1引言

随着我国国民经济的迅速发展,除废气、废水外,颗粒状粉尘、烟尘向大气排放所造成的环境污染已成为一个十分突出的问题。由于烟尘粉尘排放的颗粒粒径很小(微米数量级),加上工业现场的恶劣环境(如高温),给烟尘粉尘排放的监控和检测带来极大的困难。目前,烟尘粉尘在线监测仪大多采用国外仪器,成本高,影响了它的推广使用,阻碍了环境治理的顺利推进。

锦州华冠环境科技实业公司采用先进的电子测量技术,将光、机、电技术相结合,成功研制了HG-HC智能烟尘粉尘测量仪。该仪器功能全、成本低、可靠性高,可广泛应用于建材工业(水泥厂、石膏产品)、煤矿、冶金企业、造纸企业、玻璃企业、钢铁厂的高炉、颗粒生产企业、发电厂、工业及民用锅炉、垃圾焚化厂、硫化车间、食品加工厂等生产过程中产生的烟尘粉尘浓度和排放量的测定。完全能够满足现场在线测量的要求。

2工作原理

烟尘(粉尘)测量方法主要有光学法、采样称重法和静电法三种。采样称重法不适合于在线测量。静电法易受干扰,国内技术并不成熟。光学法又进一步分为浊度法和散射法,而浊度法是目前国外普遍采用的用来测量烟尘(粉尘)浓度的方法,这种国外仪器在国内许多单位也都得到了成功应用。光学法测量的缺点是需要保持光学镜头的相对清洁。对于烟道中烟尘的测量,实践证明,通过微正压的清洁保护风,就可实现对光学镜头的可靠保护。

HG-HC智能烟尘粉尘测量仪是一光学式电子仪器,是一种在线监测仪器。它的检测原理是基于光学式检测法中的浊度法。基于朗伯时—比尔定律,测量光透过被测物质后,由于散射和吸收而使光强减弱,通过测定光束通过被测介质前后的光强比值来定量烟尘粉尘浓度。检测原理及系统结构如图1所示。

当红外光穿过含颗粒物的烟尘粉尘时,发射器红外光源光强I0会因被测物质的散射和吸收而使接收器接收到的光强衰减为I,依据郎伯特—比尔定律:

由于消光度和含尘量与尘粒的大小和密度以及测量位置有关,所以其相关性必须通过称重比对测量法来进行确定,实际中按下式确定含尘量:

3硬件组成

仪器由红外光发射装置、接收装置、主控制器、清吹空气保护装置和远程操作软件组成,如图2所示。

发射装置:发射红外光信号,采用脉冲供电方式,延长了光源使用寿命;

接收装置:接收红外光信号,集前置放大器、光电探测器于一体;

主控制器:控制发射、接收及整个仪器的工作;单片机采用Cygnal公司的C8051F005,该单片机是完全集成的混合信号系统级芯片,在一个芯片内集成了构成一个单片机数据采集或控制系统所需要的几乎所有模拟和数字外设及其他功能部件(包括增益可编程放大器,8路12位A/D转换器,2路12位D/A转换器,电压比较器,电压基准,SMBus/I2C,UART,SPI,4个16位定时器,5个可编程计数器阵列,看门狗定时器及电源监视器等),片内还具有32K可在系统和在应用编程的FLASH存储器和2304字节RAM。高性能单片机的采用,既简化了系统设计,又提高了整机可靠性和灵活性。

清吹空气保护装置:采用通过微正压的清洁空气,保护光学镜头不受污染,保证测量可靠性;仪器还附有远程操作软件。通过RS-232通讯接口,可通过PC机对仪器进行参数设置、远程控制和数据传输。

4主要技术指标

·可以连续不间断地测量烟尘(粉尘)量;

·测量烟尘(粉尘)量的量程在0—1000mg/m3范围内任意设定;

·烟尘(粉尘)测量瞬时值、透光度、黑度和消光度可在液晶显示屏上选择设定显示;

·测量的烟尘量以4—20mA电流输出;

·零点漂移误差小于2%;

·量程漂移误差小于3%;

·具有储存功能,能够储存5000个测量数据;

·可通过RS232接口,由上位机(PC机)输入烟尘(粉尘)在线监测仪的用户参数,校准仪器,并可输出存储的测量数据;

·具有继电器报警输出,报警限可设定。

5创新点

HG-HC智能烟尘粉尘测量仪采用半导体红外光光源,脉冲式供电,智能采样与数字滤波算法,既保证测量的稳定性,又提高了半导体发光管的使用寿命。红外发光二极管具有速度高、寿命长、一致性好的特点,既经济又可用于大直径管道或烟道的测量。

·红外光脉冲供电,解决了红外发光二极管寿命与长时间测量的问题,提高了仪器的稳定性,可用于大直径烟道的测量;

·智能采样与去噪数字滤波算法相结合,测量和信号处理灵活性强,因而在一套装置可以进行不同变量和浓度的测量,可排除个别的不正常值,同步计算平均值,其数学模型为:

·将前置放大器、光电探测器集于一体,既简化了测量放大电路的设计,又提高了仪器的可靠性。

·采用嵌入式单片机内核技术,将计算机嵌入到烟尘粉尘测量对象中,实现智能化控制,依据烟尘粉尘测量环境要求,充分考虑了物理环境(小型)、电气/气氛、环境(可靠)、成本(价廉)的要求;充分考虑了最小软、硬件配置和相应的接口电路。采用内核技术,提供了一个裸设备与应用程序间的抽象层,可以在更高的层次上读写磁盘;允许多个程序看起来在同时运行,将处理器在其间共享;抽象了所有形式的I/O操作,提供了一个简单的磁盘I/O抽象,而每个程序都能使用它;提供了健壮的网络功能,尤其是TCP/IP支持。

·可选用GPRS网络技术,以智能烟尘粉尘测量仪软件为平台,通过中文短信的方式,采用自动群呼和列队接收办法,形成了崭新的环保监测网络。

·可远程进行参数设置及数据传输,通过中心控制软件,方便地输入用户参数、校准仪器,并可输出存储的测量数据。

·在光学系统的设计上,采用短焦距镜头,探测器位置可调,保证了红外光的正确对正。

本项目产品技术来源是锦州华冠环境科技实业公司为主开发的项目,具有独立自主的知识产权。

摘自：中国计量测控网