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CN105445158A - 一种高精度大气污染实时在线检测仪 - Google Patents

一种高精度大气污染实时在线检测仪 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高精度大气污染实时在线检测仪,属于大气污染检测技术领域,待检测气体进入粒子过滤器的进气管,所述的粒子过滤器的出气管分为两个支路,其中一个支路直接与电磁阀进气管相连通,另一个支路经零气发生器后再与电磁阀进气管相连通;电磁阀的出气管与若干气体检测单元分别相连通,若干气体检测单元的出气管汇总后与质量流量计相连通;待检测气体进入颗粒切割器,颗粒切割器的出气管与颗粒物检测单元相连通。本发明的高精度大气污染实时在线检测仪,不仅仪器结构紧凑,小巧,而且数据通讯更加稳定,具有智能化的自诊断功能,适用于固定式和移动式安装,可以安装于固定基座之上或抱箍在垂直面上;具备很好的实用性。

Description

一种高精度大气污染实时在线检测仪
技术领域
本发明属于大气污染检测技术领域,具体涉及一种高精度大气污染实时在线检测仪。
背景技术
目前对大气污染物的实时在线监测受到广泛的关注,国内外学者在这方面进行了大量的研究。尽管我国已初步建立了适应国情的环境监测网络体系,相应的法规及标准已经制定,环境执法监察的力度不断完善,但是总体而言,测量技术,检测设备的的落后,高精度设备的分布密度过低,严重制约了环境监测对大气污染治理的科学论证。
发明内容
发明目的:本发明的目的在于提供一种高精度大气污染实时在线检测仪,该检测仪易于保养和维护,运行费用经济,精度高,响应速度快,且具有可探测限度低的技术特点。
技术方案:为实现上述发明目的,本发明采用如下技术方案:
一种高精度大气污染实时在线检测仪,包括粒子过滤器、零气发生器、电磁阀、气体检测单元、质量流量计、颗粒切割器、颗粒物检测单元和中央工业PC机;待检测气体进入粒子过滤器的进气管,所述的粒子过滤器的出气管分为两个支路,其中一个支路直接与电磁阀进气管相连通,另一个支路经零气发生器后再与电磁阀进气管相连通;所述的电磁阀的出气管与若干气体检测单元分别相连通,所述的若干气体检测单元的出气管汇总后与质量流量计相连通;待检测气体进入颗粒切割器,颗粒切割器的出气管与颗粒物检测单元相连通。
所述的颗粒物检测单元的出气管与真空隔膜气泵相连通。
所述的质量流量计的出气管与真空隔膜气泵相连通。
所述的粒子过滤器为3-5μmPTFE粒子过滤器。
所述的气体检测单元包括配合使用的信号处理单元、传感器单元、流量控制单元,信号处理单元是具有32位处理能力的嵌入式微处理器。
所述的质量流量计与中央工业PC机进行信号传输,该信号传输作为反馈量对流量控制单元进行控制。
所述的颗粒物检测单元包括传感器控制及信号处理单元、密闭遮光气室、光电探测转换单元、激光发生器和质量流量控制单元;密闭遮光气室的一端与激光发生器相连,密闭遮光气室的另一端与光电探测转换单元相连;传感器控制及信号处理单元与中央工业PC机进行信号传输。
还设有配合中央工业PC机使用的通讯功能块和温湿度控制单元。
有益效果:与现有技术相比,本发明的高精度大气污染实时在线检测仪,所有检测单元是独立的模块,与其他模块互不影响,以根据自身的检测要求选配被测单元模块,不仅仪器结构紧凑,小巧,而且内置了零气发生器和多种通讯方式,可以选配标气进行远程自动校验功能,数据通讯更加稳定,具有智能化的自诊断功能,适用于固定式和移动式安装,可以安装于固定基座之上或抱箍在垂直面上;具备很好的实用性。
附图说明
图1是高精度大气污染实时在线检测仪的模块连接示意图;
图2是气体检测单元的模块示意图;
图3是颗粒物检测单元的连接示意图;
图4是检测仪箱体内温度运行变化曲线。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。
如图1所示,高精度大气污染实时在线检测仪,包括粒子过滤器1、零气发生器2、电磁阀3、气体检测单元4、质量流量计5、颗粒切割器6、颗粒物检测单元7、中央工业PC机8、通讯功能块9(WiFi/RF通讯功能块)、温湿度控制单元10和真空隔膜气泵11。粒子过滤器1为3-5μmPTFE粒子过滤器,PTFE是聚四氟乙烯,该过滤器的膜为聚四氟乙烯材质,可过滤的粒子直径为3-5μm;待检测气体进入粒子过滤器1的进气管,粒子过滤器1的出气管分为两个支路,其中一个支路直接与电磁阀3进气管相连通,另一个支路经零气发生器2后再与电磁阀3进气管相连通;电磁阀3的出气管与若干气体检测单元4分别相连通,若干气体检测单元4的出气管汇总后与质量流量计5相连通;待检测气体进入颗粒切割器6,颗粒切割器6的出气管与颗粒物检测单元7相连通。颗粒物检测单元7的出气管与真空隔膜气泵11相连通。质量流量计5的出气管与真空隔膜气泵11相连通。
如图2所示,气体检测单元4包括信号处理单元41、传感器单元42、流量
控制单元43。信号处理单元41具有32位处理能力的嵌入式微处理器;传感器单元42根据不同的被测目标大气污染物采用基于光学,电化学,半导体测量方法;流量控制单元43可以提供精确的质量流量控制,实现监测模块在恒定的流量下最优工作。结束采样后的气体汇总后流经质量流量计5,获得实时的流量信息传送给中央工业PC机8。该流量信息作为反馈量对流量控制单元43进行控制。
如图3所示,颗粒物检测单元7包括传感器控制及信号处理单元71、密闭遮光气室72、光电探测转换单元73、激光发生器74和质量流量控制单元75。大气样本经过颗粒切割器6后,完成颗粒物尺寸的筛选进入密闭遮光气室72,密闭遮光气室72的一端与激光发生器74相连,密闭遮光气室72的另一端与光电探测转换单元73相连;光电探测转换单元73工作于恒温条件下,由具有PID控制模块的电路单元(与光电探测,转换单元集成在同一电路单元中)对光电探测单元进行精密温度控制;质量流量控制单元75对颗粒物采集和监测的流量进行精密控制,(其中,颗粒切割器6、颗粒物检测单元7和真空隔膜气泵11和在一起作为颗粒物采集监测系统),同时还对进气,管路循环,零漂校验回路流量进行管理;光电转换信号,质量流量控制信号及其他状态参数会送入传感器控制及信号处理单元71。经过处理器处理后将浓度值,状态参数(温湿度,流量,电流,电压)上传给中央工业PC机8。颗粒物检测单元7具有定时对零点漂移校验的功能,可有手动或自动,实现远程操作功能。
工作原理和工作过程:高精度大气污染实时在线检测仪包括大气气体污染物的检测部分与颗粒物检测部分,二者在样本采集和管路布置是独立分开的。
样本气体首先经过粒子过滤器1,滤除空气中的颗粒物后一路进入零气发生器2,从零气发生器2输出的是高精度的零气;高精度的零气与样本气体同时进入高稳定性的电磁阀3进行选通。根据中央工业PC机8的设定选择是气体检测模式或零点校验模式。从电磁阀3输出口引出的气体经管路和各个气体检测单元模块的进气口相连。这样就完成了气体污染物采集检测系统的样本气体的采集过程。
各个气体检测单元4模块将进气与气室相连,气室的出气与单元内的流量控
制单元43相连。光电型,电化学型,半导体型传感器都安装在气室内。气室是一个密闭的容器,保证了只有样本气体才可以进入。气体样本采集进入气室后,应用不同的传感原理,传感器将气体浓度信息转换成电信号,信号处理单元41对传感器的检测过程进行过程控制,数据处理;内置的强大的32位微处理器内嵌了实时操作系统,外围的光电转换,高精运算放大,数模,模数转换电路保证了对探测精度和数据连续,稳定实时通讯的要求。
样本气体从气室出气部分引出后与流量控制单元43相连。完成检测后的样
本气体经流量控制单元43引出后汇总并通过质量流量计5计算总的样本进气量。中央工业PC机8将质量流量计5的输出信号作为参数对每个气体检测单元4中的流量控制单元43进行调节控制,以保证每个气体检测单元4在检测时流过恒定的气体流量。这一流量值可以预先设定在每个信号处理单元41的记忆体中。
真空隔膜气泵11是整个管路的核心元件之一,完成检测后的气体通过质量流量计后与真空隔膜气泵11相连。最终排出仪器之外。大气气体污染物的检测部分与颗粒物检测部分在样本采集和管路布置是独立分开的。
如图1中虚线所示,中央工业PC机8通过RS485或CAN数据总线将所有单个的气体,颗粒物检测单元连接在总线上进行通讯;所有的操作命令及数据的双向传输都由总线完成。中央工业PC机8按设定的时间间隔对所有的监测和控制单元进行浓度数据,状态数据的读取,对所有检测和控制单元进行实时的监测,以上信息通过局域网,互联网,有线/无线媒介传至监测网络的数据节点或服务器。在中央工业PC机内置的WiFi模块与外接的RF/IPmodem,它实现了中央工业PC机与外部网络的通讯,数据传输;温湿度控制单元10是整个仪器工作环境温湿度的控制单元。箱体内的温湿度经高精度传感器采集后送至温湿度控制单元10,内置在温湿度控制单元10内的32位微处理器对箱体底部的温湿度执行单元进行连续无差控制调节。PID与模糊控制混合优化,实现±0.2?C的温度控制精度。温湿度的设定可以进行远程控制,同样温湿度控制单元的状态也经由数据总线传输给中央工业PC机8。
所有气体检测单元4,温湿度控制单元10和颗粒物检测单元7都是以模块化插接在电源总线和数据总线上。安装,调试,维护便利。本大气污染物监测站(仪)还预留了多个外围设备的电源,数据接口,用户可以将气象传感器单元集成在仪器内,实现大气环境污染物与大气气象数据的同时采集处理,方便后期的大数据的分析研究。
该检测仪可以对臭氧O3、一氧化碳CO、二氧化氮NO2、氮氧化物NOX、二氧化硫SO2和PM2.5、PM10进行连续在线监测。本发明结构简单,采用模块化设计,除以上空气污染物外还可以根据客户要求对如挥发性有机物VOC、硫化氢H2S、非甲烷碳氢NMHC、二氧化碳CO2、风速、气压、太阳辐射量等进行实时在线检测,最低可识别精度达至0.5PPB的级别。由于采用工业级嵌入PC及总线,抗干扰能力极强,数据采集稳定可靠,可应用于移动式或固定式环境监测站,应急监测,热点监测,厂矿等大气环境的监测网络。
如图4所示,仪器内部温度设定在26.5摄氏度,监测仪运行的环境温度在4摄氏度至43摄氏度的范围内变化,仪器的实际内部温度在26.5+-0.2摄氏度,温度控制精度在0.1-0.2摄氏度之间。

Claims (8)

1.一种高精度大气污染实时在线检测仪,其特征在于:包括粒子过滤器(1)、零气发生器(2)、电磁阀(3)、气体检测单元(4)、质量流量计(5)、颗粒切割器(6)、颗粒物检测单元(7)和中央工业PC机(8);待检测气体进入粒子过滤器(1)的进气管,所述的粒子过滤器(1)的出气管分为两个支路,其中一个支路直接与电磁阀(3)进气管相连通,另一个支路经零气发生器(2)后再与电磁阀(3)进气管相连通;所述的电磁阀(3)的出气管与若干气体检测单元(4)分别相连通,所述的若干气体检测单元(4)的出气管汇总后与质量流量计(5)相连通;待检测气体进入颗粒切割器(6),颗粒切割器(6)的出气管与颗粒物检测单元(7)相连通。
2.根据权利要求1所述的一种高精度大气污染实时在线检测仪,其特征在于:所述的颗粒物检测单元(7)的出气管与真空隔膜气泵(11)相连通。
3.根据权利要求1所述的一种高精度大气污染实时在线检测仪,其特征在于:所述的质量流量计(5)的出气管与真空隔膜气泵(11)相连通。
4.根据权利要求1所述的一种高精度大气污染实时在线检测仪,其特征在于:所述的粒子过滤器(1)为3-5μmPTFE粒子过滤器。
5.根据权利要求1所述的一种高精度大气污染实时在线检测仪,其特征在于:所述的气体检测单元(4)包括配合使用的信号处理单元(41)、传感器单元(42)、流量控制单元(43),信号处理单元(41)是具有32位处理能力的嵌入式微处理器。
6.根据权利要求1所述的一种高精度大气污染实时在线检测仪,其特征在于:所述的质量流量计(5)与中央工业PC机(8)进行信号传输,该信号传输作为反馈量对流量控制单元(43)进行控制。
7.根据权利要求1所述的一种高精度大气污染实时在线检测仪,其特征在于:所述的颗粒物检测单元(7)包括传感器控制及信号处理单元(71)、密闭遮光气室(72)、光电探测转换单元(73)、激光发生器(74)和质量流量控制单元(75);密闭遮光气室(72)的一端与激光发生器(74)相连,密闭遮光气室(72)的另一端与光电探测转换单元(73)相连;传感器控制及信号处理单元(71)与中央工业PC机(8)进行信号传输。
8.根据权利要求1所述的一种高精度大气污染实时在线检测仪,其特征在于:还设有配合中央工业PC机(8)使用的通讯功能块(9)和温湿度控制单元(10)。
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