路末端，质量流量控制器安装于切割器主管路上、抽气泵的空气入口侧。

在切割器主管路的空气入口侧设有第一过滤器，在切割器的下测量口侧的切割器主管路上设有第二过滤器。

切割器主管路上切割器的上测量口侧设有第一阀门，下测量口侧设有第三阀门；还具有第二、四、五阀门，其中第二阀门连通于切割器上测量口侧与气仓的第一气管路接口之间，第四阀门连通于切割器下测量口侧第三阀门下端与气仓的第二气管路接口之间，第五阀门连通于气仓的第三气管路接口与正压钢瓶之间。

本发明一种颗粒物切割器切割性能检测装置的检测方法，通过检测切割器不同流量不同流量状态下，气体流场的变化确定切割器的切割效率；通过在工况或标况同一状态下的流量值和切割器的切割性能的关系，来检测切割器的切割性能，包括以下步骤：

1)打开切割器主管路上的阀门，关闭气仓支管路上的阀门，调解抽气泵和流量控制器，使气体以不同的速度经过第一过滤器、切割器，再通过第二过滤器，测量在不同流量下，上测量口和下测量口处的气体流场的压力变化；

2)关闭切割器主管路上的第一阀门和气仓支管路上的第五阀门，打开切割器主管路上的第三阀和气仓支管路上的第四阀门、气仓支管路上的第二阀门，使用抽气泵将气仓抽至负压状态；根据气仓体积v1和气仓压力p4与切割器的压力p2，通过克拉伯龙方程计算出切割器在负压情况下的体积v2；

3)关闭第一阀门，打开第二阀门、第三阀门、第四阀门以及第五阀门，由正压钢瓶给气仓加压，当气仓压力达到规定值时，通过克拉博龙方程计算出切割器在正压情况下的体积v2′；

4)通过测得气体流场的变化，并且将切割器在负压情况下的体积v2和切割器在正压情况下的体积v2′作为参考项来提高测量的准确性。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明装置用于快速检测环境空气颗粒物切割器切割性能和切割效率，检测装置及方法能够在10分钟内快速完成检测，还具备便携、运行成本低、数据可靠高、无需颗粒物发生、传输等复杂过程等优点。

2.本发明适用于不同切割粒径的冲击式(撞击式)、旋风式，大、中、小流量的切割器，方便单人移动。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图。

其中，1为第一过滤器，2为上测量口，3为切割器，4为下测量口，5为第三阀门，6为第二过滤器，7质量流量控制器，8为第一阀门，9为第二阀门，10为气仓，10a为第一气管路接口，10b为第二气管路接口，10c为第三气管路接口，11为第四阀门，12为第五阀门，13为抽气泵，14为正压钢瓶。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。

本发明装置用于快速检测环境空气颗粒物切割器切割性能和切割效率，切割器是将不同粒径分离的装置，按切割粒径切割器分为pm10、pm2.5、pm1、pm0.5等，按切割原理可分为冲击式(撞击式)和旋风式，按流量可分为大、中、小流量的切割器，本装置适用于不同切割粒径的冲击式(撞击式)、旋风式，大、中、小流量的切割器。

如图1所示，本发明一种颗粒物切割器切割性能检测装置，包括切割器主管路、气仓10、抽气泵13、质量流量控制器7以及正压钢瓶14，其中气仓10具有第一～三气管路接口，第一、二气管路接口10a、10b连接切割器主管路中切割器3两端，第三气管路接口10c连接正压钢瓶；抽气泵13安装于切割器主管路末端，流量控制器7安装于切割器主管路上、抽气泵13的空气入口侧。

在切割器主管路的空气入口侧设有第一过滤器1，在切割器3的下测量口4侧的切割器主管路上设有第二过滤器2。

切割器主管路上切割器3的上测量口2侧设有第一阀门8，下测量口4侧设有第三阀门5；还具有第二、四、五阀门9、11、12，其中第二阀门9连通于切割器3上测量口2侧与气仓10的第一气管路接口10a之间，第四阀门11连通于切割器3下测量口2侧第三阀门5下端与气仓10的第二气管路接口10b之间，第五阀门12连通于气仓10的第三气管路接口10c与正压钢瓶14之间。

本发明是通过检测切割器不同流量时气体流场的变化，来确定切割器的切割效率，不同切割器气体流场存在差异，不同流量的气体通过切割器时上测量口2和下测量口4处的压力，在工况或标况同一状态下的值和切割器的切割性能的关系，来检测切割器的切割性能、环境温度t2和环境气压p3，测量空气压力和温度用于计算和控制工况或标况流量。

本发明一种颗粒物切割器切割性能检测装置的检测方法，通过检测切割器不同流量时气体流场的变化确定切割器的切割效率；通过在工况或标况同一状态下的流量值和切割器的切割性能的关系，来检测切割器的切割性能，包括以下步骤：

1)打开切割器主管路上的阀门，关闭气仓支管路上的阀门，调解抽气泵13和流量控制器7，使气体以不同的速度经过第一过滤器1、切割器3，再通过第二过滤器6，测量在不同流量下上测量口2和下测量口4处的气体流场的变化；

本步骤将第一阀门8和第三阀门5打开，第二阀门9和第四阀门11关闭。

2)关闭切割器主管路上的第一阀门8和气仓支管路上的第五阀门12，打开切割器主管路上的第三阀5和气仓支管路上的第四阀门11和气仓支管路上的第二阀门9，使用抽气泵13将气仓10抽至负压状态；根据气仓体积v1和气仓压力p4与切割器的压力p2，通过克拉伯龙方程计算出切割器在负压情况下的体积v2。

3)关闭第一阀门8，打开第二阀门9、第三阀门5、第四阀门11以及第五阀门12，由正压钢瓶14给气仓10加压，当气仓12压力达到规定值时，通过克拉伯龙方程计算出切割器在正压情况下的体积v2′。

4)通过测得气体流场的变化，并且将切割器在负压情况下的体积v2和切割器在正压情况下的体积v2′作为参考项来提高测量的准确性。

本发明根据压力和体积的关系的克拉伯龙方程，在同等质量的气体条件下：p4*v1＝p2*v2，在已知气仓压力p4(负压或正压)的条件下联通被测切割器和已知体积为v1的容器，能够计算出切割器在负压情况下的体积v2和切割器在正压情况下的体积v2′，v2和v2′作为步骤1)中描述本发明检测方法的参考项，会有效提高检测精度。

上测量口2、下测量口4处测量点测量压力p1(上测量口2)和p2(下测量口4)，根据相关算法测量空气流场、环境气压p3和环境温度t2测量环境中气压和温度，对应标况和工况流量。

第一、二过滤器1、6用于净化空气中的杂质，质量流量控制器7、抽气泵13用于控制和计量流量。

抽气泵13、第五阀门12控制气仓10的压力p4(负压或正压)，根据克拉伯龙方程确定切割器在负压或正压情况下的体积，颗粒物切割器是利用空气动力学气体流场变化原理进行颗粒物切割的。