1引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,除廢氣、廢水外,顆粒狀粉塵、煙塵向大氣排放所造成的環(huán)境污染已成為一個(gè)十分突出的問(wèn)題。由于煙塵粉塵排放的顆粒粒徑很小(微米數(shù)量級(jí)),加上工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境(如高溫),給煙塵粉塵排放的監(jiān)控和檢測(cè)帶來(lái)極大的困難。目前,煙塵粉塵在線監(jiān)測(cè)儀大多采用國(guó)外儀器,成本高,影響了它的推廣使用,阻礙了環(huán)境治理的順利推進(jìn)。

錦州華冠環(huán)境科技實(shí)業(yè)公司采用先進(jìn)的電子測(cè)量技術(shù),將光、機(jī)、電技術(shù)相結(jié)合,成功研制了HG-HC智能煙塵粉塵測(cè)量?jī)x。該儀器功能全、成本低、可靠性高,可廣泛應(yīng)用于建材工業(yè)(水泥廠、石膏產(chǎn)品)、煤礦、冶金企業(yè)、造紙企業(yè)、玻璃企業(yè)、鋼鐵廠的高爐、顆粒生產(chǎn)企業(yè)、發(fā)電廠、工業(yè)及民用鍋爐、垃圾焚化廠、硫化車間、食品加工廠等生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的煙塵粉塵濃度和排放量的測(cè)定。完全能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)在線測(cè)量的要求。

2工作原理

煙塵(粉塵)測(cè)量方法主要有光學(xué)法、采樣稱重法和靜電法三種。采樣稱重法不適合于在線測(cè)量。靜電法易受干擾,國(guó)內(nèi)技術(shù)并不成熟。光學(xué)法又進(jìn)一步分為濁度法和散射法,而濁度法是目前國(guó)外普遍采用的用來(lái)測(cè)量煙塵(粉塵)濃度的方法,這種國(guó)外儀器在國(guó)內(nèi)許多單位也都得到了成功應(yīng)用。光學(xué)法測(cè)量的缺點(diǎn)是需要保持光學(xué)鏡頭的相對(duì)清潔。對(duì)于煙道中煙塵的測(cè)量,實(shí)踐證明,通過(guò)微正壓的清潔保護(hù)風(fēng),就可實(shí)現(xiàn)對(duì)光學(xué)鏡頭的可靠保護(hù)。

HG-HC智能煙塵粉塵測(cè)量?jī)x是一光學(xué)式電子儀器,是一種在線監(jiān)測(cè)儀器。它的檢測(cè)原理是基于光學(xué)式檢測(cè)法中的濁度法。基于朗伯時(shí)—比爾定律,測(cè)量光透過(guò)被測(cè)物質(zhì)后,由于散射和吸收而使光強(qiáng)減弱,通過(guò)測(cè)定光束通過(guò)被測(cè)介質(zhì)前后的光強(qiáng)比值來(lái)定量煙塵粉塵濃度。檢測(cè)原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

當(dāng)紅外光穿過(guò)含顆粒物的煙塵粉塵時(shí),發(fā)射器紅外光源光強(qiáng)I0會(huì)因被測(cè)物質(zhì)的散射和吸收而使接收器接收到的光強(qiáng)衰減為I,依據(jù)郎伯特—比爾定律:

由于消光度和含塵量與塵粒的大小和密度以及測(cè)量位置有關(guān),所以其相關(guān)性必須通過(guò)稱重比對(duì)測(cè)量法來(lái)進(jìn)行確定,實(shí)際中按下式確定含塵量:

3硬件組成

儀器由紅外光發(fā)射裝置、接收裝置、主控制器、清吹空氣保護(hù)裝置和遠(yuǎn)程操作軟件組成,如圖2所示。

發(fā)射裝置:發(fā)射紅外光信號(hào),采用脈沖供電方式,延長(zhǎng)了光源使用壽命;

接收裝置:接收紅外光信號(hào),集前置放大器、光電探測(cè)器于一體;

主控制器:控制發(fā)射、接收及整個(gè)儀器的工作;單片機(jī)采用Cygnal公司的C8051F005,該單片機(jī)是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片,在一個(gè)芯片內(nèi)集成了構(gòu)成一個(gè)單片機(jī)數(shù)據(jù)采集或控制系統(tǒng)所需要的幾乎所有模擬和數(shù)字外設(shè)及其他功能部件(包括增益可編程放大器,8路12位A/D轉(zhuǎn)換器,2路12位D/A轉(zhuǎn)換器,電壓比較器,電壓基準(zhǔn),SMBus/I2C,UART,SPI,4個(gè)16位定時(shí)器,5個(gè)可編程計(jì)數(shù)器陣列,看門(mén)狗定時(shí)器及電源監(jiān)視器等),片內(nèi)還具有32K可在系統(tǒng)和在應(yīng)用編程的FLASH存儲(chǔ)器和2304字節(jié)RAM。高性能單片機(jī)的采用,既簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì),又提高了整機(jī)可靠性和靈活性。

清吹空氣保護(hù)裝置:采用通過(guò)微正壓的清潔空氣,保護(hù)光學(xué)鏡頭不受污染,保證測(cè)量可靠性;儀器還附有遠(yuǎn)程操作軟件。通過(guò)RS-232通訊接口,可通過(guò)PC機(jī)對(duì)儀器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)傳輸。

4主要技術(shù)指標(biāo)

·可以連續(xù)不間斷地測(cè)量煙塵(粉塵)量;

·測(cè)量煙塵(粉塵)量的量程在0—1000mg/m3范圍內(nèi)任意設(shè)定;

·煙塵(粉塵)測(cè)量瞬時(shí)值、透光度、黑度和消光度可在液晶顯示屏上選擇設(shè)定顯示;

·測(cè)量的煙塵量以4—20mA電流輸出;

·零點(diǎn)漂移誤差小于2%;

·量程漂移誤差小于3%;

·具有儲(chǔ)存功能,能夠儲(chǔ)存5000個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù);

·可通過(guò)RS232接口,由上位機(jī)(PC機(jī))輸入煙塵(粉塵)在線監(jiān)測(cè)儀的用戶參數(shù),校準(zhǔn)儀器,并可輸出存儲(chǔ)的測(cè)量數(shù)據(jù);

·具有繼電器報(bào)警輸出,報(bào)警限可設(shè)定。

5創(chuàng)新點(diǎn)

HG-HC智能煙塵粉塵測(cè)量?jī)x采用半導(dǎo)體紅外光光源,脈沖式供電,智能采樣與數(shù)字濾波算法,既保證測(cè)量的穩(wěn)定性,又提高了半導(dǎo)體發(fā)光管的使用壽命。紅外發(fā)光二極管具有速度高、壽命長(zhǎng)、一致性好的特點(diǎn),既經(jīng)濟(jì)又可用于大直徑管道或煙道的測(cè)量。

·紅外光脈沖供電,解決了紅外發(fā)光二極管壽命與長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量的問(wèn)題,提高了儀器的穩(wěn)定性,可用于大直徑煙道的測(cè)量;

·智能采樣與去噪數(shù)字濾波算法相結(jié)合,測(cè)量和信號(hào)處理靈活性強(qiáng),因而在一套裝置可以進(jìn)行不同變量和濃度的測(cè)量,可排除個(gè)別的不正常值,同步計(jì)算平均值,其數(shù)學(xué)模型為:

·將前置放大器、光電探測(cè)器集于一體,既簡(jiǎn)化了測(cè)量放大電路的設(shè)計(jì),又提高了儀器的可靠性。

·采用嵌入式單片機(jī)內(nèi)核技術(shù),將計(jì)算機(jī)嵌入到煙塵粉塵測(cè)量對(duì)象中,實(shí)現(xiàn)智能化控制,依據(jù)煙塵粉塵測(cè)量環(huán)境要求,充分考慮了物理環(huán)境(小型)、電氣/氣氛、環(huán)境(可靠)、成本(價(jià)廉)的要求;充分考慮了最小軟、硬件配置和相應(yīng)的接口電路。采用內(nèi)核技術(shù),提供了一個(gè)裸設(shè)備與應(yīng)用程序間的抽象層,可以在更高的層次上讀寫(xiě)磁盤(pán);允許多個(gè)程序看起來(lái)在同時(shí)運(yùn)行,將處理器在其間共享;抽象了所有形式的I/O操作,提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的磁盤(pán)I/O抽象,而每個(gè)程序都能使用它;提供了健壯的網(wǎng)絡(luò)功能,尤其是TCP/IP支持。

·可選用GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù),以智能煙塵粉塵測(cè)量?jī)x軟件為平臺(tái),通過(guò)中文短信的方式,采用自動(dòng)群呼和列隊(duì)接收辦法,形成了嶄新的環(huán)保監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。

·可遠(yuǎn)程進(jìn)行參數(shù)設(shè)置及數(shù)據(jù)傳輸,通過(guò)中心控制軟件,方便地輸入用戶參數(shù)、校準(zhǔn)儀器,并可輸出存儲(chǔ)的測(cè)量數(shù)據(jù)。

·在光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上,采用短焦距鏡頭,探測(cè)器位置可調(diào),保證了紅外光的正確對(duì)正。

本項(xiàng)目產(chǎn)品技術(shù)來(lái)源是錦州華冠環(huán)境科技實(shí)業(yè)公司為主開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目,具有獨(dú)立自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

摘自：中國(guó)計(jì)量測(cè)控網(wǎng)