一种用于高浓度粉体测试仪的校准装置的制作方法

1.本实用新型涉及高浓度粉体测试标定系统及方法的技术领域，具体涉及一种用于高浓度粉体测试仪的校准装置。


背景技术：

2.哈龙灭火剂曾作为消防的主要灭火产品，它以灭火速度快、效率高、不导电且灭火后无残留等特性，广泛应用于民航客机、电子计算机房、文物保护单位、大型船舶以及舰艇上。
3.干粉灭火剂在军用和民用领域都得到的广泛使用。研究发现，干粉颗粒进行超细化之后，其灭火效能将得到成倍提高。灭火时，由于其良好扩散性，可以绕过障碍物在火灾空间保留较长驻留时间，灭火效率高。它能够用于扑灭全、半封闭空间内的a/b类混合火灾、b类、c 类火灾，比普通干粉灭火效能高5～9倍，是哈龙灭火剂的2
‑
3倍。
4.为了对飞机等交通工具上的干粉灭火系统进行认证，需实时记录监测防护空间内不同区域内的灭火剂浓度变化。灭火剂浓度需要在预期时间内达到火区的临界灭火浓度以上，以保证扑灭区域内的所有火焰。通常，干粉灭火剂的临界灭火浓度在50g/m3以上。这意味着，干粉浓度监测设备需要实时监测在50g/m3的粉体浓度，有时甚至更高。目前市场上无类似的测量设备。为了展开适用于高浓度粉体浓度探测设备的研究，需要研发可以用来校准的高浓度粉尘环境。
5.在已有的技术当中，专利《一种大量程粉尘浓度检测仪标定系统和标定方法》(cn109900609 a)中，提供了一种大量程粉尘浓度检测仪标定系统和标定方法，能够在粉尘云测试室中形成大浓度的连续稳定粉尘云(稳定粉尘云浓度达20g/m3)，远未达到干粉浓度测试认证要求。专利《粉基剂的测量系统》(cn 101858846 a)公布了一种用于干粉剂的测量系统，包括：传感器系统，其包括至少部分位于粉末校准柱内的至少一个传感头；以及与传感器系统连通的控制系统。然而，该系统中，惰性气体通过高速射流的方式在粉体校准柱内进行混合，所需混合时间长、稳定距离长，且标定误差在
±
16％左右，误差大。


技术实现要素：

6.为了使粉尘浓度测试仪达到更高的精准度，需保证校准环境的均匀性和准确性。基于此，本实用新型提出了一种用于高浓度(0～250g/m3)粉体测试仪的校准系统。
7.本实用新型采用的技术方案为：一种用于高浓度粉体测试仪的校准装置，包括均匀气溶胶发生系统，天平称量系统，测试腔体，粉末捕获及处理系统，其中：
8.气溶胶发生系统包括气源部分，气溶胶发生器，输送管道，气溶胶出口。气源部分通过输送管道为气溶胶发生器供气，用于分散粉体。气源部分包括可用于调节气体流量的控制器。气溶胶发生器将粉末样品与气流进行充分混合，形成多分散性的气溶胶。
9.天平称量系统包括天平，数据采集系统，数据线。天平实时测量气溶胶发生器中粉体的质量损失，并经数据采集系统进行数据的采集处理。
10.测试腔体由一段圆柱形管道构成，选用透明材料，如石英、高硼硅、pmma，并进行防静电处理。均匀多分散的气溶胶通过气溶胶进口进入管道腔体，经过一段距离的均匀扩散，最终不同粒径的颗粒速度达到稳定，以恒定速度向下运动。校准段离端口的距离应大于15 倍的管道直径。
11.粉体捕获及处理系统由连接软管，粉体沉降仓，压力释放口。粉体经由连接软管进入粉体沉降仓，粉体在沉降仓中进行沉降。为了避免沉降仓内的压力对粉体运动的影响，多余的气体由压力释放口释放。压力释放口的另一端连接大气环境。
12.本实用新型的工作原理是：
13.由于标定环境浓度过大，很难采用滤膜称重法对测试环境进行标定。通过质量损失以及指定流量的形式对测试环境中的浓度进行表征，并与待校准仪器所获得的信号进行一一对应。通过数据拟合的方式得到某种粉体在测试在某信号输出下的浓度。
14.本实用新型的有益效果是：
15.(1)本实用新型粉体在测试腔体内达到稳定的时间短，距离短，装置小巧；
16.(2)本实用新型均匀度好，精度高；
17.(3)本实用新型可重复性好。
附图说明
18.图1为本实用新型一种用于高浓度粉体测试仪的校准装置示意图，其中，1为气溶胶发生系统，2为天平称量系统，3为测试腔体，4为粉末捕获及处理系统；
19.图2为气溶胶发生系统示意图，其中，11为气源部分，12为气溶胶发生器，13为输送管道，14为气溶胶出口；
20.图3为天平称量系统示意图，其中，21为天平，22为数据采集系统，23为数据线；
21.图4为主测试腔体及粉体捕获和处理系统示意图，其中，31为气溶胶进口，32为管道腔体，33为校准段，41为连接软管，42为粉体沉降仓，43为压力释放口；
22.图5为用于校准测试的一个实施例的示意图，其中，51为激光发射端，52为激光接收端；
23.图6为用于校准测试的一个实施例的粉尘气溶胶在测试腔体中扩散示意图；
24.图7为用于校准测试的一个实施例光电信号随时间的变化曲线；
25.图8为用于校准测试的质量随时间的实时变化曲线；
26.图9为校准拟合曲线。
具体实施方式
27.下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型进行进一步阐述。应理解的是，下述实施例是对于本实用新型内容的进一步说明以作为对本实用新型技术内容的阐释，但本实用新型的实质内容并不仅限于下述实施例所述，本领域的普通技术人员可以且应当知晓任何基于本实用新型实质精神的简单变化或替换均应属于本实用新型所要求的保护范围。
28.图1示意性给出了用于高浓度粉体测试仪的校准装置，包括气溶胶发生系统1，天平称量系统2，测试腔体3，粉末捕获及处理系统4。气溶胶发生系统1包括气源部分11，气溶胶发生器12，输送管道13，气溶胶出口14。气源部分11包括可用于调节气体流量q的控制器，
可以气体流量进行调节。在一些实施例中，气源部分11可以是高纯氮气、干燥空气、或者是提供相关气体的装置或者系统。这依据测量环境以及使用场景来定。气溶胶发生器12 将粉末样品与气流进行充分混合，形成多分散性的气溶胶。在一些实施例中，气溶胶发生器 12选用了德国palas生产的rgb
‑
1000型。该气溶胶发生器12能够以最高水平的计量恒定性扩散质量流量，范围约为10mg/h
–
430g/h。该气溶胶发生器12通过活塞输送到旋转刷，旋转刷将准确输送一定量的样品到扩散头，在扩散头处，通过喷嘴的加速，气流将被加速，高速气流为粉末的充分分散提供必要的湍流和剪切力，团聚的颗粒最终被分散输出，输出的气溶胶为多分散分布。需要注意的是，这里的气溶胶的形成在气溶胶发生器内，并通过管道输送至测试腔体3。
29.发生的气溶胶经通过气溶胶进口31进入管道腔体32，经过一段距离的均匀扩散，最终不同粒径的颗粒速度达到稳定，以恒定速度向下运动。在一个实施例中，对粉体在管道内的运动情况进行了数值模拟。利用碳酸氢钠粉体作为模拟对象，粉体由5种不同粒径构成，0.48 μm(10％)，0.63μm(20％)，0.79μm(30％)，1.10μm(20％)，2.08μm(10％)。气溶胶从6 mm直径的圆柱形喷口喷出，进入管道测试腔体32。图6可以看出，粉体在管道腔体运动较短的时间即可达到稳定。
30.天平21实时测量气溶胶发生器中粉体的质量损失，并经数据采集系统22进行数据的采集处理，可计算出单位时间内的质量损失m
′
。为了便于与测试仪器信号进行对比分析，要求 m
′
的数值应尽可能稳定。这意味着，气溶胶发生器单位时间内发出的气溶胶量应是一定值。图7给出了一些实施例实验得到的气溶胶发生器质量损失随时间的变化图。粉体损失速率 m
′
＝0.070g/s。气溶胶发生器中通过的风量为2.15m3/h。这样可以计算出气溶胶发生器发生的粉体浓度应为117.2g/m3。
31.为了尽可能避免气溶胶在输送过程中的损失，输送管道13应尽可能短。在一些实施例中，为了便于观察，测试腔体3由一段圆柱形管道构成，选用透明材料，如石英、高硼硅、 pmma，并进行防静电处理。校准段33是用来进行放置待校准仪器的位置。为了得到较为准确的数据，校准段33离端口的距离应大于15倍的管道直径。
32.粉体捕获及处理系统4由连接软管41，粉体沉降仓42，压力释放口43。粉体经由连接软管41进入粉体沉降仓42，粉体在沉降仓中进行沉降。为了避免沉降仓内的压力对粉体运动的影响，多余的气体由压力释放口43释放。压力释放口43的另一端连接大气环境。
33.该用于高浓度粉体测试仪的校准装置用于高浓度测试仪的准确度校正。在一些实施例中，气溶胶发生器选用了rgb
‑
1000型，干粉选用了山东国泰有限公司生产的超细干粉灭火剂，该灭火剂的主要成分为磷酸二氢铵，90％的累计分布粒径为1微米。以下为进行用于高浓度粉体测试仪的校准的具体步骤：
34.步骤s1)、进行校准实验以前，将待测的磷酸二氢铵超细干粉灭火剂在干燥箱中烘干24h，取出放置在干燥器中2h，进行粉体的预处理；
35.步骤s2)、设置测试环境为25℃，气源选用干燥的空气，将干粉放置入气溶胶发生器的粉体柱上，并将气溶胶发生器放置在天平上；
36.步骤s3)、打开天平的数据采集系统，实时记录天平的质量变化m'，开启气源，并调节至指定流量q。随后开启气溶胶发生器，进行多分散气溶胶的发生；
37.步骤s4)、所使用的校准仪器如图5所示，激光发射端与激光接收端分列于校准段
的两端，并进行了防尘处理，避免测试过程中粉尘粘附镜头导致的测量误差。激光发射端和激光接收端的光程为15mm。在进行测试前，首先记录激光的初始光强i0。粉体经过时，实时记录光强信号；
38.步骤s5)、选取信号当中稳定的一段信号的平均值i
′
，并利用气溶胶发生器的质量损失和流量计算出管道腔体中粉尘气溶胶的浓度c＝m'/q；
39.步骤s6)、根据初始光强，将透射率i
′
/i0与气溶胶的浓度c一一对应，绘制出x
‑
y图，并通过数据拟合的方式进行拟合处理，便得到了对应的信号与测定浓度之间的关系。