一种基于β射线吸收的烟尘浓度检测机构、系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于β射线吸收的烟尘浓度检测机构、系统及方法，β射线采测一体机构使待测气体的采样和测试于同一机构内完成，简化了结构，加快了测试速度；本发明专利技术提供的一种基于β射线吸收的烟尘浓度检测系统，其使待测气体流经处的温度高于其内含的水蒸气的露点温度，可避免待测气体中水蒸气结露对烟尘检测精度的影响，通过设置温控模块、等速采样模块以及MCU处理器，能精确控制壳体内温度和确保采样流速和烟道内流速相等，极大提高了烟尘检测精度和速度，并将烟尘浓度显示于显示器上，MCU处理器可自动计算露点温度、流速和烟尘浓度，减少了人力投入。

A mechanism, system and method for detecting the concentration of smoke and dust based on beta ray absorption

The invention discloses a dust concentration detection mechanism, beta ray absorption based on system and method of beta ray detection integrated mechanism for measuring gas sampling and testing completed in the same institution, to simplify the structure, accelerate the testing speed; the invention provides a dust concentration detection system of beta ray absorption based on the measured gas flow through the temperature at higher than that of the containing water vapor dew point temperature, can avoid the influence of gas water vapor condensation on the smoke detection precision to be measured, by setting the temperature control module, isokinetic sampling module and MCU processor, which can accurately control the temperature of the shell and ensure that the sampling rate and velocity of flue gas in equal the smoke, greatly improve the detection accuracy and speed, and the smoke concentration are displayed on a display, MCU processor can automatically calculate the dew point temperature, flow velocity and dust concentration, reduction Less manpower.

【技术实现步骤摘要】
一种基于β射线吸收的烟尘浓度检测机构、系统及方法
本专利技术涉及烟尘浓度检测领域，具体涉及一种基于β射线吸收的烟尘浓度检测机构、系统及方法。
技术介绍
典型的烟尘包括燃煤锅炉排放的烟尘、钢铁企业的高炉烟尘、焦化企业的筛焦系统烟尘、烧结机的烟尘、石灰窑的烟尘和水泥工业烟尘等。烟尘对人体的危害表现在一是损伤粘膜、纤毛，引起炎症和增加气道阻力，持续不断的作用会导致慢性鼻咽炎或慢性气管炎；二是会在肺部沉积下来，还可直接进入血液到达人体各部位，此外其表面附着各种有害物质，一旦进入人体，会引发各种呼吸系统疾病。因此开展对烟尘浓度的直读检测，对于减小健康危害具有重要意义。由于国内外的烟尘检测方法主要仍旧采用最可靠、最原始的称重法，其成本低、精度高，但滤膜采样前后需实验室烘干称重，人工换纸、取样和计算烟尘浓度，自动化程度低，不适合应用于直读检测，不能在现场得到烟尘浓度数据，就不能快速的为执法提供参考，也不能更好的保护排放场所的工作人员。现有技术中，提出了基于β射线吸收的烟尘浓度检测方法，利用抽气泵对待测气体进行恒流采样，经切割器分离后，待测气体中的颗粒物吸附在β射线源和盖革计数管(即GM接收器)之间的滤膜表面，采样前后盖革计数管计数值的变化反映了滤膜上吸附灰尘的质量，由此可以得到采样空气中烟尘颗粒物的质量浓度，该方法适用范围较广，能现场直读检测，人力投入小。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种基于β射线吸收的烟尘浓度检测机构、系统及方法，其检测精度高、速度快，能解决称重法检测烟尘浓度时自动化程度低，不适合现场直读检测的问题，填补了国内外烟尘浓度直读检测技术的空白。为了实现本专利技术的上述目的，根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提供了一种β射线采测一体机构，包括由机构壳体围成的腔体和滤膜，所述滤膜设置在腔体内并将腔体分为进气腔和出气腔，在进气腔和出气腔对应的壳体上分别设置有进气孔和出气孔；在滤膜两侧对立设置β射线源和GM接收器，所述β射线源和GM接收器同轴线；所述β射线采测一体机构内工作的环境温度高于待测气体中水蒸气的露点温度。在环境温度高于待测气体中水蒸气的露点温度时，待测气体中的水蒸气不会在β射线采测一体机构的内壁和滤膜上结露，不影响检测精度；待测气体从进气孔进入进气腔后，其含有的目标颗粒物被阻挡吸附在滤膜上，余下气体在外部负压作用下穿过滤膜进入出气腔并沿出气孔流出；在滤膜两侧对立设置β射线源和GM接收器，便于测试目标颗粒物吸附于滤膜前和后的β射线强度，并以此计算出待测气体中目标颗粒物的重量；该机构可完成待测气体中目标颗粒物的吸附和重量测试，吸附了颗粒物的滤膜不需要转移到其他机构进行烘干和测试，简化了结构，加快了测试速度，同时避免了尘样丢失的问题；为减小测量误差，β射线源和GM接收器可同轴线安装在该机构内。为了实现本专利技术的上述目的，根据本专利技术的第二个方面，本专利技术提供了一种基于β射线吸收的烟尘浓度检测系统，包括按待测气体流经顺序依次连接的采样枪、切割器、β射线采测一体机构和采样泵；还包括MCU处理器、显示器和加热元件；待测气体从切割器输出端流出后，从进气孔流入β射线采测一体机构，穿过滤膜后，从出气孔流出，待测气体中的颗粒物被阻挡吸附在滤膜上；所述加热元件使待测气体流经处的温度高于待测气体中的水蒸气的露点温度；所述MCU处理器分别与加热元件的控制端、采样泵的控制端和显示器连接，控制加热元件的开启、加热功率和关闭，控制采样泵的采样速度。切割器对待测气体中大于目标颗粒的颗粒进行分离，目标颗粒从切割器排气口逃逸进入β射线采测一体机构；待测气体流经的采样枪、切割器、β射线采测一体机构和采样泵之间可通过气管连接；MCU处理器可选自带多路A/D输入接口、存储器、通用控制通讯接口和D/A转换输出接口等单元的器件；因基于β射线吸收的烟尘浓度检测方法的精度易受待测气体中水蒸气在器壁和滤膜表面结露的影响，尤其待测气体是燃煤锅炉等排放的高温高湿气体时，影响更甚，为解决这个问题该检测系统中设置加热元件，可选为加热棒或电热膜等电控元件，使待测气体流经处的温度高于待测气体中的水蒸气的露点温度；为实现该目的，可有两种实现方式：方式一，加热元件分散布置或缠绕在采样枪、切割器、β射线采测一体机构以及其相互连接的连接部分上，连接部分可为气管，使待测气体从采样嘴到进入采样泵前的环境温度高于待测气体中的水蒸气的露点温度；方式二，在该烟尘浓度检测系统中设置一个壳体，壳体为导热性能良好的材质制成，将待测气体流经处的各机构和器件，如切割器和β射线采测一体机构等放置于壳体内，加热元件设置在壳体内或壳体上，通过热传导的方式，使壳体内的温度高于待测气体中的水蒸气的露点温度。MCU处理器与加热元件的控制端连接，当测试开始时，开启加热元件进行加热，控制加热元件的加热功率进行壳体内温度迅速上升和稳定保持，当测试结束后，关闭加热元件；MCU处理器与采样泵的控制端连接，可控制采样泵的采样速度，实现对待测气体的等速采样，提高烟尘浓度检测的精度；MCU控制器与显示器连接，可将检测得到的烟尘浓度显示于显示器上，实现直读检测。该烟尘浓度检测系统避免了待测气体中水蒸气结露的影响，无需烘干附着有颗粒物的滤膜，提高了烟尘浓度检测精度和速度；MCU处理器与β射线采测一体机构中的β射线源的控制端、GM接收器的控制端和GM接收器的信号输出端连接，能自动计算烟尘浓度，并将烟尘浓度显示于显示器上，实现直读检测，减少了人力投入。为了实现本专利技术的上述目的，根据本专利技术的第三个方面，提供了一种基于β射线吸收的烟尘浓度检测方法，包括如下步骤：第一步：测量β射线穿过空白滤膜后的强度I0；MCU处理器控制β射线源和GM接收器测试滤膜吸附颗粒物前的β射线强度I0，并将该值记录在自带的存储器中；第二步：获取烟道内待测气体的湿度和温度，并据此控制待测气体流经处的环境温度，使待测气体中水蒸气不结露；为了准确获得烟道内待测气体的湿度和温度，可将温度传感器和湿度传感器设置在采样枪处，由MCU处理器采集温度和湿度信息并计算出待测气体中水蒸气的露点温度td：其中U为相对湿度，t为待测气体温度；据经验，待测气体流经处的温度比露点温度高5至10℃时，不结露效果较好；为实现待测气体流经处的环境温度均高于露点温度，使水蒸气不结露，可在系统中设置加热元件，通过热传导方式使待测气体流经处的温度高于其内含的水蒸气的露点温度；为了准确获知待测气体流经处的温度和确保该温度高于露点温度，可在待测气体流经处设置温度传感器，数量为一个或一个以上，MCU处理器从温度传感器采集信息后，当低于露点温度时增加加热元件的加热功率，当高于露点温度时降低加热元件的加热功率；第三步：获取烟道内排放气体流速并选择适用尺寸的采样嘴安装在采样枪上，控制采样泵的采样速度，使采样枪内待测气体流速与烟道内排放气体流速相等；同时对采样枪内待测气体的流量进行时间累积，获得待测气体体积；根据目标颗粒的直径大小和实际应用场景，选择合适的切割器，当切割器选定后，其分离流量是固定的；由于烟尘的风速范围是5m/s～30m/s，需根据烟尘的实际流速，即烟道内排放气体流速，手动安装合适口径的采样嘴；可在采样枪平行位置处设置皮托管烟尘浓度测试机构，并将其输出端连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种β射线采测一体机构(1)，其特征在于，包括由机构壳体围成的腔体(106)和滤膜(103)，所述滤膜(103)设置在腔体(106)内并将腔体(106)分为进气腔(101)和出气腔(102)，在进气腔(101)和出气腔(102)对应的壳体上分别设置有进气孔(104)和出气孔(105)；在滤膜(103)两侧对立设置β射线源(2)和GM接收器(3)，所述β射线源(2)和GM接收器(3)同轴线；所述β射线采测一体机构(1)内工作的环境温度高于待测气体中水蒸气的露点温度。

【技术特征摘要】
1.一种β射线采测一体机构(1)，其特征在于，包括由机构壳体围成的腔体(106)和滤膜(103)，所述滤膜(103)设置在腔体(106)内并将腔体(106)分为进气腔(101)和出气腔(102)，在进气腔(101)和出气腔(102)对应的壳体上分别设置有进气孔(104)和出气孔(105)；在滤膜(103)两侧对立设置β射线源(2)和GM接收器(3)，所述β射线源(2)和GM接收器(3)同轴线；所述β射线采测一体机构(1)内工作的环境温度高于待测气体中水蒸气的露点温度。2.一种利用权利要求1所述β射线采测一体机构的烟尘浓度检测系统，其特征在于，包括按待测气体流经顺序依次连接的采样枪(4)、切割器(5)、β射线采测一体机构(1)和采样泵(6)；还包括MCU处理器(7)、显示器(16)和加热元件(9)；待测气体从切割器(5)输出端流出后，从进气孔(104)流入β射线采测一体机构(1)，穿过滤膜(103)后，从出气孔(105)流出，待测气体中的颗粒物被阻挡吸附在滤膜(103)上；所述加热元件(9)使待测气体流经处的温度高于待测气体中的水蒸气的露点温度；所述MCU处理器(7)分别与加热元件(9)的控制端、采样泵(6)的控制端和显示器(16)连接，控制加热元件(9)的开启、加热功率和关闭，控制采样泵(6)的采样速度。3.如权利要求2所述的烟尘浓度检测系统，其特征在于，还包括温控模块(10)，所述温控模块(10)包括第一温度传感器(1001)、湿度传感器(1002)和设置在待测气体流经处的一个或一个以上的温度传感器(1003)，所述第一温度传感器(1001)和湿度传感器(1002)均设置在采样枪(4)处，用于测试烟道内排放气体的温度和湿度；所述温度传感器(1003)用于探测待测气体流经处的温度；所述MCU处理器(7)分别与第一温度传感器(1001)、湿度传感器(1002)和温度传感器(1003)连接，根据烟道内排放气体的温度和湿度，计算待测气体中水蒸气的露点温度，基于待测气体流经处的实际温度，控制加热元件(9)的加热功率，使待测气体流经处的温度在所述露点温度以上。4.如权利要求2所述的烟尘浓度检测系统，其特征在于，还包括保温材料(11)，所述保温材料(11)包裹在采样枪(4)、切割器(5)、β射线采测一体机构(1)以及其相互连接的连接部分之中的部分或者全部位置的外部。5.如权利要求2所述的烟尘浓度检测系统，其特征在于，所述加热元件(9)由若干个加热单元组成，单个加热单元的控制端...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵政，刘国庆，王杰，惠立锋，吴付祥，焦敏，晏丹，邓勤，张强，罗小博，
申请(专利权)人：中煤科工集团重庆研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50