[發明專利]工業尾氣顆粒物濃度在線監測裝置

在審

• 申請號: 201810977576.1
• 申請日: 2018-08-27
• 公開（公告）號: CN109164023A
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發明（設計）人: 余徽;余思璇;魏文韞
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01N15/06
• 分類號: G01N15/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種工業尾氣顆粒物濃度在線監測裝置，其特征在于：所述粉塵濃度在線監測裝置包括檢測倉組件、靜電分散系統、光路系統、光電轉換組件、微處理及顯示系統；

所述檢測倉組件包括檢測倉主體、保溫層、采樣進口管道、流出管道、恒流量抽氣泵；所述靜電分散系統、采樣進口管道、檢測倉主體、流出管道、恒流量抽氣泵依次連接；所述靜電分散系統包括主要構件為渦流發生器和電極的顆粒分散裝置；所述保溫層覆蓋于所述檢測倉組件裸露表面；所述光電轉換組件包括主要構件為光電二極管的光電轉換器；所述光路系統包括半導體激光發生器，其半導體激光發生器產生的激光經檢測倉后被光電轉換器接收；所述光電轉換組件將檢測信號傳輸至所述微處理及顯示系統；所述微處理及顯示系統控制激光發生器的發射功率，恒流量抽氣泵的抽吸量及顆粒分散裝置的電極電壓。

2.根據權利要求1所述的工業尾氣顆粒物濃度在線監測裝置，其特征在于：所述檢測倉主體為絕緣材料構成的形狀規則的柱形空腔；其近兩端面的壁面處設有兩對稱的圓形開口，用于安裝采樣進口管道和流出管道；其兩端面中心處還設有圓形開口并安裝光學玻璃，防止含塵氣體外溢。

3.根據權利要求1所述的工業尾氣顆粒物濃度在線監測裝置，其特征在于：所述光路系統置于與所述檢測倉主體進口管道同側端面的光學玻璃上，為檢測倉提供穩定的軸向激光。

4.根據權利要求1所述的工業尾氣顆粒物濃度在線監測裝置，其特征在于：所述光電轉換組件置于與所述檢測倉主體流出管道同側端面的光學玻璃上，接收出射激光光強，并將光信號轉換為電信號，由于光電二極管有一個線性響應，測量的量I與信號功率P成正比，一般來說，I～P：

式中，I₀為所述檢測倉主體入射光強，I為出射光強。

5.根據權利要求1所述的工業尾氣顆粒物濃度在線監測裝置，其特征在于：所述保溫層覆蓋于所述檢測倉主體裸露外表面，用于維持檢測倉內含塵氣體的溫度。

6.根據權利要求1所述的工業尾氣顆粒物濃度在線監測裝置，其特征在于：所述靜電分散系統為絕緣材料構成的形狀規則的柱形空腔，其內部近進口端處放置渦流發生器，用于強化湍流，分散已團聚顆粒；其近出口端處放置電極，使顆粒及時荷上同極性電荷，保持顆粒的分散性和粒徑分布的穩定性。

7.根據權利要求1所述的工業尾氣顆粒物濃度在線監測裝置，其特征在于：所述微處理及顯示系統可根據所述光電轉換組件接受到的光強信號強度及靈敏度為標準對含塵氣體的流量、激光發射的強度以及電極的電壓進行協調設定。

8.根據權利要求1所述的工業尾氣顆粒物濃度在線監測裝置，其特征在于：所述微處理及顯示系統采集所述檢測倉主體分別充滿空氣或含塵氣體時的光強信號，將所述檢測倉主體充滿空氣時的出射光強近似為入射光強，并同充滿含塵氣體時所得出射光強做一比值，最后可根據光強信號的比值實時計算并顯示經過所述檢測倉主體的含塵氣體粉塵質量濃度。

9.以符合ISO 11057標準的粉塵顆粒Pural NF為例，具體計算步驟如下：

步驟一：根據所述光電轉換組件顯示入射及出射光強信號，由Lambert—Beer定律得出射光強與入射光強的關系為：

式中，K_ex為消光系數，表示光被所測顆粒吸收的程度；L為所述檢測倉主體軸向長度，m；N_v表示粉塵顆粒數量濃度，P·cm^-3；λ為光源波長；m為介質相對折射率；d為顆粒粒徑，m；應用于實際測量時，需考慮具有一定粒徑分布的多分散體系；對于給定的檢測顆粒，相對折射率近似為定值，消光系數僅隨粒徑變化；

利用計算機仿真計算消光系數隨粒徑的變化關系，其擬合關系式為，

K＝-1.408×10⁵d+2.9082 (4)

根據質量濃度同數量濃度的關系，可得，

聯立上式，可得，

步驟二：利用光散射粒徑譜儀測定粉塵顆粒Pural NF的粒徑分布，得到顆粒數量分率隨粒徑的變化關系：

對于已知粒徑分布的粉塵顆粒，總數量濃度與質量濃度成比例變化；a＝6/πρ_Pξ³，其中ξ為整個顆粒體系的虛擬粒徑；b為引入虛擬粒徑帶來的殘差；

N_v＝aM_v+b (8)

聯立式(6)、式(7)、式(8)，得到光強比值與質量濃度的關系：

由式(9)可知，粉塵顆粒質量濃度同光強比值的對數成線性關系；

步驟三：利用光散射粒徑譜儀進行標定，得到不同出射光強下粉塵顆粒的質量濃度，繪制出光強比值的對數同粉塵顆粒質量濃度的擬合曲線；

步驟四：將步驟三所得擬合曲線導入所述微處理及顯示系統，在所述檢測倉主體中通入含塵氣體，所述微處理及顯示系統接收入射及出射光強信號，計算入射光強與出射光強比值的對數，最后通過導入的擬合曲線得到并由所述微處理及顯示系統顯示含塵氣體粉塵顆粒質量濃度。