微電腦技術在煙塵測試中的應用

饒世琦

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微電腦技術在煙塵測試中的應用

饒世琦

福建省環境監測中心站

介紹了微電腦煙塵采樣儀的結構原理、技術特點以及在煙塵測試應用中的方法與步驟。結果表明，該儀器自動化程度高，操作簡單、適應性強，完全可以滿足煙塵測試的要求。

煙塵 煙塵測試儀 微電腦技術應用

隨著科學技術的進步，監測分析儀器自動化、智能化、網絡化水平不斷提高，應用十分廣泛的煙塵測試儀、色譜儀等，不僅具有自動取樣、自動控制測試、數據處理功能，還具有自校正、自診斷及連網功能。這種建立在專門系統理論基礎上的智能系統，代表了新一代分析儀器的發展方向。

煙塵采樣方法原則要求必須是等速采樣，即氣體進入采樣嘴的氣流速度Vn應與采樣點的煙氣流速Vs相等（見圖1），其相對誤差應在10％以內，采樣速度大于或小于采樣點的煙氣流速都將使采樣結果產生偏差。以往煙塵采樣都采用皮托管平衡、靜壓平衡等采樣方法，這些方法計算步驟繁雜，采樣時都要采用手動調節采樣流量來跟蹤煙氣流速，往往當工況發生變化時，手動調節流量無法跟蹤煙氣流速，不能滿足等速采樣的要求，造成結果偏差。微電腦煙塵平行采樣儀是采用傳感器技術與計算機技術緊密結合研制的煙塵監測儀，儀器可自動跟蹤煙氣流速等速采樣、數據自動計算處理等，更科學、更準確地提供結果。經過一段時間的使用，取得了良好的效果。

圖1 在不同采樣速度時塵粒運動狀況

1 工作原理

微電腦煙塵平行采樣儀采用國際先進技術并結合環境監測中廣泛應用的皮托管平行采樣自動等速跟蹤原理，結合傳感器及計算機技術實現了煙塵采樣的自動化。儀器的計算機測控系統根據各種傳感器檢測到的靜壓、動壓、溫度及含濕量等參數，計算出煙氣流速，根據煙氣流速計算出等速采樣的流量，計算機測控系統將該流量與流量傳感器檢測到的實際抽氣流量相比較，計算出相應當最佳控制量，由控制電路調整抽氣泵的抽氣能力，使實際流量趨向于等速采樣流量。與此同時，計算機測控系統根據檢測到的流量計前溫度和壓力自動將實際采樣體積換算為標況采樣體積，各項參數按需要進行顯示、存儲、打印。計算機測控系統作為整機控制的中樞，還負責采樣的定時控制以及監控采樣泵和整機電路系統的運行狀況，出現異常自動采取相應保護措施并報警。

2 主要特點

2.1 微電腦煙塵平行采樣儀采用進口高精度微壓傳感器、溫度傳感器及微處理器，全部參數實現程序控制，可現場輸出等速采樣結果。

2.2 由皮托管測量動壓，根據現場實測排氣溫度，自動計算排氣流量，并自動連續跟蹤排氣流量，實現等速采樣。

2.3 利用先進的計算機數據處理系統，采用干濕球法和溫度傳感器自動檢測排氣含濕量以及傳感器檢測的動壓，自動計算自己最佳采樣嘴直徑，并自動參入等速計算。

2.4 儀器采用雙CPU結構，CPU之間相對獨立，互相監視對方的工作狀態，發現錯誤及時修正；CPU之間采用數字通信技術，輸入輸出通道全部采用光電隔離，電源電路采用多次濾波，A/D轉換采用硬件濾波與數字濾波結合的方式，使儀器在強干擾條件下得以正常工作。

2.5 微電腦煙塵平行采樣儀具有較強的數據處理功能和數據存儲功能，配有通訊接口可實現人機對話。專門設計的Windows環境下的數據庫軟件，可將儀器測量的采樣數據直接傳送到微機內進行處理、存儲、查詢、打印。

2.6 微電腦煙塵平行采樣儀軟件設計采用240×128點陣STN型液晶顯示屏，視角可在0～135度范圍內任意調節配以自動背光照明，達到良好的視覺效果。操作采用中文菜單圖文顯示，可以借助豐富的在線操作提示直接操作，極大減輕了操作人員的負擔。軟件設計中還有以下功能：（1）自動監測電源狀態，停電自動保存工作數據，來電后可從停電處恢復采樣的功能。（2）采樣數據自動存儲功能及設置參數自動記憶功能。（3）故障自動保護功能：自動監測采樣泵的工作狀態，遇到故障自動保護。（4）軟件標定功能：通過鍵盤即可對儀器測量的各項參數進行標定。（5）密碼保護功能：可以選擇在啟動儀器時啟用密碼保護，以保證儀器內存儲數據的安全，密碼可以自行修改。

3 測定方法與步驟

3.1 采樣

連接好儀器部分氣路，在采樣槍裝入已稱量的濾筒，換上已選好的采樣嘴，將采樣槍放入煙道內規定的點位，使采樣嘴正對氣流，偏差不得大于5度，并密封好測孔，啟動泵開關。在動壓項中，按〔狀態鍵〕，提示儀器處于采樣狀態，此時微機計算流量并自動控制流量調節閥跟蹤流量，直至計算流量與采樣流量相等，完成等速采樣。當第一個測點采樣完后，按預先在采樣器上作出的標識符在水平方向平行移動至第二測點，使采樣嘴正對氣流方向，儀器自動恢復采樣程序。

3.2 數據處理及打印

采樣結束后，顯示屏提示貯存采樣結果或現場打印出結果，也可在不關掉電源的情況下，按〔選項、選目鍵〕，記錄數據。同時，將采樣槍轉動90度拿出煙道，并使采樣嘴朝上，用鑷子輕輕敲打采樣頭，將采樣嘴內的塵粒刷入濾筒中，再用鑷子夾出濾筒并存放好，待稱重用。

4 有關參數測量

4.1 濕度

濕度測量在煙塵采樣前進行，把儀器連接好后，將儀器調至濕度測量連接濕度傳感器后儀器自動采樣，待讀數穩定后停止采樣，儀器自動記錄濕度測量數據。

4.2 溫度

該儀器配備的熱電偶與采樣槍一體，有利于測量整個測量斷面的煙溫分布，測量時將儀器調至測量溫度項，用采樣槍逐點測量煙氣溫度。

4.3 流速

流速測量可采取在測量過程中，使儀器顯示計算流速和跟蹤流速記錄每點的瞬間計算流速，亦可從打印結果中查詢平均流速。

4.4 壓力

在采樣過程中，使儀器顯示壓力項（動壓、靜壓或全壓）記錄每點的壓力值，亦可從打印結果中查詢平均壓力結果。

5 測量結果

為了驗證儀器的可靠性，我們對常用鍋爐進行采樣監測，從監測結果表明微電腦煙塵平行采樣儀精確度高，采樣速度與采樣點的煙氣流速能達到采樣方法的要求，相對誤差在10％以內；能準確測量污染源煙塵的排放濃度。

6 結論

經現場使用表明，微電腦煙塵平行采樣儀具有以下優點：

（1）操作簡單，適應性強，跟蹤精度高。

（2）測試結果平行性較好，能自動采樣，避免人為測量的誤差。

（3）可以測量煙塵溫度、煙氣量、溫度、壓力、濕度等參數，測量數據齊全，完全滿足煙塵測試的要求。

（4）自動化程度高，能自動進行計算并打印結果。

[1] 國家環境保護總局空氣和廢氣監測分析方法編委會.空氣和廢氣監測分析方法[M].北京：中國環境科學出版社，2003.

[2] 青島嶗山應用技術研究所.皮托管平行自動煙塵采樣儀使用說明書.2009.