一种防止烟尘颗粒物吸附的采样装置的制作方法

1.本发明涉及固定污染源采样领域，特别涉及一种防止烟尘颗粒物吸附的采样装置。
2.

背景技术：

3.随着国内环境的改善，烟尘颗粒物浓度，特别是固定污染源内的颗粒物浓度越来越低，很多企业已是超低排放。此时检测企业排放的颗粒物浓度，对于检测手段提出了更高的要求。目前常用的检测方法，是重量法和β射线直读法。重量法工序较为繁杂，需要反复干燥、称重，检测周期长。β射线直读法是在现场即可读取颗粒物浓度，目前已越来越受到重视。该方法是将采样管深入烟道采样口，采样管后端有β射线浓度测量装置和抽气泵。抽气泵抽取采样管前端的样气，由采样管进入β射线浓度测量装置，即可检测出颗粒物浓度。
4.目前，采用β射线浓度测量装置进行抽气，样气通过采样管时，会有部分颗粒物吸附在采样管内壁，因此会导致后端β射线浓度测量装置接收到的颗粒物偏少，造成颗粒物浓度测量值比实际值低。特别是现在多是低浓度排放，甚至是超低浓度排放，轻微的吸附也会造成颗粒物浓度测量值偏差很大；对于颗粒吸附采样管的问题，目前多选用内壁较为光滑的金属管以改善，但是这种方式无法较为彻底的解决。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是现有β射线浓度测量装置中部分颗粒物吸附在采样管内壁导致测量准确性较差的问题。
6.针对上述技术问题，本发明提供如下技术方案：本发明提供一种防止烟尘颗粒物吸附的采样装置，包括：金属采样管组，包括依次连接的第一采样管、第二采样管、第三采样管以及第四采样管；其中，所述第一采样管的远端伸入待检测烟道内，所述第四采样管的近端连接颗粒物测量模块，所述第三采样管的长度大于第一采样管、第二采样管及第四采样管其中任何一个的长度；静电发生装置，包括主机部以及第一静电输出端、第二静电输出端及第三静电输出端，所述第一静电输出端与所述第二静电输出端极性相同，所述第一静电输出端与所述第三静电输出端极性相反，所述第一静电输出端伸入所述第二采样管内，用于使第二采样管内的颗粒物转换成具有第一极性的带电颗粒物；所述第二静电输出端与所述第三采样管电连接；所述第三静电输出端伸入所述第四采样管内，用于中和第一极性的带电颗粒物，使颗粒物消除电荷。
7.本发明的部分实施方式中，所述第二采样管内设有陶瓷管，所述陶瓷管内设有第一电晕极，所述第一电晕极与所述第一静电输出端连接，所述第一电晕极位于所述陶瓷管的中心并沿所述陶瓷管的长度方向延伸。
8.本发明的部分实施方式中，所述第四采样管内设有第二电晕极，所述第二电晕极与所述第三静电输出端连接，所述第二电晕极位于所述第四采样管的中心并沿所述第四采
样管的长度方向延伸。
9.本发明的部分实施方式中，所述第一电晕极50与第二电晕极60的起晕电压u采用以下公式获得：其中，r1为电晕极半径；r2为采样管的半径；m为电晕极表面粗糙度系数；ρ为工况下的空气密度。
10.本发明的部分实施方式中，所述第一电晕极的起晕电压与第二电晕极的起晕电压相同，所述第一电晕极与所述第二电晕极的长度相同。
11.本发明的部分实施方式中，所述第一电晕极的长度与所述第二采样管的长度相同，所述第二电晕极从所述第四采样管的远端延伸至第四采样管的1/2处。
12.本发明的部分实施方式中，还包括套设于金属采样管组外侧的保护套管，所述保护套管与所述金属采样管组之间具有绝缘间隙并通过至少一个绝缘件隔离。
13.本发明的部分实施方式中，所述保护套管位于所述第一采样管、第二采样管、第三采样管所在的外侧区域，所述保护套管与所述第一采样管、第二采样管、第三采样管之间设置第一绝缘件与第二绝缘件，所述第一绝缘件位于所述第二采样管接近所述第一采样管的一侧，所述第二绝缘件位于所述第三采样管接近所述第四采样管的一侧。
14.本发明的部分实施方式中，所述第一绝缘件与第二绝缘件之间的绝缘间隙内填充绝缘液体。
15.本发明的部分实施方式中，还包括超声振动发生装置，所述超声振动发生装置的输出端作用于所述保护套管接近所述第三采样管的位置。
16.本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：本发明提供的防止烟尘颗粒物吸附的采样装置中，通过在金属采样管组的远端侧使采样管内的颗粒物与空气电离产生的电子结合形成带电颗粒物，同时将较长的第三采样管带电使其与带电颗粒物的极性相同，颗粒物经过第三采样管时由于同性电荷互斥的作用，颗粒物不会吸附于采样管的管壁，大大提高了该采样装置的测量准确性。
附图说明
17.下面将通过附图详细描述本发明中优选实施例，将有助于理解本发明的目的和优点，其中:图1为本发明的防止烟尘颗粒物吸附的采样装置的一种具体实施方式的结构示意图；图2为本发明的防止烟尘颗粒物吸附的采样装置的一种具体实施方式的局部放大图；图3为本发明的防止烟尘颗粒物吸附的采样装置的一种具体实施方式的另一局部放大图。
具体实施方式
18.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
20.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
21.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
22.参照图1-3所示为本发明的防止烟尘颗粒物吸附的采样装置（以下简称采样装置）的一种具体实施方式，该采样装置用于伸入待检测烟道内获取烟道内的颗粒物并将颗粒物沿其输送至颗粒物测量模块中。该采样装置包括细长管构造的金属采样管组，为了描述方便，本发明中，采样装置中的各个部分中接近颗粒物测量模块的一侧定义为近端，接近烟道的一侧定义为远端。
23.该采样装置包括金属采样管组，包括依次连接的第一采样管11、第二采样管12、第三采样管13以及第四采样管14；其中，所述第一采样管11的远端伸入待检测烟道内，所述第一采样管11与第二采样管12通过第一绝缘件31绝缘连接；所述第二采样管12与所述第三采样管13直接连接或通过绝缘件绝缘连接，所述第三采样管13与所述第四采样管14通过第二绝缘件32绝缘连接，所述第四采样管14的近端连接颗粒物测量模块100，其中，所述第三采样管13的长度远大于第一采样管11、第二采样管12及第四采样管14其中任何一个的长度；具体地，所述第一采样管11的长度为50mm-150mm，所述第二采样管12的长度为30mm-60mm，所述第三采样管13的长度为1000mm-1500mm，所述第四采样管14的长度为60mm-150mm。可以看出，由于第三采样管13的长度占总金属管组长度的90%以上，其远大于其他采样管的长度，因此，避免颗粒物吸附于第三采样管13则可以大大提高该采样装置的检测准确率。
24.所述采样装置还包括静电发生装置20，其包括主机部以及第一静电输出端21、第二静电输出端22及第三静电输出端23，其中，所述第一静电输出端21与所述第二静电输出端22极性相同，所述第一静电输出端21与所述第三静电输出端23极性相反，所述第一静电输出端21伸入所述第二采样管12内，用于使第二采样管12内的颗粒物转换成具有第一极性的带电颗粒物；所述第二静电输出端22与所述第三采样管13电连接；所述第三静电输出端23伸入所述第四采样管14内，用于中和第一极性的带电颗粒物，使颗粒物消除电荷。
25.这样，颗粒物通过第一采样管11的远端端口进入金属采样管组后，经过第二采样管12与被电离空气产生的电子结合后形成具有第一极性的带电颗粒物，例如带负电的颗粒物；再经过第三采样管13时，由于第三采样管13连接第二静电输出端22，与带电颗粒物的极
性相同，同性相斥的作用下带电颗粒物不会吸附在第三采样管13上，当带负电荷的颗粒物穿过第三采样管13到达第四采样管14时，带负电的颗粒与空气中的正离子中和，消除与颗粒物相结合的电荷。最终使不带电荷的颗粒物进入颗粒物测量模块100（例如β射线颗粒物浓度测量模块）进行后续的测量。
26.上述采样装置通过引入静电发生装置20的方式使采样装置中较长的采样管以及采样管内的颗粒物产生同性电荷，由于同性互斥作用，避免颗粒物吸附于管壁上，大大提高了该采样装置的测量准确性。
27.一种可选的实施方式中，所述第二采样管12与所述第三采样管13直接一体成型为一个独立的管体，其中，所述第二采样管12内设有陶瓷管40，所述陶瓷管40内设有第一电晕极50，所述第一电晕极50与所述第一静电输出端21连接，所述第一电晕极50位于所述陶瓷管40的中心并沿所述陶瓷管40的长度方向延伸。由于陶瓷管40为绝缘管，被施加高压的第一电晕极50使空气被电离后，产生带电离子不会使陶瓷管带电，因此，待测颗粒物穿过时不会被陶瓷管吸引，而是直接与第一电晕极50附近的电荷结合形成带电颗粒物，而后进入第三采样管13。
28.更具体地，所述第一电晕极50的长度与所述第二采样管12的长度相同，使颗粒物能够在第二采样管12段充分地进行电离。
29.控制静电发生装置20逐渐给第一电晕极50施加高电压，电压增加到某一值u时，在第一电晕极50附近的空气被电离，产生正离子、电子。正离子被接负电的第一电晕极50迅速吸收，而带负电的电子则被排斥在外，滞留在空气中。滞留在空气中的电子围绕在以第一电晕极50为中心的圆内，该圆直径为d1。电压越大，该直径d1越大。当继续增大电压u1至大于起晕电压u时，空气电离的范围逐渐扩大，使颗粒物与滞留在空气中的电子结合成为带负电的颗粒。
30.一种可选的实施方式中，所述第四采样管14内设有第二电晕极60，所述第二电晕极60与所述第三静电输出端23连接，所述第二电晕极60位于所述第四采样管14的中心并沿所述第四采样管14的长度方向延伸。更具体地，所述第二电晕极60从所述第四采样管14的远端延伸至第四采样管14的1/2处。
31.其中，所述第一电晕极50与第二电晕极60的起晕电压u采用以下公式获得：其中，r1为电晕极半径（所述电晕极为第一电晕极或第二电晕极）；r2为采样管的半径（所述采样管为第一电晕极对应的陶瓷管或第二电晕极对应的第四采样管）；m为电晕极表面粗糙度系数；ρ为工况下的空气密度。
32.其中，工况下的空气密度ρ由如下公式获得：ρ
1 、p
1 、t1为标况下的空气密度、大气压力以及温度值；ρ
1 为1.293kg/m3； p1为1013 mbar；t1为273 k；其中，t 、p为工况下气体的温度值和压力值，由工况测量仪测得。
33.所述第一电晕极50的起晕电压u1与第二电晕极60的起晕电压u2相等。同时，所述第一电晕极50与第二电晕极60的长度相等。通过上述设置，一方面可以使颗粒物在第二采样管12段充分电离，同时，使第二采样管12与第四采样管14产生的电离子数量基本一致，使带电颗粒物在第四采样管14的前段能够彻底中和，尽量避免带电颗粒进入颗粒物测量模块100处。
34.一种可选的实施方式中，所述第三采样管13的外管壁上缠绕导电线，所述导电线与所述第二静电输出端22连接；所述导电线均匀地布置于所述第三采样管13的管壁上，使第三采样管13各部分的所带电荷较为均匀。
35.为了保护采样人员的安全，所述采样装置还包括套设于金属采样管组外侧的保护套管70，所述保护套管70为绝缘套管，其可以避免采样时静电对采样人员的损伤，所述保护套管70与所述金属采样管组之间具有绝缘间隙并通过至少一个绝缘件隔离。
36.一种可选的实施方式中，所述保护套管70位于所述第一采样管11、第二采样管12、第三采样管13所在的外侧区域，所述保护套管70与所述第一采样管11、第二采样管12、第三采样管13之间通过第一绝缘件31与第二绝缘件32实现绝缘隔离；其中，所述第一绝缘件31一方面隔离所述保护套管70及第一采样管11与第二采样管12，同时实现第一采样管11与所述第二采样管12的绝缘连接，所述第二绝缘件32一方面隔离所述保护套管70及第三采样管13与第四采样管14，同时实现第三采样管13与第四采样管14的绝缘连接。
37.为了进一步避免颗粒物吸附于采样管管壁上，该采样装置还包括超声振动发生装置80，作用于所述保护套管70接近所述第三采样管13的位置。利用超声振动发生装置80的高频振动，剥离已吸附在采样管内壁的极少量颗粒物，提高颗粒物浓度检测精度。由于第三采样管13较长，部分大颗粒有可能会吸附在第三采样管13的近端侧，因此，所述超声振动发生装置80的输出端位于接近所述第三采样管13的近端侧。
38.为了使超声振动传播更加均匀，所述保护套管70与金属采样管组的绝缘间隙在位于所述第一绝缘件31与第二绝缘件32之间的位置填充绝缘液体90。例如填充电子氟化液。这样，穿透电子氟化液的高频振动力能够均匀作用在第三采样管13上，第三采样管13受力更均匀，剥离吸附在采样管内壁上的颗粒物更高效。
39.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。