一种大量程颗粒物检测装置论文和设计-张强

全文摘要

本实用新型公开了一种大量程颗粒物检测装置，包括颗粒物切割器、除湿器、传感器、控制器、排气模块、气路切换模块和过滤模块；颗粒物切割器对环境空气中的颗粒物切割后，输出环境空气至除湿器中除湿；传感器检测除湿后环境空气中颗粒物的浓度并反馈检测值给控制器；排气模块对除湿后的环境空气进行一级过滤后排出至气路切换模块，控制器根据检测值判断本底值大于或等于预设值时控制气路切换模块将环境空气排出至过滤模块中过滤，过滤后的环境空气传输至除湿器中稀释颗粒物的浓度，再次流过传感器对传感器进行清理。本底值大于预设值表示传感器受污染，干净的空气对传感器起到清洁作用，即可解决现有颗粒物在线监测系统不能自动清理传感器的问题。

主设计要求

1.一种大量程颗粒物检测装置，包括颗粒物切割器和除湿器，其特征在于，还包括传感器、控制器、排气模块、气路切换模块和过滤模块；所述颗粒物切割器的输出端连接除湿器的输入端，除湿器的输出端连接传感器的输入端，传感器的输出端连接排气模块的输入端，排气模块的输出端连接气路切换模块的输入端，气路切换模块的一输出端通过过滤模块连接除湿器的反馈入气端，气路切换模块的另一输出端为整个气路的排气端；所述控制器与除湿器、传感器、排气模块和气路切换模块的相应控制端口电连接；所述控制器根据温湿度检测模块检测的温湿度的监测值来控制除湿器的工作状态，颗粒物切割器对环境空气中的颗粒物切割后，输出环境空气至除湿器中除湿；传感器检测除湿后环境空气中颗粒物的浓度并反馈检测值给控制器；排气模块对除湿后的环境空气进行一级过滤后排出至气路切换模块，控制器根据检测值判断本底值大于或等于预设值时控制气路切换模块将环境空气排出至过滤模块中过滤，过滤后的环境空气传输至除湿器中稀释颗粒物的浓度，再次流过传感器对传感器进行清理。

设计方案

1.一种大量程颗粒物检测装置，包括颗粒物切割器和除湿器，其特征在于，还包括传感器、控制器、排气模块、气路切换模块和过滤模块；

所述颗粒物切割器的输出端连接除湿器的输入端，除湿器的输出端连接传感器的输入端，传感器的输出端连接排气模块的输入端，排气模块的输出端连接气路切换模块的输入端，气路切换模块的一输出端通过过滤模块连接除湿器的反馈入气端，气路切换模块的另一输出端为整个气路的排气端；所述控制器与除湿器、传感器、排气模块和气路切换模块的相应控制端口电连接；

所述控制器根据温湿度检测模块检测的温湿度的监测值来控制除湿器的工作状态，颗粒物切割器对环境空气中的颗粒物切割后，输出环境空气至除湿器中除湿；传感器检测除湿后环境空气中颗粒物的浓度并反馈检测值给控制器；排气模块对除湿后的环境空气进行一级过滤后排出至气路切换模块，控制器根据检测值判断本底值大于或等于预设值时控制气路切换模块将环境空气排出至过滤模块中过滤，过滤后的环境空气传输至除湿器中稀释颗粒物的浓度，再次流过传感器对传感器进行清理。

2.根据权利要求1所述的大量程颗粒物检测装置，其特征在于，所述颗粒物切割器的输出端通过规格为φ6的硅胶管连接除湿器的输入端，除湿器的输出端通过规格为φ4的硅胶管连接在传感器的输入端，传感器的输出端通过φ4的硅胶管连接排气模块的输入端，控制器与传感器之间通过通信接口连接。

3.根据权利要求1所述的大量程颗粒物检测装置，其特征在于，所述控制器还根据检测值判断本底值小于预设值时控制气路切换模块将环境空气排出至空中。

4.根据权利要求3所述的大量程颗粒物检测装置，其特征在于，所述排气模块包括第一过滤器和微型隔膜泵；所述第一过滤器的输入端连接除湿器的输出端，第一过滤器的输出端连接微型隔膜泵的抽气嘴，微型隔膜泵的排气嘴连接气路切换模块的输入端，微型隔膜泵的供电控制端与控制器电连接；

所述第一过滤器对除湿后的环境空气进行一级过滤后、通过微型隔膜泵排出至气路切换模块。

5.根据权利要求4所述的大量程颗粒物检测装置，其特征在于，所述第一过滤器的输入端通过φ4的硅胶管连接传感器的输出端，第一过滤器的输出端通过φ6的硅胶管连接微型隔膜泵的抽气嘴，微型隔膜泵的排气嘴通过φ6的硅胶管连接气路切换模块的输入端。

6.根据权利要求4所述的大量程颗粒物检测装置，其特征在于，所述气路切换模块包括三通阀、第一电磁阀和第二电磁阀；所述三通阀的进口连接微型隔膜泵的排气嘴，三通阀的一出口连接第一电磁阀的进气口，三通阀的另一出口连接第二电磁阀的进气口，第一电磁阀的输出端连接过滤模块，第一电磁阀的供电控制端和第二电磁阀的供电控制端分别与控制器电连接；

所述控制器用于控制第一电磁阀和第二电磁阀的通断。

7.根据权利要求6所述的大量程颗粒物检测装置，其特征在于，所述三通阀的进口通过φ6的硅胶管连接微型隔膜泵的排气嘴，三通阀的一出口通过φ6的硅胶管连接第一电磁阀的进气口，三通阀的另一出口通过φ6的硅胶管连接第二电磁阀的进气口，第一电磁阀的输出端通过φ6的硅胶管连接过滤模块。

8.根据权利要求6所述的大量程颗粒物检测装置，其特征在于，所述控制器在校准模式下或判断本底值大于或等于预设值时，打开第一电磁阀，关闭第二电磁阀，三通阀中的空气通过第一电磁阀传输至过滤模块中。

9.根据权利要求6所述的大量程颗粒物检测装置，其特征在于，所述控制器在正常监测模式下控制第一电磁阀关闭，第二电磁阀打开，三通阀中的空气通过第二电磁阀排出至空中。

10.根据权利要求6所述的大量程颗粒物检测装置，其特征在于，所述过滤模块包括流量计和第二过滤器，所述流量计的进气端连接第二电磁阀的输出端，流量计的排气端连接第二过滤器的输入端，第二过滤器的输出端连接除湿器的反馈入气端；

所述流量计调节气体流量来控制排出的空气的气体体积，空气经过第二过滤器二级过滤后传输至除湿器中。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及环保监测技术领域，特别涉及一种大量程颗粒物检测装置。

背景技术

目前市面上常见的可大范围布点监测的颗粒物在线监测系统，其量程和精度都有限，如量程通常在10mg\/m3以内。这种小量程在恶劣的高浓度雾霾环境下，完全不能满足在线监测的需要；再加之湿度的影响，高浓度、高湿度的情况下很难准确监测颗粒物浓度。特别是在一些污染严重的厂矿，更难实现在线监测、自动清理传感器内部的工作。由于现在很多颗粒物在线监测系统都是固定量程，气路设计单一，无法满足高浓度、大量程的需求，在高浓度环境下传感器本身也容易受到污染，后期维护也极不方便。

因而现有技术还有待改进和提高。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种大量程颗粒物检测装置，以解决现有颗粒物在线监测系统不能自动清理传感器的问题。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种大量程颗粒物检测装置，包括颗粒物切割器和除湿器，其还包括传感器、控制器、排气模块、气路切换模块和过滤模块；

所述的大量程颗粒物检测装置中，所述颗粒物切割器的输出端通过规格为φ6的硅胶管连接除湿器的输入端，除湿器的输出端通过规格为φ4的硅胶管连接在传感器的输入端，传感器的输出端通过φ4的硅胶管连接排气模块的输入端，控制器与传感器之间通过通信接口连接。

所述的大量程颗粒物检测装置中，所述控制器还根据检测值判断本底值小于预设值时控制气路切换模块将环境空气排出至空中。

所述的大量程颗粒物检测装置中，所述排气模块包括第一过滤器和微型隔膜泵；所述第一过滤器的输入端连接除湿器的输出端，第一过滤器的输出端连接微型隔膜泵的抽气嘴，微型隔膜泵的排气嘴连接气路切换模块的输入端，微型隔膜泵的供电控制端与控制器电连接；

所述第一过滤器对除湿后的环境空气进行一级过滤后、通过微型隔膜泵排出至气路切换模块。

所述的大量程颗粒物检测装置中，所述第一过滤器的输入端通过φ4的硅胶管连接传感器的输出端，第一过滤器的输出端通过φ6的硅胶管连接微型隔膜泵的抽气嘴，微型隔膜泵的排气嘴通过φ6的硅胶管连接气路切换模块的输入端。

所述的大量程颗粒物检测装置中，所述气路切换模块包括三通阀、第一电磁阀和第二电磁阀；所述三通阀的进口连接微型隔膜泵的排气嘴，三通阀的一出口连接第一电磁阀的进气口，三通阀的另一出口连接第二电磁阀的进气口，第一电磁阀的输出端连接过滤模块，第一电磁阀的供电控制端和第二电磁阀的供电控制端分别与控制器电连接；

所述控制器用于控制第一电磁阀和第二电磁阀的通断。

所述的大量程颗粒物检测装置中，所述三通阀的进口通过φ6的硅胶管连接微型隔膜泵的排气嘴，三通阀的一出口通过φ6的硅胶管连接第一电磁阀的进气口，三通阀的另一出口通过φ6的硅胶管连接第二电磁阀的进气口，第一电磁阀的输出端通过φ6的硅胶管连接过滤模块。

所述的大量程颗粒物检测装置中，所述控制器在校准模式下或判断本底值大于或等于预设值时，打开第一电磁阀，关闭第二电磁阀，三通阀中的空气通过第一电磁阀传输至过滤模块中。

所述的大量程颗粒物检测装置中，所述控制器在正常监测模式下控制第一电磁阀关闭，第二电磁阀打开，三通阀中的空气通过第二电磁阀排出至空中。

所述的大量程颗粒物检测装置中，所述过滤模块包括流量计和第二过滤器，所述流量计的进气端连接第二电磁阀的输出端，流量计的排气端连接第二过滤器的输入端，第二过滤器的输出端连接除湿器的反馈入气端；

所述流量计调节气体流量来控制排出的空气的气体体积，空气经过第二过滤器二级过滤后传输至除湿器中。

相较于现有技术，本实用新型提供的一种大量程颗粒物检测装置，包括颗粒物切割器、除湿器、传感器、控制器、排气模块、气路切换模块和过滤模块；颗粒物切割器对环境空气中的颗粒物切割后，输出环境空气至除湿器中除湿；传感器检测除湿后环境空气中颗粒物的浓度并反馈检测值给控制器；排气模块对除湿后的环境空气进行一级过滤后排出至气路切换模块，控制器根据检测值判断本底值大于或等于预设值时控制气路切换模块将环境空气排出至过滤模块中过滤，过滤后的环境空气传输至除湿器中稀释颗粒物的浓度，再次流过传感器对传感器进行清理。本底值大于预设值表示传感器受污染，干净的空气对传感器起到清洁作用，即可解决现有颗粒物在线监测系统不能自动清理传感器的问题。

附图说明

图1为本实用新型提供的大量程颗粒物检测装置的结构示意图。

图2为本实用新型提供的大量程颗粒物检测装置的器件摆放示意图。

具体实施方式

本实用新型提供一种大量程颗粒物检测装置。为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请同时参阅图1和图2，图1中虚线表示空气流动方向；实线表示电气控制方向。图2中带箭头的线表示电气线缆，黑色块表示硅胶管。本实用新型实施例提供的一种大量程颗粒物检测装置包括颗粒物切割器10、除湿器20、传感器30、控制器40、温湿度检测模块41，排气模块（51、52）、气路切换模块（61、62、63）和过滤模块（71、72）。所述颗粒物切割器的输出端通过规格为φ6的硅胶管连接在除湿器20的输入端，除湿器20的输出端通过规格为φ4的硅胶管连接在传感器30的输入端，传感器30的输出端通过φ4的硅胶管连接排气模块的输入端，排气模块（51、52）的输出端连接气路切换模块（61、62、63）的输入端，气路切换模块（61、62、63）的一输出端通过过滤模块（71、72）连接除湿器20的反馈入气端，气路切换模块（61、62、63）的另一输出端为整个气路的排气端。

所述控制器40（型号优选为ES80A-DUST）连接除湿器20，除湿器20的工作由控制器40根据温湿度检测模块41（型号优选为DHT20的传感器）的温度和湿度的监测值来决定是否工作，除湿工作不影响气体通过除湿器。控制器40和传感器30之间采用UART\/RS232\/RS485接口连接，控制器采集传感器30的数据。控制器40连接排气模块（51、52）和气路切换模块（61、62、63）相应的控制端。

所述颗粒物切割器10对环境空气中的颗粒物切割后，输出环境空气至除湿器20中除湿；传感器30检测除湿后环境空气中颗粒物的浓度并反馈检测值给控制器40；排气模块对除湿后的环境空气进行一级过滤后排出至气路切换模块，控制器40根据检测值判断本底值大于或等于预设值时控制气路切换模块将环境空气排出至过滤模块中过滤，过滤后的环境空气传输至除湿器中稀释颗粒物的浓度，再次流过传感器对传感器进行清理。所述控制器40根据检测值判断本底值小于预设值时控制气路切换模块将环境空气排出至空中。

其中，本底值大于预设值则表示传感器受污染，通过改变气路切换模块的气路通路，将进行一级过滤后的环境空气传输至过滤模块中进行二级过滤，双重过滤后的干净空气回到除湿器中即可稀释颗粒物的浓度，再次通过传感器检测颗粒物的浓度并反馈检测值，干净的空气对传感器起到清洁作用，即可解决现有颗粒物在线监测系统不能自动清理传感器的问题。

本实施例中，所述排气模块包括第一过滤器51和微型隔膜泵52（型号优选为VCL8401）；所述第一过滤器51的输入端通过φ4的硅胶管连接传感器30的输出端，第一过滤器51的输出端通过φ6的硅胶管连接微型隔膜泵52的抽气嘴，微型隔膜泵52的排气嘴通过φ6的硅胶管连接气路切换模块的输入端，微型隔膜泵52的供电控制端通过电源控制线连接控制器40。所述第一过滤器51对除湿后的环境空气进行一级过滤获得干净的空气，通过微型隔膜泵52排出至气路切换模块；控制器40控制微型隔膜泵52的工作状态（即是否开始工作）。

所述气路切换模块包括三通阀61、第一电磁阀62和第二电磁阀63；所述三通阀61的第一端口（进口）通过φ6的硅胶管连接微型隔膜泵52的排气嘴，三通阀61的第二端口（一出口）通过φ6的硅胶管连接第一电磁阀62的进气口，三通阀61的第三端口（另一出口）通过φ6的硅胶管连接第二电磁阀63的进气口，第一电磁阀62的输出端通过φ6的硅胶管连接过滤模块，第一电磁阀62的供电控制端和第二电磁阀63的供电控制端分别与控制器40电连接。第二电磁阀63的输出端为整个气路的排气端。控制器40控制第一电磁阀和第二电磁阀的通断。其中，第一电磁阀62和第二电磁阀63在任意时刻只允许有一个在进行通电工作，该逻辑控制是通过控制器40实现的。第一电磁阀62和第二电磁阀63的型号优选为STNC TG22-08，电磁阀 DC24V。

正常监测情况下，控制器控制第一电磁阀关闭，第二电磁阀打开，三通阀61将微型隔膜泵52排出的空气通过第二电磁阀排出至空中。校准时以及判断本底值大于或等于预设值时，控制器打开第一电磁阀，关闭第二电磁阀，三通阀61中的空气通过第一电磁阀传输至过滤模块中。

所述过滤模块包括流量计71（型号优选为LZB-3WBF）和第二过滤器72，所述流量计71的进气端与第二电磁阀63的输出端通过φ6的硅胶管连接，流量计71的排气端与二过滤器72的输入端通过φ6的硅胶管连接，第二过滤器72的输出端与除湿器20的反馈入气端通过φ6的硅胶管连接。所述流量计调节气体流量来控制排出的空气的气体体积，空气经过第二过滤器72二级过滤后传输至除湿器中。

本实施例中，大量程颗粒物检测装置中的传感器30（型号优选为PPLS75（H））采用激光散射方式进行颗粒物浓度在线监测，采用泵吸式进行采集监测。环境空气经过传感器检测后再进行两级过滤。一级过滤（由第一过滤器实现）具有两个作用，一是保护微型隔膜泵内部的关键部件不被污染，增加微型隔膜泵的使用寿命；二是过滤颗粒物粒径在1um以上的污染物。通过在微型隔膜泵的排气口增加一个三通阀，三通阀分别连接两个电磁阀，第二电磁阀直接排气；环境空气依次通过第一电磁阀、流量计，由第二过滤器进行二级过滤后再次回到除湿器中加热气室的入气口。结合外部的控制器的控制，使两个电磁阀形成两个气路，两个气路在不同的环境下发挥不同的作用。

由于采用的是微型隔膜泵，泵之前的气路中是负压，通过调试流量计的气体流量来控制回到加热气室的干净空气的气体体积，干净空气可以稀释高浓度的颗粒物，稀释浓度后再计算出正常浓度，从而实现高浓度颗粒物的在线监测。流量计在出厂时已调试好，在后续的使用中用户不可以调试；有调试需要时由具备相关知识的专业人士进行调试，比如厂家的售后维护人员。

本实施例在气路中增加一个三通阀、两个电磁阀和一个过滤器。正常监测情况下，控制器控制第一电磁阀关闭，第二电磁阀打开。校准时控制器打开第一电磁阀，关闭第二电磁阀，这样经过两个过滤器过滤后的干净空气通过气路回到除湿器的入口，后端的传感器即可检测到干净的空气，此时的实际的检测值理论上为0，从而校准完成。

若检测值不为0，说明传感器内部收到污染，已产生本底值，只需将实际检测值减去本底值即可。传感器在出厂时本底值通常小于5，工作一段时间后通过控制器40关闭第二电磁阀63，打开第一电磁阀62，此时进行检测，如果本底值小于10则认为属于正常情况，本底值大于20以上则认为已产生影响检测结果的本底值。通过相减可使测结果更接近真实值；假设实际检测值为100，但是空气中的值为60，而传感器产生的本底值为40，所以实际检测值（100）减去本底值（40）等于检测值（60）。当本底值高到一定程度时即可认定传感器受污染比较严重，此时需要打开第一电磁阀，关闭第二电磁阀，进行反吹扫工作。反吹扫执行预设时间后，控制器继续进行校准，直至自校准达到理论可接受的误差范围内为止。如果多次执行反吹扫后仍然无法实现校准归0，则控制器发出响应信号（如报警声）以便进行人工清理和售后服务。

本实施例中，大量程检测实现流程为：按照现有的常规方法进行检测，控制器判断出现超量程（比如10mg\/m3以上的数据）情况，打开第一电磁阀并调节流量计流量（如增加气体体积），以稀释高浓度颗粒物，稀释高浓度颗粒物到检测值的十分一直或者更小，按照稀释倍数和校准之后通过测试值自动拟合线性关系，之后根据得出的线性关系进行计算，即可间接得出高浓度颗粒物的值。

综上所述，本实用新型提供的一种大量程颗粒物检测装置，通过控制器判断本底值大于预设值时识别传感器受污染，能自动改变气路，将进行一级过滤后的空气再次进行二级过滤，双重过滤后的干净空气回到除湿器中即可稀释颗粒物的浓度，再次流过传感器时对传感器进行清理，通过多次反吹来对传感器起到清洁作用，即可解决现有颗粒物在线监测系统不能自动清理传感器的问题。

上述功能模块的划分仅用以举例说明，在实际应用中，可以根据需要将上述功能分配由不同的功能模块来完成，即划分成不同的功能模块，来完成上述描述的全部或部分功能。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

设计图

一种大量程颗粒物检测装置论文和设计

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主设计要求

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