一种雾参数在线监测设备的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种雾参数在线监测设备，包括箱体，箱体内部设有雾采集系统、控制系统和数据采集分析系统，箱体外部雾传感器和温湿压传感器，雾传感器和温湿压传感器分别连接控制系统，雾采集系统包括抽排装置，抽排装置的抽头开口的一端露在箱体外部，抽头内部由外向内依次设有冷凝器和液体采集网，液体采集网下方设有雾采集沉降室，雾采集沉降室底部设有孔，孔的下方设有上端开口的采样瓶，雾采集沉降室中的液滴能够流入采样瓶中，箱体内还设有用于将采样瓶中液体排出的排液泵系统，采样瓶中设有PH值及电导率测试系统。本发明实现了对雾的实时监测，对雾的接收灵敏度高，抗干扰能力强。
【专利说明】
一种雾参数在线监测设备
技术领域
[0001]本发明涉及大气降雾采集与分析技术领域，特别是涉及一种雾参数在线监测设备。
【背景技术】
[0002]近年来，由于大气污染、气候变化等因素的影响，雾霾天气在我国大部分地区持续频繁地发生，对我国电力系统输变电系统中高压设备等的外绝缘构成了威胁。据数据统计，全国70多个PM2.5重点监测城市中，半数超过严重污染指标，尤其以石家庄、北京这样的华北地区城市更为严重。雾是指大气中悬浮着大量的自由水滴，空气湿度一般在80%以上，纯净的雾是不含有污秽物的，但是在环境污染等因素的影响下，雾中含有的水分呈现酸碱性，及其导电性能发生了相应的变化，会使绝缘子等高压设备表面上形成积累的污秽物并使其湿润，从而发生污闪，这种污闪也是“雾闪”。
[0003]目前的专利-一种自动采集器(2011120035686.X)包括箱体、雨感器、电控箱和采集器。其工作原理只是简单地利用轴流风机吸收大气中的雾水，其仍需要操作人员进行实时的现场收集样本，再返回实验室进行雾水参数的分析，其增加了操作人员的工作量，降低了工作效率。
【发明内容】
[0004]发明目的:本发明的目的是提供一种能够解决现有技术存在的缺陷的雾参数在线监测设备。
[0005]技术方案:雾参数在线监测设备，包括箱体，箱体内部设有雾采集系统、控制系统和数据采集分析系统，箱体外部雾传感器和温湿压传感器，雾传感器和温湿压传感器分别连接控制系统，雾采集系统包括抽排装置，抽排装置的抽头开口的一端露在箱体外部，抽头内部由外向内依次设有冷凝器和液体采集网，液体采集网下方设有雾采集沉降室，雾采集沉降室底部设有孔，孔的下方设有上端开口的采样瓶，雾采集沉降室中的液滴能够流入采样瓶中，箱体内还设有用于将采样瓶中液体排出的排液栗系统，采样瓶中设有PH值及电导率测试系统，PH值及电导率测试系统连接控制系统，并将测得的PH值信号和电导率值信号传给数据采集分析系统，数据采集分析系统根据PH值信号和电导率值信号计算得到PH值和电导率值，并将PH值和电导率值发送给终端。通过温湿压传感器能够实时感测外界空气温度，当外界空气温度不在测试温度范围内时，控制系统对采集到的液滴进行加热或者冷却，从而使液滴的温度回到测试温度范围内，能够有效提高监测精度。
[0006]为了保持采样瓶中始终有液体，所述监测设备还包括清洗栗系统，清洗栗系统包括设于箱体内部的微型抽水栗和设于箱体外部的水箱，微型抽水栗的软管的一端连接采样瓶，微型抽水栗的软管的另一端连接水箱，微型抽水栗的控制端连接控制系统。
[0007]为了对采样瓶中液体的水位进行实时测量，所述采样瓶中还设有液位传感器，液位传感器将液位值传送给控制系统。
[0008]进一步，所述控制系统包括CPU，CPU的多个输入端分别连接雾传感器、温湿压传感器、GPRS接收模块和蓄电池，CPU的输出端连接PLC处理器，PLC处理器的多个输出端分别连接第一继电器的动触点、第二继电器的动触点和第四继电器的动触点，第一继电器的常开触点、第二继电器的常开触点和第四继电器的常开触点分别连接抽排装置的控制端、排液栗系统的控制端和PH值及电导率测试系统，第一继电器线圈的两端、第二继电器线圈的两端和第四继电器线圈的两端均连接蓄电池。
[0009 ] 进一步，所述控制系统还包括第三继电器，第三继电器的动触点连接PLC处理器的一个输出端，第三继电器线圈的两端连接蓄电池;所述监测设备还包括清洗栗系统，清洗栗系统包括设于箱体内部的微型抽水栗和设于箱体外部的水箱，微型抽水栗的软管的一端连接采样瓶，微型抽水栗的软管的另一端连接水箱，微型抽水栗的控制端连接第三继电器的常开触点。
[0010]进一步，所述PH值及电导率测试系统包括PH测试电极和电导率测试电极，PH测试电极和电导率测试电极分别连接控制系统，PH测试电极测得的PH值信号传送给第一采集放大电路，经过第一采集放大电路放大后的PH值信号传送给第一 A/D转换电路，经过第一 A/D转换电路进行A/D转换后的PH值信号传送给数据采集分析系统，电导率测试电极测得的电导率值信号传送给第二采集放大电路，经过第二采集放大电路放大后的电导率值信号传送给第二 A/D转换电路，经过第二 A/D转换电路进行A/D转换后的电导率值信号传送给数据采集分析系统。
[0011]进一步，所述数据采集分析系统包括ARM处理器，ARM处理器将PH值信号和电导率值信号进行计算得到PH值和电导率值，并将PH值和电导率值经过单片机进一步处理，然后传送给GPRS发送模块，GPRS发送模块将PH值和电导率值发送给终端。
[0012]进一步，所述雾采集沉降室的形状呈沙漏形，且雾采集沉降室底部的中心向内凸起，雾采集沉降室底部的边缘设有孔，这样能够加快液体采集网上的液体流入雾采集沉降室中的速度，并且能够减少由于强气流的作用而导致的液体蒸发。
[0013]为了使液体采集网上的液体在重力作用下能够更快、更多地流入雾采集沉降室中，所述液体采集网垂直设置在雾采集沉降室的上方。
[0014]进一步，所述抽排装置为真空鼓风机。
[0015]有益效果:与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0016](I)本发明实现了对雾的实时监测，对雾的接收灵敏度高，抗干扰能力强，并通过温湿压传感器实时感测外界空气温度，当外界空气温度不在测试温度范围内时，控制系统对采集到的液滴进行加热或者冷却，从而使液滴的温度回到测试温度范围内，能够有效提高监测精度；
[0017](2)本发明能够自动排放采样瓶中的液体，可实现重复测量，大大减少了操作人员的工作量，提高了工作效率；
[0018](3)本发明的抽排装置具有抽气和排气的双重功能:在采集雾之前，控制系统将抽排装置设置为正压，抽排装置进行排气，以保证后续采集到的液体完全来自于大气中的雾；在采集雾时，控制系统将抽排装置设置为负压，抽排装置进行抽气，从而能将大气中的雾采集进来；
[0019](4)本发明具有远程操控的功能。
【附图说明】
[0020]图1为本发明的结构不意图；
[0021]图2为本发明的电路框图；
[0022]图3为本发明的PH值及电导率测试系统的电路框图；
[0023]图4为本发明的第一采集放大电路的电路图；
[0024]图5为本发明的方法流程图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明的技术方案作进一步的介绍。
[0026]本发明公开了一种雾参数在线监测设备，如图1和图2所示，包括箱体1、雾采集系统2、传感器系统3、PH值及电导率测试系统4、控制系统5、数据采集分析系统6、百叶箱7和水箱(图中未示出)。箱体I内部分为上下两层，上下两层之间由上下层隔板11隔开，上层箱体的一侧开设有上层门16，下层箱体的一侧开设有下层门17，上层箱体内设有平行的第一隔板12和第二隔板13，第一隔板12的一端和第二隔板13的一端均固定在上层箱体的左侧壁上，上层箱体内部右边区域内还设有控制系统柜14和数据采集分析系统柜15，箱体I后壁上设有两个卡箍，用于将箱体I固定于铁塔等高处。
[0027]箱体I内部设有雾采集系统2，雾采集系统2包括设于第一隔板12上的雾采集沉降室23，雾采集沉降室23的形状为沙漏形，且雾采集沉降室23的底部中心设有向内的凸起，雾采集沉降室23底部的边缘设有孔，第一隔板12上正对着孔的位置处也设有比孔直径大2cm的圆孔。雾采集系统2还包括抽排装置21，抽排装置21包括设于下层箱体内部的抽排装置本体211、设于雾采集沉降室23上端开口处的抽头212以及连接抽排装置本体211与抽头212的第一软管213，上层箱体的左侧壁上开设有一个方形孔，抽头212的开口处设置在方形孔中，抽头212内部自外向内依次设有冷凝器(图中未示出)和液体采集网22，液体采集网22垂直设于雾采集沉降室23上端开口的正上方。雾采集系统2还包括设于第二隔板13上的采样瓶24。此外，雾采集系统2还包括排液栗系统25和清洗栗系统26。排液栗系统25包括设置在上层箱体左侧壁上的微型蠕动栗251，微型蠕动栗251连接第二软管252的一端，第二软管252的另一端伸入到采样瓶24底部。清洗栗系统26包括设置在上层箱体顶部内壁上的微型抽水栗261，微型抽水栗261连接有第三软管262，第三软管262的一端伸入采样瓶24中，第三软管262的另一端连接设于箱体I外部的水箱(图中未示出)。
[0028]其中，抽排装置21可采用真空鼓风机、真空栗或者排风扇中的任意一种。当选用真空栗时，要求其能达到120m3/h左右的空气吸入量，由于真空栗的功率较大，一般为220V，故需要在蓄电池55后端加12V/24V转220V的逆变器。当选用排风扇时，要求其能达到120m3/h左右的空气吸入量，排风扇的供电电压为12V或者24V。
[0029]液体采集网22可采用超高效聚合过滤膜，过滤精度高达5μπι，可将雾中的水凝结，保证大气中的水成分最大程度不丢失。液体采集网22的长和宽比抽头212的长和宽小5_。
[0030]微型蠕动栗251的宽度仅为40mm，安装方便，节约空间，其最大流量为96mL/min，微型蠕动栗配置的软管壁厚为1mm，最大直径选用4mm，当控制系统5的CPU51收到雾传感器31的信号为雾的能见度大于设定阈值，或者远程控制信号的指令为启动第二继电器57时，微型蠕动栗251开始工作，将采样瓶24中的液体通过第二软管252排出。
[0031]微型抽水栗261的工作电压为12V DC，最大流量为180mL/min，尺寸为118 X 73 X46mm。第三软管262的长度根据水箱与微型抽水栗261的距离选定，最大距离应小于等于5m，第三软管262的厚度选用1mm，最大直径为4mm，水箱的体积选为2L。当远程控制信号指令为启动第三继电器58或液位传感器33的电压信号为O时，PLC处理器52给第三继电器58—个12V的电压，微型抽水栗261开始将水箱中的水抽到采样瓶24中，直至液位传感器33的电压信号大于所设定的阈值时，PLC处理器52停止给第三继电器58供电。
[0032]采样瓶24容积为200ml的圆柱形，材质为DURAN玻璃，带有Peliter加热与冷却系统，且其加热与冷却系统与控制系统5的CPU51相连接，采样瓶24位于雾采集沉降室23底部孔的下方。当平时无雾时，采样瓶24中有液体，此液体为水箱中的洁净水，保证PH测试电极41每时每刻都处于水或液体中。
[0033]如图2和图1所示，传感器系统3包括设于箱体I顶部的雾传感器31、设于箱体I顶部百叶箱7中的温湿压传感器32，以及设于采样瓶24底部的液位传感器33。其中，雾传感器31采用光学雾探测器ONED 250，其具有光学部件的电子加热系统、低功耗等优点，默认设置雾传感器31能见度为100m(可调)时，判定为起雾。温湿压传感器32安装于百叶箱7内，且与控制系统5相连接，温湿压传感器32用于测量箱体内空气的温度、湿度和压力，当空气温度低于O度(可调)时，控制系统5启动Peliter加热系统，将采集到的液滴进行加热，当空气温度高于25度(可调)时，控制系统5启动Peliter冷却系统，将采集到的液滴进行冷却，以满足测试条件。液位传感器33用于测量采用瓶24中的水位，当液位传感器33给CPU51的电压信号为O时，表示采样瓶24中的液体被全部排出，此时PLC处理器52停止给第二继电器57供12V的直流电；当液位传感器33给CPU51的电压信号大于设定的阈值时，表示雾水收集完毕，此时PLC处理器52停止给第一继电器56供12V直流电。
[0034]采样瓶24中还设有PH值及电导率测试系统4，如图1、图2和图3所示，PH值及电导率测试系统4包括设于采样瓶24底部的PH测试电极41和电导率测试电极42，PH测试电极41和电导率测试电极42分别连接控制系统5中的第四继电器59的常开端，PH测试电极41测得的PH值信号传送给第一采集放大电路43，经过第一采集放大电路43放大后的PH值信号传送给第一 A/D转换电路45，经过第一 A/D转换电路45进行A/D转换后的PH值信号传送给数据采集分析系统6中的ARM处理器61，电导率测试电极42测得的电导率值信号传送给第二采集放大电路44，经过第二采集放大电路44放大后的电导率值信号传送给第二 A/D转换电路46，经过第二 A/D转换电路46进行A/D转换后的电导率值信号传送给数据采集分析系统6中的ARM处理器61。图4给出了第一采集放电电路43的电路图，其中运算放大器CPAMP选用LM358高增益双运算放大器。
[0035]其中，PH测试电极41采用以玻璃电极为指示电极，饱和甘汞电极为参比电极的复合型结构，PH测试电极41可实现在线监测的功能，其电极可实现2-4月更换一次，PH测试电极41安装于采样瓶24的瓶底。当收集到的液滴满足测试条件后，控制系统5给第四继电器59一个12V的电压，将其打开，此时两电极之间连通，液体中的H+等离子的运动将两电极导通，此时收集到的液体由于离子的运动，在两个电极间产生一个电压，电压信号首先经过第一采集放大电路43进行放大，再由第一 A/D转换电路45将电信号转换为数字信号，再传输到控制系统5的ARM处理器61，ARM处理器61经过运算、处理，将相应的信号替换成具体的PH值，再经过单片机8032进一步处理，由GPRS发送模块63传输到终端。
[0036]电导率测试电极42由两片金属片组成，其中第一金属片与控制系统5中第四继电器59的常开触点连接，第二金属片与第二采集放大电路44连接，电导率测试电极42安装于采样瓶24的瓶底。
[0037]如图1所示，控制系统5设于控制系统柜14中，控制系统5包括CPU51，如图2所示，CPU51的多个输入端分别连接雾传感器31、温湿压传感器32、液位传感器33、GPRS接收模块53、蓄电池55和输入输出1/054 XPU的输出端连接PLC处理器52，PLC处理器52的多个输出端分别连接第一继电器56的动触点、第二继电器57的动触点、第三继电器58的动触点和第四继电器59的动触点，第一继电器56的常开触点、第二继电器57的常开触点和第三继电器58的常开触点分别连接抽排装置21的控制端、微型蠕动栗251的控制端和微型抽水栗261的控制端，第四继电器59的常开触点连接PH测试电极41和电导率测试电极42，第一继电器56线圈的两端、第二继电器57线圈的两端、第三继电器58线圈的两端和第四继电器59线圈的两端均连接蓄电池55。蓄电池55可提供12VDC及24VDC两种电压。
[0038]如图1所示，数据采集分析系统6设于数据采集分析系统柜15中，数据采集分析系统6包括ARM处理器61，如图2所示，ARM处理器61的多个输入端分别连接时钟模块64和存储模块65，ARM处理器62的输出端连接单片机62，单片机62的输出端连接GPRS发送模块63ARM处理器62采用AT91SAM9260为核心。存储模块65用于保存雾参数数据，对数据进行备份。时钟模块64用于提供时钟。ARM处理器62发出的控制信号用于关闭第一继电器56，关闭第一继电器56后抽排装置21停止工作，数据采集工作已启动，抽排装置21等待下一次工作信号再工作。
[0039 ]下面介绍一下本发明的监测设备的工作过程:
[0040]控制系统5可以按照GPRS接收模块53接收到的远程终端下达的命令进行运作，也可以设置为智能状态，也即设置为:当雾传感器31探测到大气中雾的能见度超过其设置的阈值，且温湿压传感器32的各参数大于所设定的阈值时，判断此时有雾，控制系统5的CPU接收雾传感器31发送的信号后，给PLC处理器52下达指令，即给第二继电器57供应12V的电压，微型蠕动栗251将采样瓶24中的液体排出，此时液位传感器33的电压信号为O，PLC处理器52再给第一继电器56供应12V的电压，自动将抽排装置21设置为正压，此时抽排装置21开始排气Imin，以保证采集到的液体完全来自大气中的雾。Imin过后，PLC处理器52再给第一继电器56供应-12V的电压，将抽排装置21设置为负压，此时抽排装置21开始抽气，雾被抽入抽头212内部，经过冷凝器凝结成液滴，最后凝结在液体采集网上，并在重力的作用下经过雾采集沉降室23流入采样瓶24中，当采样瓶24中的液体达到一定量时，液位传感器33的电压信号大于其设定的阈值，此时PLC处理器52停止给第一继电器56供电，也即抽排装置21停止工作。控制系统5还可根据温湿压传感器32感测到的温度，对采样瓶24进行加热或冷却，当达到测试温度后，PLC处理器52给第四继电器58供应12V的电压，启动PH值及电导率测试系统4，进行PH值和电导率的测试。测试完毕后，PLC处理器52再次启动第二继电器57，将采样瓶24中的液体排掉，当液体全部排完后，启动第三继电器58，微型抽水栗261将水箱中的水抽入到采样瓶24中，以保证PH测试电极41和电导率测试电极42每时每刻都处于水或液体中。
【主权项】
1.一种雾参数在线监测设备，其特征在于:包括箱体(I)，箱体(I)内部设有雾采集系统(2)、控制系统(5)和数据采集分析系统(6)，箱体(I)外部雾传感器(31)和温湿压传感器(32)，雾传感器(31)和温湿压传感器(32)分别连接控制系统(5)，雾采集系统(2)包括抽排装置(21)，抽排装置(21)的抽头(212)开口的一端露在箱体(I)外部，抽头(212)内部由外向内依次设有冷凝器和液体采集网(22)，液体采集网(22)下方设有雾采集沉降室(23)，雾采集沉降室(23)底部设有孔，孔的下方设有上端开口的采样瓶(24)，雾采集沉降室(23)中的液滴能够流入采样瓶(24)中，箱体(I)内还设有用于将采样瓶(24)中液体排出的排液栗系统(25)，采样瓶(24)中设有PH值及电导率测试系统(4)，PH值及电导率测试系统(4)连接控制系统(2)，并将测得的PH值信号和电导率值信号传给数据采集分析系统(6)，数据采集分析系统(6)根据PH值信号和电导率值信号计算得到PH值和电导率值，并将PH值和电导率值发送给终端。2.根据权利要求1所述的雾参数在线监测设备，其特征在于:还包括清洗栗系统(26)，清洗栗系统(26)包括设于箱体内部的微型抽水栗(261)和设于箱体外部的水箱，微型抽水栗(261)的软管的一端连接采样瓶(24)，微型抽水栗(261)的软管的另一端连接水箱，微型抽水栗(261)的控制端连接控制系统(5)。3.根据权利要求2所述的雾参数在线监测设备，其特征在于:所述采样瓶(24)中还设有液位传感器(33)，液位传感器(33)将液位值传送给控制系统(5)。4.根据权利要求1所述的雾参数在线监测设备，其特征在于:所述控制系统(5)包括CPU(51)，CPU(51)的多个输入端分别连接雾传感器(31)、温湿压传感器(32)、GPRS接收模块(53)和蓄电池(55)，CPU(51)的输出端连接PLC处理器(52)，PLC处理器(52)的多个输出端分别连接第一继电器(56)的动触点、第二继电器(57)的动触点和第四继电器(59)的动触点，第一继电器(56)的常开触点、第二继电器(57)的常开触点和第四继电器(59)的常开触点分别连接抽排装置(21)的控制端、排液栗系统(25)的控制端和PH值及电导率测试系统(4)，第一继电器线圈的两端、第二继电器线圈的两端和第四继电器线圈的两端均连接蓄电池(55)。5.根据权利要求4所述的雾参数在线监测设备，其特征在于:所述控制系统还包括第三继电器(58)，第三继电器(58)的动触点连接PLC处理器(52)的一个输出端，第三继电器线圈的两端连接蓄电池(55);所述监测设备还包括清洗栗系统(26)，清洗栗系统(26)包括设于箱体(I)内部的微型抽水栗(261)和设于箱体(I)外部的水箱，微型抽水栗(261)的软管的一端连接采样瓶(24)，微型抽水栗(261)的软管的另一端连接水箱，微型抽水栗(261)的控制端连接第三继电器(58)的常开触点。6.根据权利要求1所述的雾参数在线监测设备，其特征在于:所述PH值及电导率测试系统(4)包括PH测试电极(41)和电导率测试电极(42)，PH测试电极(41)和电导率测试电极(42)分别连接控制系统(5)，PH测试电极(41)测得的PH值信号传送给第一采集放大电路(43)，经过第一采集放大电路(43)放大后的PH值信号传送给第一A/D转换电路(45)，经过第一A/D转换电路(45)进行A/D转换后的PH值信号传送给数据采集分析系统(6)，电导率测试电极(42)测得的电导率值信号传送给第二采集放大电路(44)，经过第二采集放大电路(44)放大后的电导率值信号传送给第二 A/D转换电路(46)，经过第二 A/D转换电路(46)进行A/D转换后的电导率值信号传送给数据采集分析系统(6)。7.根据权利要求1所述的雾参数在线监测设备，其特征在于:所述数据采集分析系统(6)包括ARM处理器(61)，ARM处理器(61)将PH值信号和电导率值信号进行计算得到PH值和电导率值，并将PH值和电导率值经过单片机(62)进一步处理，然后传送给GPRS发送模块(63), GPRS发送模块(63)将PH值和电导率值发送给终端。8.根据权利要求1所述的雾参数在线监测设备，其特征在于:所述雾采集沉降室(23)的形状呈沙漏形，且雾采集沉降室(23)底部的中心向内凸起，雾采集沉降室(23)底部的边缘设有孔。9.根据权利要求1所述的雾参数在线监测设备，其特征在于:所述液体采集网(22)垂直设置在雾采集沉降室(23)的上方。10.根据权利要求1所述的雾参数在线监测设备，其特征在于:所述抽排装置(21)为真空鼓风机。
【文档编号】G01N1/14GK105865846SQ201610454601
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】高嵩, 周志成, 刘洋, 周中山, 张龙, 陶风波, 贾勇勇
【申请人】江苏省电力试验研究院有限公司, 国家电网公司, 国网江苏省电力公司电力科学研究院, 南京埃森环境技术股份有限公司