CN107219155A - 一种自动测定双通道颗粒物质量浓度的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种自动测定双通道颗粒物质量浓度的装置，颗粒物分离取样模块与样气湿度控制模块相连接，样气湿度控制模块的出气口连接双通道的采样检测模组；双通道的采样检测模组的两路出气口分别与两路恒流调节模组连接；两路恒流调节模组的出气口通过三通阀与采样泵相连接。本发明装置可同时测定大气环境中PM10和PM2.5颗粒物的质量浓度，具有结构简单、维护成本低、运行周期长、数据快速准确，真正实现在线自动连续监测。本发明装置真正实现了只需要一个β射线检测器和一个β放射源，既可完成双通道连续在线采样过程，具有结构简单、维护成本低、运行周期长、数据快速准确，降低了仪器成本和后期维护成本，真正实现在线自动连续监测。
Description
技术领域
本发明属于大气自动监测设备技术领域，具体涉及一种自动测定双通道颗粒物质量浓度的装置。
背景技术
大气环境对人们的生活及健康有着至关重要的影响，因此对于大气环境中的颗粒物的监控也尤为重要。大气颗粒物是分散在大气中固态或液态颗粒状物质的总称。粒径为0.01μm～100μm的大气颗粒物，统称为总悬浮颗粒物TSP。而PM10和PM2.5分别指空气动力学直径小于或等于10μm和2.5μm的大气颗粒物。PM10也称为可吸入颗粒物，世界卫生组织(WHO)则称为之可进入胸部的颗粒物；PM2.5能够进入人体肺泡，被称为可入肺颗粒物。
PM10在环境空气中持续的时间很长，对人体健康和大气能见度影响都很大，被人吸入后，会累积在呼吸***中，引发许多疾病。PM2.5相对于PM10来说，更容易长时间悬浮在空中，PM10可进入人的鼻腔及气管，而PM2.5除了能进入肺部，还能进入肺泡甚至血液。引起肺部和全身炎症，增加动脉硬化、血脂升高的风险，导致心律不齐、血压升高等。而且PM2.5的危害是多重的，它会形成灰霾，降低能见度，还会影响生态环境，并通过远距离输送，造成区域性或全球性环境问题，甚至影响气候变化，PM10和PM2.5已经成为环境空气质量监测的必测参数。
目前空气颗粒物的自动监测方法有：β射线吸收法，微量振荡天平法，光散射法。β射线吸收法主要是通过测量射线经过附有颗粒物的滤纸的损耗来计算颗粒物的质量浓度；微量振荡天平法是通过测量振荡频率的变化计算出沉积在滤膜上颗粒物质量的一种方法；光散射法主要是利用颗粒物对光的散射直接实现气溶胶光学粒径的测量，是一种非接触、在线式测量方法。目前市场上大多数自动监测仪器均为单通道颗粒物监测仪，只能实现PM10或PM2.5一个参数的测量，测两个参数需要两台仪器，占用面积大，成本高，维护量大，使用不方便。虽然现有技术中也有相关双通道颗粒物自动检测装置，然而这类产品在现实使用中还存在着较大的缺陷，存在如下技术问题：(1)由于β射线检测器和β放射源的成本相对较高，在同一台机器上同时使用，必然增加设备的投入成本:；(2)由于β放射源具有放射性，其测量射线对环境污染长远，大约5730年才能真正分解；(3)由于β射线检测器和β放射源定期需要校准和清洗，其相对带来的设备维护成本较高。针对上述现有技术中存在的技术问题，如何研发一种只需要一个β射线检测器和一个β放射源，既可完成双通道连续在线采样过程的装置具有重要的现实意义。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种自动测定双通道颗粒物质量浓度的装置，真正解决了只需要一个β射线检测器和一个β放射源，既可完成双通道连续在线采样过程，结构简单可靠，降低了仪器成本和后期维护成本。
本发明采取的技术方案为：
一种自动测定双通道颗粒物质量浓度的装置，包括颗粒物分离取样模块、样气湿度控制模块、双通道的采样检测模组、两路恒流调节模组，颗粒物分离取样模块与样气湿度控制模块相连接，样气湿度控制模块的出气口连接双通道的采样检测模组；双通道的采样检测模组的两路出气口分别与两路恒流调节模组连接，两路恒流调节模组的出气口通过三通阀与采样泵相连接。本发明装置可同时测定大气环境中PM10和PM 2.5颗粒物的质量浓度，具有结构简单、维护成本低、运行周期长、数据快速准确，真正实现在线自动连续监测。
双通道的采样检测模组包括第一路颗粒物采集检测部、第二路颗粒物采集部和滤纸带左右移动控制部，其中，第一路颗粒物采集检测部包括第一尘样采样检测通道、一个β射线探测器和一个β射线源；第二路颗粒物采集部只包括第二尘样采集通道；滤纸带左右移动控制部包括左侧前进收纸电机驱动轮、右侧后退收纸电机驱动轮、定位光电对射传感器、滤纸带和撞针定位打孔机构，滤纸带套设在由左右两个电机分别驱动的左侧前进收纸电机驱动轮、右侧后退收纸电机驱动轮上，定位光电对射传感器相对设置在滤纸带的上下两侧，撞针定位打孔机构设置在滤纸带上方的两路喷嘴升降控制机构上。
进一步的，所述第一路颗粒物采集检测部的第一尘样采样检测通道的下端安装β射线源，β射线源和β射线探测器相对设置安装在滤纸带的上、下两侧。
进一步的，所述第一尘样采样检测通道和第二尘样采集通道呈平行排布且固定安装在两路喷嘴升降控制机构上。
进一步的，所述滤纸带上设置有张紧机构，张紧机构设置为沿着滤纸带上下两侧设置的涨紧轮。
进一步的，所述撞针定位打孔机构包括打孔针，打孔针通过螺纹固定在两路喷嘴升降控制机构上。
进一步的，所述两路喷嘴升降控制机构采用偏心凸轮和定位传感器控制第一尘样采样检测通道、第二尘样采集通道的喷嘴的上下位移位置。
进一步的，所述定位光电对射传感器和撞针定位打孔机构沿着右侧后退收纸电机驱动轮的驱动方向依次设置在第一尘样采样检测通道的两侧。
进一步的，所述颗粒物分离取样模块由PM10切割器、除水瓶、虚拟撞击式切割器、采样管组成，PM10切割器与除水瓶相连接，PM10切割器的下端与虚拟撞击式切割器连接，并用O型圈密封，虚拟撞击式切割器分别与两个采样管相连，采样管下端连接管道适配器，管道适配器与双通道的采样检测模组的第一尘样采样检测通道、第二尘样采集通道相连接。
进一步的，所述样气湿度控制模块由采样管加热块、保温套、样气湿度调控器组成，采样管加热块及其保温套覆盖安装在颗粒物分离取样模块下部的采样管***，样气湿度调控器的线路与仪器主机相连接。
进一步的，所述两路恒流调节模组由两个流量控制单元和1个采样泵组成，每个流量控制单元包括一个流量传感器、一个高效过滤器、一个比例调节阀、一个温度传感器、一个压力传感器和一个湿度传感器，双通道的采样检测模组的第一尘样采样检测通道、第二尘样采集通道的两个样气通道出口通过管路与高效过滤器连接，该管路上安装有压力传感器、温度传感器和湿度传感器，高效过滤器出口与质量流量传感器连接后，气体进入比例调节阀，两路比例调节阀经过三通阀与采样泵相连接。
本发明的有益效果为：
本发明中的颗粒物分离取样模块：空气中的颗粒物经过TSP切割器之后，分别经过内置的PM10和PM2.5两路切割器后，分别进入右侧第一路颗粒物采集检测部的第一尘样采样检测通道、左侧第二路颗粒物采集部的第二尘样采集通道；完成颗粒物的准确分离工作。
样气湿度控制模块：由于空气中环境湿度过大会导致颗粒物的浓度值的计算产生误差；所以在右侧第一尘样采样检测通道和左侧第二尘样采集通道的外侧，分别安装加热模块，通过分别控制这两个加热模块，动态调节这两个气路的湿度控制在正常的范围内。
双通道的采样检测模组真正实现了只需要一个β射线检测器和一个β放射源，通过循环驱动左侧前进收纸电机驱动轮、右侧后退收纸电机驱动轮运行一个周期，实现分别检测PM2.5和PM10浓度，既可完成双通道连续在线采样过程，结构简单可靠，降低了仪器成本和后期维护成本。
两路恒流调节模组的两个流量控制单元可以保证颗粒物分离取样模块两路的流量都稳定在1.67L/min。
本发明的这种双通道颗粒物自动监测装置可以完成野外无人值守的大气颗粒物自动监测任务，可实现PM10和PM2.5颗粒物浓度的同时测量，实现连续、在线、实时、自动监测，具有结构简单、运行周期长、维护方便、监测数据快速准确、可以与中心控制站进行实时传输和控制的显著优点，有较高的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中双通道的采样检测模组结构示意图；
图3为本发明中双通道的采样检测模组结构细节示意图；
其中，1、颗粒物分离取样模块；2、样气湿度控制模块；3、双通道的采样检测模组；4、两路恒流调节模组；5、第一尘样采样检测通道；6、第二尘样采集通道；7、左侧前进收纸电机驱动轮；8、定位光电对射传感器；9、β射线探测器；10、两路喷嘴升降控制机构；11、β射线源；12、撞针定位打孔机构；13、滤纸带；14、右侧后退收纸电机驱动轮；15、张紧机构。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。
实施例1
如图1所示，一种自动测定双通道颗粒物质量浓度的装置，包括颗粒物分离取样模块1、样气湿度控制模块2、双通道的采样检测模组3、两路恒流调节模组4，颗粒物分离取样模块1与样气湿度控制模块2相连接，样气湿度控制模块2的出气口连接双通道的采样检测模组3；双通道的采样检测模组3的两路出气口分别与两路恒流调节模组4连接，两路恒流调节模组4的出气口通过三通阀与采样泵相连接。本发明装置可同时测定大气环境中PM10和PM 2.5颗粒物的质量浓度，具有结构简单、维护成本低、运行周期长、数据快速准确，真正实现在线自动连续监测。
双通道的采样检测模组3包括第一路颗粒物采集检测部、第二路颗粒物采集部和滤纸带13左右移动控制部，其中，第一路颗粒物采集检测部包括第一尘样采样检测通道5、一个β射线探测器9和一个β射线源11；第二路颗粒物采集部只包括第二尘样采集通道6；滤纸带13左右移动控制部包括左侧前进收纸电机驱动轮7、右侧后退收纸电机驱动轮14、定位光电对射传感器8、滤纸带13和撞针定位打孔机构12，滤纸带13套设在由左右两个电机分别驱动的左侧前进收纸电机驱动轮7、右侧后退收纸电机驱动轮14上，定位光电对射传感器8相对设置在滤纸带13的上下两侧，撞针定位打孔机构12设置在滤纸带13上方的两路喷嘴升降控制机构10上。
进一步的，所述第一路颗粒物采集检测部的第一尘样采样检测通道5的下端安装β射线源11，β射线源11和β射线探测器9相对设置安装在滤纸带13的上、下两侧。
进一步的，所述第一尘样采样检测通道5和第二尘样采集通道6呈平行排布且固定安装在两路喷嘴升降控制机构10上。
进一步的，所述滤纸带13上设置有张紧机构15，张紧机构15设置为沿着滤纸带13上下两侧设置的涨紧轮。
进一步的，所述撞针定位打孔机构12包括打孔针，打孔针通过螺纹固定在两路喷嘴升降控制机构10上。
进一步的，所述两路喷嘴升降控制机构10采用偏心凸轮和定位传感器控制第一尘样采样检测通道5、第二尘样采集通道6的喷嘴的上下位移位置。
进一步的，所述定位光电对射传感器8和撞针定位打孔机构12沿着右侧后退收纸电机驱动轮14的驱动方向依次设置在第一尘样采样检测通道5的两侧。
进一步的，所述颗粒物分离取样模块1由PM10切割器、除水瓶、虚拟撞击式切割器、采样管组成，PM10切割器与除水瓶相连接，PM10切割器的下端与虚拟撞击式切割器连接，并用O型圈密封，虚拟撞击式切割器分别与两个采样管相连，采样管下端连接管道适配器，管道适配器与双通道的采样检测模组3的第一尘样采样检测通道5、第二尘样采集通道6相连接。
进一步的，所述样气湿度控制模块2由采样管加热块、保温套、样气湿度调控器组成，采样管加热块及其保温套覆盖安装在颗粒物分离取样模块1下部的采样管***，样气湿度调控器的线路与仪器主机相连接。
进一步的，所述两路恒流调节模组4由两个流量控制单元和1个采样泵组成，每个流量控制单元包括一个流量传感器、一个高效过滤器、一个比例调节阀、一个温度传感器、一个压力传感器和一个湿度传感器，双通道的采样检测模组3的第一尘样采样检测通道5、第二尘样采集通道6的两个样气通道出口通过管路与高效过滤器连接，该管路上安装有压力传感器、温度传感器和湿度传感器，高效过滤器出口与质量流量传感器连接后，气体进入比例调节阀，两路比例调节阀经过三通阀与采样泵相连接。
双通道的采样检测模组3的具体运行过程是：
A:右侧第一路颗粒物采集检测部的第一尘样采样检测通道5、左侧第二路颗粒物采集部的第二尘样采集通道6的两个喷嘴通过两路喷嘴升降控制机构10驱动同时上升到最顶部，然后左侧前进收纸电机驱动轮7在电机的驱动作用下，驱动滤纸带13往左移动一个工位，保证此时第一尘样采样检测通道5喷嘴处是空白未采样的滤纸带13。
B:第一尘样采样检测通道5、左侧第二路颗粒物采集部的第二尘样采集通道6的两个喷嘴通过两路喷嘴升降控制机构10驱动同时下降到最底部，保证右侧第一路颗粒物采集检测部和左侧第二路颗粒物采集部的采样气路密封，于此同时两路喷嘴升降控制机构10驱动撞针定位打孔机构12会在滤纸带13打一个定位孔，此时第一路颗粒物采集检测部会对第一滤纸采集区进行4分钟的本底空白样的β计数，得出计数值I0。
C:第一尘样采样检测通道5、左侧第二路颗粒物采集部的第二尘样采集通道6的两个喷嘴通过两路喷嘴升降控制机构10驱动同时上升到最顶部，然后滤纸带13往左再次移动一个工位，保证此时两个采集部位都是空白未采样的滤纸带13。
D:第一尘样采样检测通道5、左侧第二路颗粒物采集部的第二尘样采集通道6的两个喷嘴通过两路喷嘴升降控制机构10驱动同时下降到最底部，启动采样，在采样过程中对第一路颗粒物采集检测部处的尘斑进行β射线计数，等待采样结束后，根据计数值此时可以计算出此处尘斑的质量，根据此尘斑的采样体积既可计算出此尘斑的颗粒物的质量浓度；
E:第一尘样采样检测通道5、左侧第二路颗粒物采集部的第二尘样采集通道6的两个喷嘴通过两路喷嘴升降控制机构10驱动同时上升到最顶部，然后滤纸带13往右移动一个工位，此时在第一路颗粒物采集检测部处的待检测的尘斑是采样过程中在第二路颗粒物采集部处的尘斑，此时对其进行进行4分钟的最终β计数，得出计数值Ix。根据此处尘斑的初重值I0和终重值Ix计算此处尘斑的质量，根据此尘斑的采样体积既可计算出此尘斑的颗粒物的质量浓度；
F:到此一个周期的采样过程结束，在完整的周期采样过程中，同时测定了大气环境中PM10和PM 2.5颗粒物的质量浓度，然后在下一个周期继续重复上述采样过程，真正实现在线自动连续检测。
以上所述并非是对本发明的限制，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实质范围的前提下，还可以做出若干变化、改型、添加或替换，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种自动测定双通道颗粒物质量浓度的装置，其特征在于，颗粒物分离取样模块与样气湿度控制模块相连接，样气湿度控制模块的出气口连接双通道的采样检测模组；双通道的采样检测模组的两路出气口分别与两路恒流调节模组连接，两路恒流调节模组的出气口通过三通阀与采样泵相连接；所述双通道的采样检测模组包括第一路颗粒物采集检测部、第二路颗粒物采集部和滤纸带左右移动控制部，其中，第一路颗粒物采集检测部包括第一尘样采样检测通道、一个β射线探测器和一个β射线源；第二路颗粒物采集部只包括第二尘样采集通道；滤纸带左右移动控制部包括左侧前进收纸电机驱动轮、右侧后退收纸电机驱动轮、定位光电对射传感器、滤纸带和撞针定位打孔机构，滤纸带套设在由左右两个电机分别驱动的左侧前进收纸电机驱动轮、右侧后退收纸电机驱动轮上，定位光电对射传感器相对设置在滤纸带的上下两侧，撞针定位打孔机构设置在滤纸带上方的两路喷嘴升降控制机构上。
2.根据权利要求1所述一种自动测定双通道颗粒物质量浓度的装置，其特征在于，所述第一路颗粒物采集检测部的第一尘样采样检测通道的下端安装β射线源，β射线源和β射线探测器相对设置安装在滤纸带的上、下两侧。
3.根据权利要求1所述一种自动测定双通道颗粒物质量浓度的装置，其特征在于，所述第一尘样采样检测通道和第二尘样采集通道呈平行排布且固定安装在两路喷嘴升降控制机构上。
4.根据权利要求1所述一种自动测定双通道颗粒物质量浓度的装置，其特征在于，所述滤纸带上设置有张紧机构，张紧机构设置为沿着滤纸带上下两侧设置的涨紧轮。
5.根据权利要求1所述一种自动测定双通道颗粒物质量浓度的装置，其特征在于，所述撞针定位打孔机构包括打孔针，打孔针通过螺纹固定在两路喷嘴升降控制机构上。
6.根据权利要求1所述一种自动测定双通道颗粒物质量浓度的装置，其特征在于，所述两路喷嘴升降控制机构采用偏心凸轮和定位传感器控制第一尘样采样检测通道、第二尘样采集通道的喷嘴的上下位移位置。
7.根据权利要求1所述一种自动测定双通道颗粒物质量浓度的装置，其特征在于，所述定位光电对射传感器和撞针定位打孔机构沿着右侧后退收纸电机驱动轮的驱动方向依次设置在第一尘样采样检测通道的两侧。
8.根据权利要求1所述一种自动测定双通道颗粒物质量浓度的装置，其特征在于，所述颗粒物分离取样模块由PM10切割器、除水瓶、虚拟撞击式切割器、采样管组成，PM10切割器与除水瓶相连接，PM10切割器的下端与虚拟撞击式切割器连接，并用O型圈密封，虚拟撞击式切割器分别与两个采样管相连，采样管下端连接管道适配器，管道适配器与双通道的采样检测模组的第一尘样采样检测通道、第二尘样采集通道相连接。
9.根据权利要求1所述一种自动测定双通道颗粒物质量浓度的装置，其特征在于，所述样气湿度控制模块由采样管加热块、保温套、样气湿度调控器组成，采样管加热块及其保温套覆盖安装在颗粒物分离取样模块下部的采样管***，样气湿度调控器的线路与仪器主机相连接。
10.根据权利要求1所述一种自动测定双通道颗粒物质量浓度的装置，其特征在于，所述两路恒流调节模组由两个流量控制单元和1个采样泵组成，每个流量控制单元包括一个流量传感器、一个高效过滤器、一个比例调节阀、一个温度传感器、一个压力传感器和一个湿度传感器，双通道的采样检测模组的第一尘样采样检测通道、第二尘样采集通道的两个样气通道出口通过管路与高效过滤器连接，该管路上安装有压力传感器、温度传感器和湿度传感器，高效过滤器出口与质量流量传感器连接后，气体进入比例调节阀，两路比例调节阀经过三通阀与采样泵相连接。
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