[發明專利]粉塵濃度儀

有效

• 申請號: 201410593618.3
• 申請日: 2014-10-29
• 公開（公告）號: CN104297120B
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發明（設計）人: 葉嵩;李根;常守亮
• 申請（專利權）人: 西石（廈門）科技有限公司
• 主分類號: G01N15/06
• 分類號: G01N15/06
• 代理公司: 北京科家知識產權代理事務所(普通合伙)11427
• 代理人: 陳娟

技術領域

本發明屬于粉塵濃度測量技術領域，具體涉及一種對排放粉塵濃度進行在線實時檢測的儀器。

背景技術

粉塵濃度儀根據應用領域的不同，可以分為環境粉塵儀以及管道粉塵儀。

環境粉塵儀用于測量開放空間的粉塵或顆粒物濃度。可廣泛應用于各行業對廠房，工作環境，作業空間，辦公室，室外空間等等進行在線實時粉塵濃度監測，以及礦山及煤礦井下等特殊的工業工作環境粉塵濃度監測。

管道粉塵儀可以用來監測各類煙氣管道粉塵濃度趨勢變化，固定污染源粉塵排放監測以及固體粉料輸送過程和配比控制。通常安裝于過濾器、旋風器或類似設備的下游，監測固體顆粒濃度，防止泄漏發生，提供早期預警。可廣泛應用于電廠，冶金，化工和鑄造等領域。

目前，粉塵濃度儀主要有電容法、β射線法、光散射法、光吸收法、摩擦電法等粉塵濃度在線測量方法。電容法的測量原理簡單，但電容測量值與濃度之間并非一一對應的線性關系，電容的測量值易受相分布及流型變化的影響，導致較大的測量誤差；β射線法雖然測量準確，但需要對粉塵進行采樣后對比測量，很難實現粉塵濃度的在線監測。因此，目前較為成熟的方式是采用光散射法、光吸收法、摩擦電法進行粉塵濃度在線監測。而摩擦電法相對于光學法具有如下優勢：可以測量非常小的顆粒；不受振動影響；粉塵的顏色不影響測量；沒有光學窗口需要保持干凈。因此成為了目前粉塵濃度儀的研究發展方向。

但是，基于摩擦電法的粉塵濃度儀采用的是交流靜電感應原理，由于粉塵顆粒相互運動摩擦而感應電荷，當粉塵荷電接觸或經過傳感器電極附近或碰撞傳感器時，在電極上感應電動勢。由于其感應電動勢非常微弱，因此對于處理的硬件電路和軟件算法提出了很高的要求。

因此，能否提供一種粉塵檢測精度高、制造成本低、又能安全使用并且工作可靠優異的粉塵濃度儀是目前有待解決的技術問題。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的是提供一種電路結構可靠，檢測精度高，免維護的粉塵濃度儀。

本發明提出了如下技術解決方案：一種粉塵濃度儀，包括電荷信號傳感器，放大電路和跟隨器，電荷信號傳感器的信號輸出端與初級放大電路的信號輸入端Signal連接，初級放大器電路的輸出端電壓信號Vout1與可選增益運算放大器電路輸入端連接，可選增益運算放大器電路的輸出端電壓信號Vout2與末端跟隨電路的輸入端連接，末端跟隨電路的輸出端交流電壓信號Vout3與模數轉換電路連接，通過模數轉換電路轉換輸入主控芯片，末端跟隨電路的輸出端直流電壓信號Vout4與模數轉換電路連接，通過模數轉換電路轉換輸入主控芯片；主控芯片同時通過數模轉換輸出偏置電壓Vbias給初級放大器電路和可選增益運算放大器電路。

所述的初級放大器電路包括超超低輸入電流運算放大器U1，電阻R1、R2、R3、R4和濾波電容C1、C2、C3、C4組成，電流運算放大器U1的信號輸入端Signal與輸出端電壓信號Vout1的負輸入端之間連接電阻R1和電容C1，信號輸入端Signal與電流運算放大器U1之間連接電阻R2，來自主控芯片的偏置電壓信號Vbias與電流運算放大器U1的正輸入端之間連接電阻R3，電流運算放大器U1的正輸入端通過電阻R4接地，并通過電容C2接地。信號輸入端Signal為摩擦電荷產生的感應電動勢信號。電流運算放大器U1選用LMC6001，當選取R3＝R2，R4＝R1時，輸出電壓Vout1＝Vbias-Signal。用于將由摩擦電荷產生的感應電動勢信號，實現超超低電流輸入信號放大，并增加偏置電壓調整，輸出給下一級電路。

所述的可選增益運算放大器電路包括增益可編程運算放大器U2，來自主控芯片的選擇信號ASel與增益可編程運算放大器U2電流輸入端連接，來自電流運算放大器U1的輸出端電壓信號Vout1與增益可編程運算放大器U2輸入端負極連接，來自主控芯片的兩組模擬信號Vdac1和Vdac2、偏置電壓信號Vbias分別經過電阻R5和電阻R6、電阻R7與增益可編程運算放大器U2輸入端正極連接，電阻R5、R6、R7組成。增益可編程運算放大器U2選用低噪聲增益可編程運算放大器PGA205，從主控芯片傳送的數字信號ASel可以選擇增益可編程運算放大器U2的增益，通過主控芯片進行增益大小的選擇，選擇不同粉塵顆粒大小對電荷的比例關系。同時主控芯片通過兩組數模轉換器形成模擬信號Vdac1、Vdac2，其中Vdac1為直流反饋信號，Vdac2為模擬的帶偏置電壓的交流反饋信號，通過電阻R5、R6、R7形成運算放大器的+端輸入，最后輸出電壓：