基于静电感应的烟尘浓度检测仪及其检测的新方法pdf

  本发明涉及基于静电感应的烟尘浓度检测仪及其检测的新方法，属于烟气监测技术领域。该检测仪包括板环电极、屏蔽罩、监测处理单元和轴流风机；所述屏蔽罩为金属筒状结构；所述屏蔽罩一端流入含尘气流，另一端设有轴流风机；所述板环电极嵌入屏蔽罩内，含尘气流可以通过屏蔽罩内的板环电极空心部分，抵达轴流风机；所述板环电极密封在聚四氟乙烯内，保证与外界有足够的绝缘强度，聚四氟乙烯外面安装有屏蔽罩，消除外界的电磁干扰。本发明在保证监测精度和稳定能力的前提下，降低了整机成本和去除了人工维护工作量。

  (19)国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 117030552 A (43)申请公布日 2023.11.10 (21)申请号 4.5 (22)申请日 2023.08.11 (71)申请人 中煤科工集团重庆研究院有限公司 地址 400039 重庆市九龙坡区科城路6号 (72)发明人 赵政陈建阁吴付祥郭胜均 张世涛陈涛刘国庆王宇廷 焦敏张强李岳邓有凡 李征线)专利代理机构 北京同恒源知识产权代理有 限公司 11275 专利代理师 廖曦 (51)Int.Cl. G01N 15/02 (2006.01) 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (54)发明名称 基于静电感应的烟尘浓度检测仪及其检测 方法 (57)摘要 本发明涉及基于静电感应的烟尘浓度检测 仪及其检测的新方法，属于烟气监测技术领域。该检 测仪包括板环电极、屏蔽罩、监测处理单元和轴 流风机；所述屏蔽罩为金属筒状结构；所述屏蔽 罩一端流入含尘气流，另一端设有轴流风机；所 述板环电极嵌入屏蔽罩内，含尘气流能够通过屏 蔽罩内的板环电极空心部分，抵达轴流风机 ；所 述板环电极密封在聚四氟乙烯内，保证与外界有 足够的绝缘强度，聚四氟乙烯外面安装有屏蔽 罩，消除外界的电磁干扰。本发明在保证监测精 度和稳定性的前提下，降低了整机成本和去除了 A 人工维护工作量。 2 5 5 0 3 0 7 1 1 N C CN 117030552 A 权利要求书 1/1页 1.基于静电感应的烟尘浓度检测仪，其特征在于：该检测仪包括板环电极、屏蔽罩、监 测处理单元和轴流风机； 所述屏蔽罩为金属筒状结构； 所述屏蔽罩一端流入含尘气流，另一端设有轴流风机； 所述板环电极嵌入屏蔽罩内，含尘气流能够通过屏蔽罩内的板环电极空心部分，抵达 轴流风机； 所述监测处理单元设置在屏蔽罩外壁，与屏蔽罩内部的板环电极位置对应； 所述板环电极包括环状部分、板状部分和铜柱； 所述板状部分位于环状部分直径位置，铜柱设置在板状部分的一端； 所述铜柱与监测处理单元的信号处理端相连； 所述板环电极密封在聚四氟乙烯内，保证与外界有足够的绝缘强度，聚四氟乙烯外面 安装有屏蔽罩，消除外界的电磁干扰。 2.根据权利要求1所述的基于静电感应的烟尘浓度检测仪，其特征在于：所述环状部分 和板状部分采用H62紫铜片。 3.基于权利要求1或2所述检测仪的烟尘浓度检测的新方法，其特征在于：该方法包括以下 步骤： S1：加热封闭的烟道，产生不同量的水蒸气，监测水蒸气雾滴的静电感应量规律； S2：在封闭的烟道中加入定量的粉尘，使其与水蒸气混合，监测不同浓度粉尘和水蒸气 混合后的静电量规律； S3：建立数学模型，试验标定不同浓度下的静电感应量；形成带水蒸气雾滴补偿的静电 感应式烟尘浓度检测模型： ‑7 2 ρ ＝k(9 Q +0.0002Q‑0.0098) Δm 其中，ρ 是烟尘浓度，k是雾滴补偿系数，Q是感应电荷量。 Δm 4.根据权利要求3所述的基于静电感应的烟尘浓度检测仪及其检测方法，其特征在于： 所述S3后还包括S4：测量误差；试验不同浓度的烟尘监测误差。 2 2 CN 117030552 A 说明书 1/4页 基于静电感应的烟尘浓度检测仪及其检测方法 技术领域 [0001] 本发明属于烟气监测技术领域，涉及基于静电感应的烟尘浓度检测仪及其检测方 法。 背景技术 [0002] 目前烟尘浓度监测方法为光前向和后向散射法两种，前者采用抽取式的热湿法预 处理，虽监测准确度较高，但对光学器件的耐高温、防污染等要求较高，且整机成本昂贵；而 后者无需预处理，直接安装在烟道现场监测烟尘浓度，虽整机成本降低，但准确度也较差， 同时需要人工不定时清理被污染的光学器件。因此，在保证监测精度和稳定性的前提下，为 了降低整机成本和去除人工维护工作量，根据静电式粉尘浓度传感器GCD1000A在煤矿粉尘 浓度监测领域的成功应用，基于前期的研究基础，研制一种静电感应式烟尘浓度监测仪。 发明内容 [0003] 有鉴于此，本发明的目的在于提供基于静电感应的烟尘浓度检测仪及其检测方 法。 [0004] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案： [0005] 基于静电感应的烟尘浓度检测仪，该检测仪包括板环电极、屏蔽罩、监测处理单元 和轴流风机； [0006] 所述屏蔽罩为金属筒状结构； [0007] 所述屏蔽罩一端流入含尘气流，另一端设有轴流风机； [0008] 所述板环电极嵌入屏蔽罩内，含尘气流可以通过屏蔽罩内的板环电极空心部分， 抵达轴流风机； [0009] 所述监测处理单元设置在屏蔽罩外壁，与屏蔽罩内部的板环电极位置对应； [0010] 所述板环电极包括环状部分、板状部分和铜柱； [0011] 所述板状部分位于环状部分直径位置，铜柱设置在板状部分的一端； [0012] 所述铜柱与监测处理单元的信号处理端相连； [0013] 所述板环电极密封在聚四氟乙烯内，保证与外界有足够的绝缘强度，聚四氟乙烯 外面安装有屏蔽罩，消除外界的电磁干扰。 [0014] 可选的，所述环状部分和板状部分采用H62紫铜片。 [0015] 基于所述检测仪的烟尘浓度检测方法，该方法包括以下步骤： [0016] S1：加热封闭的烟道，产生不同量的水蒸气，监测水蒸气雾滴的静电感应量规律； [0017] S2：在封闭的烟道中加入定量的粉尘，使其与水蒸气混合，监测不同浓度粉尘和水 蒸气混合后的静电量规律； [0018] S3：建立数学模型，试验标定不同浓度下的静电感应量；形成带水蒸气雾滴补偿的 静电感应式烟尘浓度检测模型： [0019] ‑7 2 ρ ＝k(9 Q +0.0002Q‑0.0098) Δm 3 3 CN 117030552 A 说明书 2/4页 [0020] 其中，ρ 是烟尘浓度，k是雾滴补偿系数，Q是感应电荷量。 Δm [0021] 可选的，所述S3后还包括S4：测量误差；试验不同浓度的烟尘监测误差。 [0022] 本发明的有益效果在于：在保证监测精度和稳定能力的前提下，降低了整机成本和 去除了人工维护工作量。 [0023] 本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并 且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可 以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和 获得。 附图说明 [0024] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优 选的详细描述，其中： [0025] 图1为本发明的原理图； [0026] 图2为本发明中板环电极结构示意图； [0027] 图3为D和L对轴向和径向空间灵敏度的影响； [0028] 图4为本发明方法流程图； [0029] 图5为标准偏差与低浓度和高浓度粉尘浓度间曲线为信噪比与低浓度和高浓度粉尘浓度间曲线为粉尘浓度与检测误差曲线图。 具体实施方式 [0032] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书 所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实 施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离 本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示 意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相 互组合。 [0033] 其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本 发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不 代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是 可以理解的。 [0034] 本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描 述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系 为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或 暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述 位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术 人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。 [0035] 1、技术路线所示，为本发明的原理图。首先，基于前期的研究基础，快速研制静电式烟尘 4 4 CN 117030552 A 说明书 3/4页 监测仪样机；再到烟道现场进行初步试验，观察信号获取及稳定情况；紧接着，结合现场高 湿环境及雾滴等实际情况，研究雾滴对烟尘监测仪监测的影响规律；最后，将优化后的烟尘 浓度监测仪样机应用到烟道现场进行工业性试验。 [0037] 2、研究过程 [0038] (1)研制了基于静电感应的烟尘浓度检测仪 [0039] 基于静电感应的烟尘浓度检测仪包括板环电极、屏蔽罩、监测处理单元和轴流风 机；屏蔽罩为金属筒状结构；屏蔽罩一端流入含尘气流，另一端设有轴流风机；板环电极嵌 入屏蔽罩内，含尘气流可以通过屏蔽罩内的板环电极空心部分，抵达轴流风机；监测处理单 元设置在屏蔽罩外壁，与屏蔽罩内部的板环电极位置对应。 [0040] 如图2所示，板环电极包括环状部分、板状部分和铜柱；板状部分位于环状部分直 径位置，铜柱设置在板状部分的一端；铜柱与监测处理单元的信号处理端相连。环状部分和 板状部分采用柔软的H62紫铜片。板环电极密封在聚四氟乙烯内，保证与外界有足够的绝缘 强度，聚四氟乙烯外面安装有屏蔽罩，消除外界的电磁干扰。 [0041] x、y、z为坐标轴，D为环状部分直径，L是环状部分的厚度，r为铜柱高度。 [0042] 图3为D和L对轴向和径向空间灵敏度的影响。 [0043] (2)静电式烟尘浓度监测仪初步现场试验及分析 [0044] 将静电式烟尘浓度监测仪进行初步现场试验。经过试验发现，高湿环境的烟道一 直排出雾滴，雾滴的静电量较大，而烟尘颗粒物的静电量小，导致雾滴的感应信号强且干扰 烟尘颗粒物的感应信号，进而影响烟尘浓度监测。 [0045] (3)雾滴影响规律研究 [0046] 图4为本发明方法流程图，未解决以上问题，在封闭的环境试验舱中试验研究雾 滴对烟尘颗粒物监测的影响规律。开展如下实验室试验： [0047] ①加热产生不同量的水蒸气，监测水蒸气雾滴的静电感应量规律； [0048] ②在实验舱中加入定量的粉尘，使其与水蒸气混合，监测不同浓度粉尘和水蒸气 混合后的静电量规律； [0049] ③由上，建立数学模型，试验标定不同浓度下的静电感应量，优化样机的感应程 序。 [0050] 经过以上试验，形成带水蒸气雾滴补偿的静电感应式烟尘浓度检测算法。 [0051] ρ ＝ ‑7 2 k(9 Q +0.0002Q‑0.0098) Δm [0052] 其中，ρ 是烟尘浓度，k是雾滴补偿系数，Q是感应电荷量。 Δm [0053] (4)实验室试验及误差 [0054] 经过试验舱，试验不同浓度的烟尘监测仪误差。静电烟尘监测仪的误差≤15％，符 合标准要求。 [0055] 图5为标准偏差与低浓度和高浓度粉尘浓度间曲线图；板环电极噪声低，对粉尘浓 度的响应曲线倍，具有较高的分辨率。 [0056] 图6为信噪比与低浓度和高浓度粉尘浓度间曲线图；信噪比 ps为输 出信号的标准偏差，pn为输出信号噪声的标准偏差。在粉尘高浓度和低浓度情况下，板环电 极具有较高的信噪比，最大值提高3倍，具有较高的抗干扰性。 5 5 CN 117030552 A 说明书 4/4页 [0057] 图7为粉尘浓度与检测误差曲线] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较 佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技 术方案做修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明 的权利要求范围当中。 6 6 CN 117030552 A 说明书附图 1/3页 图1 图2 图3 7 7 CN 117030552 A 说明书附图 2/3页 图4 图5 图6 8 8 CN 117030552 A 说明书附图 3/3页 图7 9 9

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