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1引言 隨著我國國民經濟的迅速發(fā)展,除廢氣、廢水外,顆粒狀粉塵、煙塵向大氣排放所造成的環(huán)境污染已成為一個十分突出的問題。由于煙塵粉塵排放的顆粒粒徑很小(微米數(shù)量級),加上工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境(如高溫),給煙塵粉塵排放的監(jiān)控和檢測帶來極大的困難。目前,煙塵粉塵在線監(jiān)測儀大多采用國外儀器,成本高,影響了它的推廣使用,阻礙了環(huán)境治理的順利推進。 錦州華冠環(huán)境科技實業(yè)公司采用先進的電子測量技術,將光、機、電技術相結合,成功研制了HG-HC智能煙塵粉塵測量儀。該儀器功能全、成本低、可靠性高,可廣泛應用于建材工業(yè)(水泥廠、石膏產品)、煤礦、冶金企業(yè)、造紙企業(yè)、玻璃企業(yè)、鋼鐵廠的高爐、顆粒生產企業(yè)、發(fā)電廠、工業(yè)及民用鍋爐、垃圾焚化廠、硫化車間、食品加工廠等生產過程中產生的煙塵粉塵濃度和排放量的測定。完全能夠滿足現(xiàn)場在線測量的要求。 2工作原理 煙塵(粉塵)測量方法主要有光學法、采樣稱重法和靜電法三種。采樣稱重法不適合于在線測量。靜電法易受干擾,國內技術并不成熟。光學法又進一步分為濁度法和散射法,而濁度法是目前國外普遍采用的用來測量煙塵(粉塵)濃度的方法,這種國外儀器在國內許多單位也都得到了成功應用。光學法測量的缺點是需要保持光學鏡頭的相對清潔。對于煙道中煙塵的測量,實踐證明,通過微正壓的清潔保護風,就可實現(xiàn)對光學鏡頭的可靠保護。 HG-HC智能煙塵粉塵測量儀是一光學式電子儀器,是一種在線監(jiān)測儀器。它的檢測原理是基于光學式檢測法中的濁度法。基于朗伯時—比爾定律,測量光透過被測物質后,由于散射和吸收而使光強減弱,通過測定光束通過被測介質前后的光強比值來定量煙塵粉塵濃度。檢測原理及系統(tǒng)結構如圖1所示。 當紅外光穿過含顆粒物的煙塵粉塵時,發(fā)射器紅外光源光強I0會因被測物質的散射和吸收而使接收器接收到的光強衰減為I,依據(jù)郎伯特—比爾定律: 
由于消光度和含塵量與塵粒的大小和密度以及測量位置有關,所以其相關性必須通過稱重比對測量法來進行確定,實際中按下式確定含塵量: 
3硬件組成 儀器由紅外光發(fā)射裝置、接收裝置、主控制器、清吹空氣保護裝置和遠程操作軟件組成,如圖2所示。 
發(fā)射裝置:發(fā)射紅外光信號,采用脈沖供電方式,延長了光源使用壽命; 接收裝置:接收紅外光信號,集前置放大器、光電探測器于一體; 主控制器:控制發(fā)射、接收及整個儀器的工作;單片機采用Cygnal公司的C8051F005,該單片機是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片,在一個芯片內集成了構成一個單片機數(shù)據(jù)采集或控制系統(tǒng)所需要的幾乎所有模擬和數(shù)字外設及其他功能部件(包括增益可編程放大器,8路12位A/D轉換器,2路12位D/A轉換器,電壓比較器,電壓基準,SMBus/I2C,UART,SPI,4個16位定時器,5個可編程計數(shù)器陣列,看門狗定時器及電源監(jiān)視器等),片內還具有32K可在系統(tǒng)和在應用編程的FLASH存儲器和2304字節(jié)RAM。高性能單片機的采用,既簡化了系統(tǒng)設計,又提高了整機可靠性和靈活性。 清吹空氣保護裝置:采用通過微正壓的清潔空氣,保護光學鏡頭不受污染,保證測量可靠性;儀器還附有遠程操作軟件。通過RS-232通訊接口,可通過PC機對儀器進行參數(shù)設置、遠程控制和數(shù)據(jù)傳輸。 4主要技術指標 ·可以連續(xù)不間斷地測量煙塵(粉塵)量; ·測量煙塵(粉塵)量的量程在0—1000mg/m3范圍內任意設定; ·煙塵(粉塵)測量瞬時值、透光度、黑度和消光度可在液晶顯示屏上選擇設定顯示; ·測量的煙塵量以4—20mA電流輸出; ·零點漂移誤差小于2%; ·量程漂移誤差小于3%; ·具有儲存功能,能夠儲存5000個測量數(shù)據(jù); ·可通過RS232接口,由上位機(PC機)輸入煙塵(粉塵)在線監(jiān)測儀的用戶參數(shù),校準儀器,并可輸出存儲的測量數(shù)據(jù); ·具有繼電器報警輸出,報警限可設定。 5創(chuàng)新點 HG-HC智能煙塵粉塵測量儀采用半導體紅外光光源,脈沖式供電,智能采樣與數(shù)字濾波算法,既保證測量的穩(wěn)定性,又提高了半導體發(fā)光管的使用壽命。紅外發(fā)光二極管具有速度高、壽命長、一致性好的特點,既經濟又可用于大直徑管道或煙道的測量。 ·紅外光脈沖供電,解決了紅外發(fā)光二極管壽命與長時間測量的問題,提高了儀器的穩(wěn)定性,可用于大直徑煙道的測量; ·智能采樣與去噪數(shù)字濾波算法相結合,測量和信號處理靈活性強,因而在一套裝置可以進行不同變量和濃度的測量,可排除個別的不正常值,同步計算平均值,其數(shù)學模型為: 
·將前置放大器、光電探測器集于一體,既簡化了測量放大電路的設計,又提高了儀器的可靠性。 ·采用嵌入式單片機內核技術,將計算機嵌入到煙塵粉塵測量對象中,實現(xiàn)智能化控制,依據(jù)煙塵粉塵測量環(huán)境要求,充分考慮了物理環(huán)境(小型)、電氣/氣氛、環(huán)境(可靠)、成本(價廉)的要求;充分考慮了最小軟、硬件配置和相應的接口電路。采用內核技術,提供了一個裸設備與應用程序間的抽象層,可以在更高的層次上讀寫磁盤;允許多個程序看起來在同時運行,將處理器在其間共享;抽象了所有形式的I/O操作,提供了一個簡單的磁盤I/O抽象,而每個程序都能使用它;提供了健壯的網絡功能,尤其是TCP/IP支持。 ·可選用GPRS網絡技術,以智能煙塵粉塵測量儀軟件為平臺,通過中文短信的方式,采用自動群呼和列隊接收辦法,形成了嶄新的環(huán)保監(jiān)測網絡。 ·可遠程進行參數(shù)設置及數(shù)據(jù)傳輸,通過中心控制軟件,方便地輸入用戶參數(shù)、校準儀器,并可輸出存儲的測量數(shù)據(jù)。 ·在光學系統(tǒng)的設計上,采用短焦距鏡頭,探測器位置可調,保證了紅外光的正確對正。 本項目產品技術來源是錦州華冠環(huán)境科技實業(yè)公司為主開發(fā)的項目,具有獨立自主的知識產權。 摘自：中國計量測控網
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