透射法粉尘浓度测量标定技术研究.pdf

白动与测
透射法粉尘浓度测量标定技术研究
刘小虎
(西安培华学院,陕西西安710125)
Study on the Calibration Technology of Measuring Dust Concentration
by Light Transmission Method
LIU Xiaohu
(xi'an Peihua University, Xi'an 710125, China)
摘要:粉尘浓度测量系统的测量精确度一方面和财产的安全。粉尘爆炸具备的三要素是:一定的
取决于系统本身的设计,另一方面取决于标定技粉尘浓度、氧气的环境和火源。火源(包括摩擦火
术。分析和研究了几种标定方法的优缺点,结合实花、静电火花等)很难杜绝,另外无氧气环境也很难
际测量需求,提出了一种适用于光透射法粉尘浓度实现,然而对粉尘浓度的监测比较容易实现,因此,
测量系统的标定方法。并经过分析计算及实验数监测粉尘浓度对防止粉尘爆炸具有重要的现实意
据分栟,验证了该标定方法的可行性。
义,也是研究可燃性粉尘爆炸规律的重要参数。
关键词:光透射;标定;浓度测量
目前,粉尘浓度的检测方法有很多种们,如超声
中图分类号:TP216
波法、电容法、光吸收法(光透射法)、光散射法、摩
文献标识码:A
擦电法、β射线法和徵波法等。在这几种测量方法
文章编号:1001-2257(2014)10-0052-03
中,光电探测法?中的光透射法具有实用、简单和不
Abstract: The measurement accuracy of dust干扰测量场的优点,被广泛采用,而且更适用于粉
concentration testing system depends on the design尘浓度较高的测量场。基于光透射法研制出来的
of the present system and the calibration tech粉尘浓度测量系统,对应不同的浓度会得到一系列
niue. The advantages and disadvantages of sever-相应的电压值,如何把这一系列的电压值精确地转
al calibration methods have been studied and ana-
换为粉尘浓度值,也就是所谓的浓度标定,是粉尘
yzed in this article. Combining with practical re测量系统中一个重要研究部分
quirement, a calibration method which is suitable
for dust concentration measurement system by
标准量具
light transmission, has been proposed too. Be
选取标准量具是粉尘测量系统标定的关健,理
sides, the feasibility of the calibration method has
想的方法是将粉尘颗粒均匀分布在介质中。目前,
been verified by experiment and data analysis
为了在标定的过程中能使粉尘颗粒均匀分布在介
Key words: light transmission; calibration
质中,科研工作者提出了一些方法。一种是直接用
concentration measurement
空气作介质,做一个封闭且体积固定的空间,定量
地向空间内吹送粉尘颗粒,使其能较均匀分布在封
0引
闭的空间里,这种方法可操作性差,而且粉尘颗粒
随着现代工业的快速发展,粉尘的产生和排放
仅靠自由扩散难以达到均匀分布,如果放置时间过
问题日益严重。粉尘排放到空气中,一方面会直接长,粉尘颗粒由于重力影响会沉降,也会造成粉尘
对人体的呼吸系统造成伤害,影响健康,另一方面
颗粒分布不均匀,另外,每次投放的粉尘颗粒的质
如果粉尘颗粒具有强氧化性,且在空气当中达到
量很难精确控制。另一种方法则是选用透光率较
定浓度的情况下,就会有爆炸的危险,影响到人身好,有一定粘度的树脂作介质,把粉尘颗粒均匀分
布于一种选定的树脂当中,树脂凝固后就可以用于
收日期:2014-07-11
基金项目:西安培华学院校级项目(PHKT20140757
标定了,这种方法比较简单、可行。但是树脂的透
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《机械与电子》2014(10)
透射法粉尘浓度量标定技术研究
白动
光度一般介于92%~95%之间,而且固化后会有
从式(3)的推导过程可以看出,粉尘颗粒浓度
定的体积收缩,一般在2%左右,这样会引入较大的的值取决于几个参数:粉尘颗粒直径d、入射光强
测量误差。另外,在树脂里均匀分布粉尘颗粒,需1o、出射光强I、吸收层厚度L、光源的波长、消光
要把粉尘颗粒在树脂里充分搅拌,对于可燃性粉尘系数K和折射率m等。在其他参数固定的情况下,
颗粒,欖拌的过程是很危险的。
粉尘颗粒浓度与出射光的衰减程度有一定的关系,
为此,选用纯净水做介质,把纯净水放置在能通过监测出射光的衰减情况,就可以实现对粉尘颗
方便实时观测物质体积的玻璃器皿中,纯净水和玻粒浓度的监测
璃的透光度远远大于树脂。另外,采用和被测物质2.2标定方法
大小、形状、体积相同的标准物质颗粒來代替被测
由于粉尘颗粒浓度与出射光的衰减程度有关
物质,这种标准颗粒物质的密度为1.05g/cm3,和系,通过标定就可以找到这个关系。首先,标定时
水的密度十分接近,在水中就不会受到重力因素影所使用的粉尘浓度测量系统和实际测量系统需
响而能够保证均匀分布,且不与水发生反应。定量致。其次,把标准颗粒在纯净水里面定量稀释?,得
投放标准物质颗粒或加水进行稀释,可得到一系列到一系列颗粒浓度值的混合物。最后,利用粉尘浓
浓度值的混合物。
度测量系统对不同颗粒浓度下的混合物进行测量,
2标定原理及方法
得到浓度与透过率T=I/o对应关系,重复大量测
量,拟合成关系曲线。由于粉尘测量系统所使用的
2.1光透射法粉尘测量系统的原理
光电探测器是线性的,所以T=I/I。=V/V。,V和
由朗伯一比尔定律劉可知,由于粉尘颗粒对光東V。是对应Ⅰ和Io测得的电压值,这样就把测量得
的散射和吸收],当一束单色光穿过粉尘颗粒区到的电压值和粉尘浓度值一一对应。
域时,出射光强会有一定的减弱。如图1所示
2.3标定浓度的修正
通过上述方法,可以得到电压值和粉尘浓度值的
对应关系,但标定所使用的颗粒物质和实际被测物质
是不一样的,所以测得的这些浓度值需要修正。
根据式(3)和已知条件可知,实际的浓度和标
准颗粒的浓度之间存在着一定的差异。第一,密度
参量是需要修正的,这里用修正系数K
来表
图1光束穿过粉尘颗粒介质示意
示,是实际颗粒的密度,ρ是标准颗粒的密度;第
单一粒径时,出射光强和入射光强Io之间的
消光系数影响浓度值,而消光系数又与光源的
关系为
波长入、折射率m和颗粒直径d有关,标定波长和实
际测量波长一致,不影响消光系数,被测颗粒直径
oe SNxld K(],m,d)
N。为尘粒的粒子数浓度;L为待测粉尘区厚和实际被测颗粒直径相同,也不影响消