[发明专利]工业尾气颗粒物浓度在线监测装置

权利要求书

1.一种工业尾气颗粒物浓度在线监测装置，其特征在于：所述粉尘浓度在线监测装置包括检测仓组件、静电分散系统、光路系统、光电转换组件、微处理及显示系统；

所述检测仓组件包括检测仓主体、保温层、采样进口管道、流出管道、恒流量抽气泵；所述静电分散系统、采样进口管道、检测仓主体、流出管道、恒流量抽气泵依次连接；所述静电分散系统包括主要构件为涡流发生器和电极的颗粒分散装置；所述保温层覆盖于所述检测仓组件裸露表面；所述光电转换组件包括主要构件为光电二极管的光电转换器；所述光路系统包括半导体激光发生器，其半导体激光发生器产生的激光经检测仓后被光电转换器接收；所述光电转换组件将检测信号传输至所述微处理及显示系统；所述微处理及显示系统控制激光发生器的发射功率，恒流量抽气泵的抽吸量及颗粒分散装置的电极电压。

2.根据权利要求1所述的工业尾气颗粒物浓度在线监测装置，其特征在于：所述检测仓主体为绝缘材料构成的形状规则的柱形空腔；其近两端面的壁面处设有两对称的圆形开口，用于安装采样进口管道和流出管道；其两端面中心处还设有圆形开口并安装光学玻璃，防止含尘气体外溢。

3.根据权利要求1所述的工业尾气颗粒物浓度在线监测装置，其特征在于：所述光路系统置于与所述检测仓主体进口管道同侧端面的光学玻璃上，为检测仓提供稳定的轴向激光。

4.根据权利要求1所述的工业尾气颗粒物浓度在线监测装置，其特征在于：所述光电转换组件置于与所述检测仓主体流出管道同侧端面的光学玻璃上，接收出射激光光强，并将光信号转换为电信号，由于光电二极管有一个线性响应，测量的量I与信号功率P成正比，一般来说，I～P：

式中，I₀为所述检测仓主体入射光强，I为出射光强。

5.根据权利要求1所述的工业尾气颗粒物浓度在线监测装置，其特征在于：所述保温层覆盖于所述检测仓主体裸露外表面，用于维持检测仓内含尘气体的温度。

6.根据权利要求1所述的工业尾气颗粒物浓度在线监测装置，其特征在于：所述静电分散系统为绝缘材料构成的形状规则的柱形空腔，其内部近进口端处放置涡流发生器，用于强化湍流，分散已团聚颗粒；其近出口端处放置电极，使颗粒及时荷上同极性电荷，保持颗粒的分散性和粒径分布的稳定性。

7.根据权利要求1所述的工业尾气颗粒物浓度在线监测装置，其特征在于：所述微处理及显示系统可根据所述光电转换组件接受到的光强信号强度及灵敏度为标准对含尘气体的流量、激光发射的强度以及电极的电压进行协调设定。

8.根据权利要求1所述的工业尾气颗粒物浓度在线监测装置，其特征在于：所述微处理及显示系统采集所述检测仓主体分别充满空气或含尘气体时的光强信号，将所述检测仓主体充满空气时的出射光强近似为入射光强，并同充满含尘气体时所得出射光强做一比值，最后可根据光强信号的比值实时计算并显示经过所述检测仓主体的含尘气体粉尘质量浓度。

9.以符合ISO 11057标准的粉尘颗粒Pural NF为例，具体计算步骤如下：

步骤一：根据所述光电转换组件显示入射及出射光强信号，由Lambert—Beer定律得出射光强与入射光强的关系为：

式中，K_ex为消光系数，表示光被所测颗粒吸收的程度；L为所述检测仓主体轴向长度，m；N_v表示粉尘颗粒数量浓度，P·cm^-3；λ为光源波长；m为介质相对折射率；d为颗粒粒径，m；应用于实际测量时，需考虑具有一定粒径分布的多分散体系；对于给定的检测颗粒，相对折射率近似为定值，消光系数仅随粒径变化；

利用计算机仿真计算消光系数随粒径的变化关系，其拟合关系式为，

K＝-1.408×10⁵d+2.9082 (4)

根据质量浓度同数量浓度的关系，可得，

联立上式，可得，

步骤二：利用光散射粒径谱仪测定粉尘颗粒Pural NF的粒径分布，得到颗粒数量分率随粒径的变化关系：

对于已知粒径分布的粉尘颗粒，总数量浓度与质量浓度成比例变化；a＝6/πρ_Pξ³，其中ξ为整个颗粒体系的虚拟粒径；b为引入虚拟粒径带来的残差；

N_v＝aM_v+b (8)

联立式(6)、式(7)、式(8)，得到光强比值与质量浓度的关系：

由式(9)可知，粉尘颗粒质量浓度同光强比值的对数成线性关系；

步骤三：利用光散射粒径谱仪进行标定，得到不同出射光强下粉尘颗粒的质量浓度，绘制出光强比值的对数同粉尘颗粒质量浓度的拟合曲线；

步骤四：将步骤三所得拟合曲线导入所述微处理及显示系统，在所述检测仓主体中通入含尘气体，所述微处理及显示系统接收入射及出射光强信号，计算入射光强与出射光强比值的对数，最后通过导入的拟合曲线得到并由所述微处理及显示系统显示含尘气体粉尘颗粒质量浓度。