微电脑技术在烟尘测试中的应用

饶世琦



微电脑技术在烟尘测试中的应用

饶世琦

福建省环境监测中心站

介绍了微电脑烟尘采样仪的结构原理、技术特点以及在烟尘测试应用中的方法与步骤。结果表明，该仪器自动化程度高，操作简单、适应性强，完全可以满足烟尘测试的要求。

烟尘 烟尘测试仪 微电脑技术应用

随着科学技术的进步，监测分析仪器自动化、智能化、网络化水平不断提高，应用十分广泛的烟尘测试仪、色谱仪等，不仅具有自动取样、自动控制测试、数据处理功能，还具有自校正、自诊断及连网功能。这种建立在专门系统理论基础上的智能系统，代表了新一代分析仪器的发展方向。

烟尘采样方法原则要求必须是等速采样，即气体进入采样嘴的气流速度Vn应与采样点的烟气流速Vs相等（见图1），其相对误差应在10％以内，采样速度大于或小于采样点的烟气流速都将使采样结果产生偏差。以往烟尘采样都采用皮托管平衡、静压平衡等采样方法，这些方法计算步骤繁杂，采样时都要采用手动调节采样流量来跟踪烟气流速，往往当工况发生变化时，手动调节流量无法跟踪烟气流速，不能满足等速采样的要求，造成结果偏差。微电脑烟尘平行采样仪是采用传感器技术与计算机技术紧密结合研制的烟尘监测仪，仪器可自动跟踪烟气流速等速采样、数据自动计算处理等，更科学、更准确地提供结果。经过一段时间的使用，取得了良好的效果。

图1 在不同采样速度时尘粒运动状况

1 工作原理

微电脑烟尘平行采样仪采用国际先进技术并结合环境监测中广泛应用的皮托管平行采样自动等速跟踪原理，结合传感器及计算机技术实现了烟尘采样的自动化。仪器的计算机测控系统根据各种传感器检测到的静压、动压、温度及含湿量等参数，计算出烟气流速，根据烟气流速计算出等速采样的流量，计算机测控系统将该流量与流量传感器检测到的实际抽气流量相比较，计算出相应当最佳控制量，由控制电路调整抽气泵的抽气能力，使实际流量趋向于等速采样流量。与此同时，计算机测控系统根据检测到的流量计前温度和压力自动将实际采样体积换算为标况采样体积，各项参数按需要进行显示、存储、打印。计算机测控系统作为整机控制的中枢，还负责采样的定时控制以及监控采样泵和整机电路系统的运行状况，出现异常自动采取相应保护措施并报警。

2 主要特点

2.1 微电脑烟尘平行采样仪采用进口高精度微压传感器、温度传感器及微处理器，全部参数实现程序控制，可现场输出等速采样结果。

2.2 由皮托管测量动压，根据现场实测排气温度，自动计算排气流量，并自动连续跟踪排气流量，实现等速采样。

2.3 利用先进的计算机数据处理系统，采用干湿球法和温度传感器自动检测排气含湿量以及传感器检测的动压，自动计算自己最佳采样嘴直径，并自动参入等速计算。

2.4 仪器采用双CPU结构，CPU之间相对独立，互相监视对方的工作状态，发现错误及时修正；CPU之间采用数字通信技术，输入输出通道全部采用光电隔离，电源电路采用多次滤波，A/D转换采用硬件滤波与数字滤波结合的方式，使仪器在强干扰条件下得以正常工作。

2.5 微电脑烟尘平行采样仪具有较强的数据处理功能和数据存储功能，配有通讯接口可实现人机对话。专门设计的Windows环境下的数据库软件，可将仪器测量的采样数据直接传送到微机内进行处理、存储、查询、打印。

2.6 微电脑烟尘平行采样仪软件设计采用240×128点阵STN型液晶显示屏，视角可在0～135度范围内任意调节配以自动背光照明，达到良好的视觉效果。操作采用中文菜单图文显示，可以借助丰富的在线操作提示直接操作，极大减轻了操作人员的负担。软件设计中还有以下功能：（1）自动监测电源状态，停电自动保存工作数据，来电后可从停电处恢复采样的功能。（2）采样数据自动存储功能及设置参数自动记忆功能。（3）故障自动保护功能：自动监测采样泵的工作状态，遇到故障自动保护。（4）软件标定功能：通过键盘即可对仪器测量的各项参数进行标定。（5）密码保护功能：可以选择在启动仪器时启用密码保护，以保证仪器内存储数据的安全，密码可以自行修改。

3 测定方法与步骤

3.1 采样

连接好仪器部分气路，在采样枪装入已称量的滤筒，换上已选好的采样嘴，将采样枪放入烟道内规定的点位，使采样嘴正对气流，偏差不得大于5度，并密封好测孔，启动泵开关。在动压项中，按〔状态键〕，提示仪器处于采样状态，此时微机计算流量并自动控制流量调节阀跟踪流量，直至计算流量与采样流量相等，完成等速采样。当第一个测点采样完后，按预先在采样器上作出的标识符在水平方向平行移动至第二测点，使采样嘴正对气流方向，仪器自动恢复采样程序。

3.2 数据处理及打印

采样结束后，显示屏提示贮存采样结果或现场打印出结果，也可在不关掉电源的情况下，按〔选项、选目键〕，记录数据。同时，将采样枪转动90度拿出烟道，并使采样嘴朝上，用镊子轻轻敲打采样头，将采样嘴内的尘粒刷入滤筒中，再用镊子夹出滤筒并存放好，待称重用。

4 有关参数测量

4.1 湿度

湿度测量在烟尘采样前进行，把仪器连接好后，将仪器调至湿度测量连接湿度传感器后仪器自动采样，待读数稳定后停止采样，仪器自动记录湿度测量数据。

4.2 温度

该仪器配备的热电偶与采样枪一体，有利于测量整个测量断面的烟温分布，测量时将仪器调至测量温度项，用采样枪逐点测量烟气温度。

4.3 流速

流速测量可采取在测量过程中，使仪器显示计算流速和跟踪流速记录每点的瞬间计算流速，亦可从打印结果中查询平均流速。

4.4 压力

在采样过程中，使仪器显示压力项（动压、静压或全压）记录每点的压力值，亦可从打印结果中查询平均压力结果。

5 测量结果

为了验证仪器的可靠性，我们对常用锅炉进行采样监测，从监测结果表明微电脑烟尘平行采样仪精确度高，采样速度与采样点的烟气流速能达到采样方法的要求，相对误差在10％以内；能准确测量污染源烟尘的排放浓度。

6 结论

经现场使用表明，微电脑烟尘平行采样仪具有以下优点：

（1）操作简单，适应性强，跟踪精度高。

（2）测试结果平行性较好，能自动采样，避免人为测量的误差。

（3）可以测量烟尘温度、烟气量、温度、压力、湿度等参数，测量数据齐全，完全满足烟尘测试的要求。

（4）自动化程度高，能自动进行计算并打印结果。

[1] 国家环境保护总局空气和废气监测分析方法编委会.空气和废气监测分析方法[M].北京：中国环境科学出版社，2003.

[2] 青岛崂山应用技术研究所.皮托管平行自动烟尘采样仪使用说明书.2009.