本發(fā)明屬于煙塵濃度監(jiān)測領(lǐng)域，尤其涉及一種取樣與稱重一體式β射線煙塵質(zhì)量稱重儀。

背景技術(shù)：

由于工業(yè)鍋爐、電廠鍋爐及工業(yè)窯爐等污染源所造成的環(huán)境污染問題非常嚴(yán)重，世界各國都對此進(jìn)行了深入研究并加以控制，這就需要對其排放的顆粒狀煙塵的濃度進(jìn)行監(jiān)測。

目前常用的監(jiān)測方法有光透射法、激光后向散射法、電荷法、β射線吸收法、過濾稱重法等。其中，過濾稱重法是現(xiàn)在使用最為廣泛的一種，其基本原理是一定體積的含塵煙氣，通過已知重量的濾筒后，煙氣中的塵粒被阻留，根據(jù)采樣前后濾筒的重量差和采樣體積，算出含塵濃度。由于過濾稱重法準(zhǔn)確度高、精密度好，國外許多國家將此方法定為標(biāo)準(zhǔn)方法，我國也將此方法作為鑒定其它分析方法的標(biāo)準(zhǔn)。然而過濾稱重法需先通過濾膜進(jìn)行煙塵采樣，再烘干煙塵濾料，最后稱重并計算出煙塵濃度、煙氣排放量的檢測結(jié)果。其中承重所需的稱量設(shè)備通常體積較大，且需放置在潔凈的分析室內(nèi)進(jìn)行操作。通常取樣地與分析室距離較遠(yuǎn)，運(yùn)輸過程長容易造成誤差；取樣至測樣的周期長，滿足不了各級環(huán)保監(jiān)測站應(yīng)對及時評價。

β射線吸收法的原理為：一個強(qiáng)度恒定的β源發(fā)出的β射線通過介質(zhì)時,β粒子與介質(zhì)中的電子相互碰撞損失能量而被吸收。在低能條件下,吸收程度取決于介質(zhì)的質(zhì)量,與粉塵粒子的粒度、成分、顏色及分散狀態(tài)等等無關(guān)。β射線先后穿過清潔濾紙(未采集塵樣)和已采有塵樣濾紙(同一濾紙)，根據(jù)兩次β射線被吸收量的差異來求取環(huán)境中粉塵濃度。β射線吸收法不受粉塵種類、粒度，分散度、形狀、顏色、光澤等因素的影響；它可以減少樣品的處理時間和受污染的機(jī)會，不會帶來人為誤差且無誤差積累，不需要經(jīng)常校準(zhǔn)和調(diào)零，是粉塵濃度的間接測量方法中較準(zhǔn)確的一種。

目前采用β射線吸收法的稱重儀器通常與采樣儀器分離，采樣后的濾膜需轉(zhuǎn)移至稱重儀內(nèi)稱重，過程復(fù)雜，易帶入雜質(zhì)。且稱重單元和烘干單元相對獨(dú)立，結(jié)構(gòu)不緊湊，便攜性差。另外烘干過程多采用加熱輻射烘干方式，烘干速度慢。采樣頭經(jīng)長期使用后其管路內(nèi)壁會粘黏或多或少的顆粒物，影響檢測結(jié)果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有的采用β射線吸收法的稱重儀器存在的上述技術(shù)問題，提出一種結(jié)構(gòu)緊湊，集取樣管、烘干和稱重于一體，檢測結(jié)果精準(zhǔn)的β射線煙塵質(zhì)量稱重儀。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種一體式β射線煙塵質(zhì)量稱重儀，包括采樣頭和主機(jī)箱，采樣頭與主機(jī)箱之間通過伴熱軟管連接；所述主機(jī)箱內(nèi)固定有β射線檢測模塊及可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤，所述轉(zhuǎn)盤上設(shè)置有濾膜夾安裝孔；所述主機(jī)箱內(nèi)還設(shè)置有上密封蓋和下密封蓋，上密封蓋通過進(jìn)氣管連接至采樣頭內(nèi)的煙塵管，下密封蓋通過出氣管連接至箱體外，上、下密封蓋壓緊濾膜夾安裝孔時形成采樣氣路；所述進(jìn)氣管上設(shè)置有進(jìn)氣三通閥，進(jìn)氣三通閥第三接頭連接高效高效過濾器，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動安裝孔內(nèi)的濾膜可位于上、下密封蓋之間、β射線檢測模塊處。

作為優(yōu)選，所述出氣管上設(shè)置有出氣三通閥，出氣三通閥第三接頭連接反吹風(fēng)機(jī)。

作為優(yōu)選，所述進(jìn)氣管和上、下密封蓋上均包覆有電加熱帶。

作為優(yōu)選，下密封蓋上連接有偏心輪，其與主機(jī)箱之間安裝有壓縮彈簧，偏心輪在偏心輪電機(jī)帶動下旋轉(zhuǎn)帶動下密封蓋升降。

作為優(yōu)選，所述主機(jī)箱側(cè)壁設(shè)置有取放口，轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時其中一個濾膜夾安裝孔伸出取放口，所述取放口上設(shè)置有可開合的擋板門。

作為優(yōu)選，所述主機(jī)箱上安裝有滑軌和開關(guān)門電機(jī)，擋板門通過滑塊安裝在滑軌上，電機(jī)軸連接曲柄，曲柄另一端鉸接連桿，連桿鉸接滑塊，實(shí)現(xiàn)擋板門的電動開關(guān)。

作為優(yōu)選，所述轉(zhuǎn)盤上設(shè)置有三個濾膜夾安裝孔。

作為優(yōu)選，所述主機(jī)箱上設(shè)置有上翻蓋，上翻蓋底面設(shè)置有顯示屏，主機(jī)箱上還設(shè)置有控制按鈕及輸入鍵盤。

作為優(yōu)選，所述主機(jī)箱內(nèi)安裝有單片機(jī)，單片機(jī)的輸入端連接β射線檢測模塊、采樣頭及輸入鍵盤；輸出端連接反吹風(fēng)機(jī)、開關(guān)門電機(jī)及顯示屏。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于：

1、該一體式β射線煙塵質(zhì)量稱重儀，通過快速連接機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)采樣頭與主機(jī)箱的伴熱軟管連接，將采樣與稱重一體化，使設(shè)備適用于多種煙道的采樣。

2、通過轉(zhuǎn)盤將濾膜夾取放、樣本采集、烘干裝置和稱重裝置一體化，結(jié)構(gòu)緊湊，便攜性佳。

3、濾膜烘干采用加熱與風(fēng)干同時進(jìn)行的方式，烘干效率高。

4、自帶反吹裝置，清潔采樣管路，提高采樣精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明稱重儀的總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明稱重儀的控制關(guān)系示意圖；

圖3為本發(fā)明稱重儀的快速連接機(jī)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明稱重儀的轉(zhuǎn)盤及工位示意圖；

圖5為本發(fā)明稱重儀的轉(zhuǎn)盤及工位示意圖；

圖6為本發(fā)明稱重儀的擋板門電動開合結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明稱重儀的轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)示意圖；

以上各圖中：1、采樣頭；11、油煙管；111、四氟管；12、皮托管；13、煙溫線管；14、保護(hù)管；15、伴熱軟管；151、伴熱軟管接頭；2、主機(jī)箱；21、上翻蓋；22、顯示屏；23、輸入鍵盤；24、取放口；25、取放箱；251、擋板門；252、滑軌；253、滑塊；254、曲柄；255、連桿；256、限位開關(guān)；26、金屬接頭；27、四氟管接頭；271、硅膠內(nèi)襯；272、螺紋套；28、箱體接頭；3、采集稱重單元；31、支架；311、光電開關(guān)；32、轉(zhuǎn)盤電機(jī)；33、轉(zhuǎn)盤；331、安裝孔；332、擋片；34、上密封蓋；35、下密封蓋；36、進(jìn)氣管；361、進(jìn)氣三通閥；37、出氣管；371、出氣三通閥；38、電加熱帶；4、高效過濾器；5、反吹風(fēng)機(jī)；6、β射線檢測模塊；61、β射線放射源；62、β射線探測器；7、快速升降機(jī)構(gòu)；71、連接板；72、偏心輪；73、壓縮彈簧；8、單片機(jī)；a、取放工位；b、采樣烘干工位；c、稱量工位。

具體實(shí)施方式

為了更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例做具體說明。

實(shí)施例：如圖1、圖2所示，一種取樣與稱重一體式β射線煙塵質(zhì)量稱重儀，包括采樣頭和主機(jī)箱，主機(jī)箱內(nèi)安裝有用于采集煙氣樣本、烘干樣本并稱重的采集稱重單元。該煙塵質(zhì)量稱重儀采用β射線測量法，將煙氣顆粒物取樣管、烘干裝置和稱重裝置于一體，烘干速度快，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，并可與現(xiàn)有的煙塵采樣器配合使用，快速檢測煙塵濃度。

所述采樣頭包括油煙管、標(biāo)準(zhǔn)皮托管及煙溫線管，分別用于采集油煙顆粒物、檢測氣體流量以及檢測氣體溫度，皮托管由兩根硅膠管連接至主機(jī)箱，油煙管由帶外部加熱保溫功能的四氟管（內(nèi)壁涂覆有聚四氟乙烯的管路）連接至采集稱重單元的進(jìn)氣管，硅膠管和四氟管均設(shè)置在金屬保護(hù)管內(nèi)，保護(hù)管末端與主機(jī)箱之間通過伴熱軟管連接。該設(shè)計有效的解決了現(xiàn)有的煙氣顆粒物分析儀采樣頭與主機(jī)箱剛性連接帶來的采樣限制問題，由于需檢測的煙道高度不同，其方向有豎直、水平以及傾斜等類型，剛性連接限制了采樣頭的長度，其采樣時由于主機(jī)箱的限制，難以做到垂直取樣。另外設(shè)備運(yùn)輸時，需要將采樣頭拆卸下來，否則占據(jù)空間太大，難以運(yùn)輸，而采用伴熱軟管連接，則可折疊盤放也可拆卸下來。如圖3所示，為實(shí)現(xiàn)伴熱軟管與主機(jī)箱的快速連接，設(shè)置有快速連接機(jī)構(gòu)，運(yùn)輸和使用都便捷。所述快速連接機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在箱體外壁的兩根金屬接頭，用于插裝皮托管的兩根硅膠管，硅膠管柔軟可直接套在金屬接頭上，安裝牢固且可密封。四氟管較硬，難以直接套裝在金屬接頭上。因此箱體外壁設(shè)置內(nèi)壁黏附有硅膠內(nèi)襯的四氟管接頭，四氟管接頭內(nèi)壁設(shè)置內(nèi)螺紋，內(nèi)螺紋上擰接頂緊硅膠內(nèi)襯的螺紋套，安裝時將四氟管插入四氟管接頭內(nèi)，硅膠內(nèi)襯緊密包裹四氟管，實(shí)現(xiàn)密封。金屬接頭和四氟管接頭均設(shè)置在設(shè)有螺紋的箱體接頭內(nèi)，伴熱軟管末端設(shè)置有擰接在箱體接頭上的伴熱軟管接頭。

所述主機(jī)箱內(nèi)安裝有接收傳感器、光電開關(guān)等檢測元件并控制電氣器件運(yùn)行的stm32系列單片機(jī)（如stm32f103vct6）。所述主機(jī)箱上設(shè)置有上翻蓋，上翻蓋底面設(shè)置有與單片機(jī)電連接的顯示屏，主機(jī)箱上還設(shè)置有控制按鈕及輸入鍵盤，用于輸入指令。

所述采集稱重單元包括安裝在主機(jī)箱內(nèi)的支架，支架上安裝有轉(zhuǎn)盤電機(jī)，轉(zhuǎn)盤電機(jī)主軸上安裝有扇形轉(zhuǎn)盤。轉(zhuǎn)盤電機(jī)采用伺服電機(jī)，可帶動轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，所述轉(zhuǎn)盤上設(shè)置有一個放置濾膜夾的安裝孔。轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，安裝孔內(nèi)濾膜的位置對應(yīng)于三個工位，分別為取放工位a、采樣烘干工位b和稱量工位c，參照圖4。

所述主機(jī)箱一側(cè)的側(cè)壁上設(shè)置有一用于取放濾膜夾的取放口，即取放工位。轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)至上取放工位時，安裝孔內(nèi)的濾膜夾從取放口伸出主機(jī)箱外。為保護(hù)該濾膜夾不受外界污染，主機(jī)箱上設(shè)置有取放箱，罩在取放口處。如圖5所示，為便于取放，取放箱上設(shè)置有采用曲柄連桿結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電動開關(guān)的擋板門。所述支架上安裝有滑軌，擋板門通過滑塊安裝在滑軌上。支架上安裝有開關(guān)門電機(jī)，電機(jī)軸連接曲柄，曲柄另一端鉸接連桿，連桿鉸接滑塊，開關(guān)門電機(jī)與單片機(jī)輸出端口連接，通過電機(jī)和曲柄連2結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)開關(guān)門沿滑軌左右滑動，從而打開或關(guān)閉。所述支架上還設(shè)置有限定擋板門開關(guān)位置的限位開關(guān)，分別設(shè)置于擋板門的兩側(cè)。限位開關(guān)與單片機(jī)的輸入端口連接，當(dāng)擋板門開到最大時，觸發(fā)限位開關(guān)，開關(guān)門電機(jī)停轉(zhuǎn)，關(guān)門時同理。當(dāng)然也可以通過電機(jī)帶動齒輪轉(zhuǎn)動，以齒輪帶動安裝在擋板門上的齒條結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)擋板門的開關(guān)。

所述采樣烘干工位處設(shè)置有上密封蓋和下密封蓋，上密封蓋通過進(jìn)氣管連接至采樣頭內(nèi)的煙塵管，下密封蓋通過出氣管連接至箱體上的外接口處，上、下密封蓋壓緊濾膜夾安裝孔時形成采樣氣路。外接口可與其他采樣設(shè)備的采樣泵連接使用，獲得抽氣動力。由于煙氣中含有水蒸氣，為防止煙氣經(jīng)伴熱軟管進(jìn)入主機(jī)箱后水蒸氣受冷凝結(jié)為液滴影響檢測結(jié)果，上密封蓋和與之連接的進(jìn)氣管上均包覆有電加熱帶。

所述進(jìn)氣管上還連接有進(jìn)氣三通閥，進(jìn)氣三通閥除連接進(jìn)氣管的兩個接頭外，第三接頭通過烘干氣管連接高效過濾器，進(jìn)氣三通閥選用與單片機(jī)連接的電磁閥，當(dāng)開通至高效過濾器氣路時，有潔凈氣體吹過濾膜夾，將濾膜夾上的濾膜吹干。為加快烘干速度，所述烘干氣管上包覆有電加熱帶。經(jīng)高效過濾器過濾的潔凈氣體進(jìn)入氣路后受熱，熱氣體流經(jīng)濾膜，快速烘干濾膜上的顆粒物，并將濕氣帶走。相對于現(xiàn)有的輻射加熱，其烘干速度加快，烘干效果好。

所述稱重工位處設(shè)置有β射線檢測模塊，其包括β射線放射源和β射線探測器，β射線放射源通過放射源固定座安裝在支架上，位于轉(zhuǎn)盤上方；β射線探測器安裝在支架上位于轉(zhuǎn)盤下方，β射線放射源發(fā)射射線穿過安裝孔內(nèi)的濾膜，經(jīng)β射線探測器接收，β射線探測器的輸出端口連接單片機(jī)的輸入端口，將檢測信號傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)將空白濾膜數(shù)值與樣本濾膜數(shù)值對比計算得出顆粒物質(zhì)量信息。

轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動時，需將下密封蓋下降一定距離，以便于轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，為此下密封蓋上連接有快速升降機(jī)構(gòu)。如圖6所示，快速升降機(jī)構(gòu)包括連接下密封蓋底部的連接板，連接板上表面抵靠有偏心輪，下封蓋與主機(jī)箱之間安裝有壓縮彈簧將下密封蓋向上擠壓，使其與轉(zhuǎn)盤緊密接觸，獲得密封氣路。偏心輪在偏心輪電機(jī)帶動下旋轉(zhuǎn)，偏心輪輪面擠壓下密封蓋，帶動下密封蓋升降。

為輔助轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)至相應(yīng)工位，定位準(zhǔn)確，所述轉(zhuǎn)盤底部設(shè)置有擋片，每個工位處設(shè)置有光電開關(guān)，光電開關(guān)的輸出端連接至單片機(jī)的輸入端，當(dāng)光電開關(guān)阻斷時，轉(zhuǎn)盤電機(jī)停止。

由于采樣頭及采樣支路管路較長，管路內(nèi)壁或多或少的會黏附一些顆粒物，再次檢測時會被濾膜收集，影響檢測結(jié)果。為避免以上情況，所述出氣管上連接有出氣三通閥，出氣三通閥第三接頭連接反吹風(fēng)機(jī)。反吹風(fēng)機(jī)啟動后氣流由出氣管吹入進(jìn)氣管，后經(jīng)采樣頭的油煙管吹出，將管路內(nèi)的顆粒物排出，確保檢測結(jié)果精確無誤。

上述稱重儀的使用過程如下，

1、打開上翻蓋，啟動設(shè)備。滑動擋板門，將濾膜夾放入取放工位處的安裝孔內(nèi)。

2、關(guān)閉擋板門，轉(zhuǎn)盤電機(jī)帶動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動一定角度對準(zhǔn)烘干工位后停止，偏心輪電機(jī)轉(zhuǎn)動使偏心輪推動烘干下蓋實(shí)現(xiàn)烘干支路密封；進(jìn)氣三通閥關(guān)閉采樣氣路，接通烘干氣路，出氣三通閥打開采樣器氣路，關(guān)閉反吹氣路，外接采樣泵抽氣，利用來自烘干氣路的熱風(fēng)吹干濾膜。

3、濾膜吹干后，下密封蓋下降松開濾膜夾，轉(zhuǎn)盤電機(jī)帶動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，濾膜夾進(jìn)入稱量工位，利用β射線進(jìn)行稱量空白濾膜，稱量結(jié)果傳輸至單片機(jī)。

4、稱量完畢，轉(zhuǎn)盤電機(jī)帶動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，濾膜夾進(jìn)入采樣工位?？焖偕禉C(jī)構(gòu)使下密封蓋上升密封采樣支路，進(jìn)氣三通閥接通采樣氣路，采樣泵抽氣，進(jìn)行采樣。

5、采集完畢，快速升降機(jī)構(gòu)松開濾膜夾，轉(zhuǎn)盤電機(jī)帶動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，濾膜夾進(jìn)入風(fēng)干工位，熱風(fēng)吹干濾膜。

6、濾膜風(fēng)干后，松開濾膜夾，轉(zhuǎn)盤電機(jī)帶動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，濾膜夾進(jìn)入稱量工位，利用β射線進(jìn)行稱量濾膜。單片機(jī)通過和步驟3測量的空白濾膜質(zhì)量比較，測得煙塵重量，于顯示屏顯示。也可結(jié)合皮托管計量的吸入氣體體積進(jìn)行計算，換算出煙塵濃度。

7、點(diǎn)擊結(jié)束本次采樣，轉(zhuǎn)盤電機(jī)帶動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，濾膜夾取放工位處門開，取出濾膜夾，完成一次采樣。取出的濾膜夾可帶回分析室利用稱重法校準(zhǔn)對比檢測結(jié)果。

8、采樣完成后，點(diǎn)擊反吹，下密封蓋壓緊濾膜夾密封氣路，出氣三通閥開向反吹風(fēng)機(jī)和采樣氣路，風(fēng)機(jī)啟動，反吹管路進(jìn)行清潔。

以上過程為轉(zhuǎn)盤僅設(shè)一個濾膜夾安裝孔，濾膜取放、取樣烘干和稱重需逐一完成。也可將轉(zhuǎn)盤設(shè)置為圓形，設(shè)置三個濾膜夾安裝孔，三個安裝孔均布在轉(zhuǎn)盤圓周上（如圖7所示），三個安裝孔分別位于取放工位、采樣烘干工位和稱重工位處，此時可通過單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)濾膜夾取放、采樣或烘干與稱重同時進(jìn)行，加快工作效率。

本實(shí)施例所述的一體式β射線煙塵質(zhì)量稱重儀，通過快速連接機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)采樣頭與主機(jī)箱的伴熱軟管連接，將采樣與稱重一體化，使設(shè)備適用于多種煙道的采樣。通過轉(zhuǎn)盤將濾膜夾取放、樣本采集、烘干裝置和稱重裝置一體化，結(jié)構(gòu)緊湊，便攜性佳。其中濾膜烘干采用加熱與風(fēng)干同時進(jìn)行的方式，烘干效率高。自帶反吹裝置，清潔采樣管路，提高采樣精度。該稱重儀可與監(jiān)測單位現(xiàn)有的顆粒物檢測主機(jī)連接使用，無需重新購買采樣泵和濃度分析單元即可實(shí)現(xiàn)設(shè)備升級。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非是對本發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實(shí)施例應(yīng)用于其它領(lǐng)域，但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。