技术领域
[0001] 本
发明涉及一种提高烟气颗粒物β射线检测精度的滤纸带传动装置与方法。
背景技术
[0002] 随着燃
煤电厂、
钢铁、焦化等行业超低排放改造中湿电除尘、低低温电除尘等技术的广泛应用，排放口
烟尘浓度大部分已达到10mg/m3以下，这对烟气颗粒物检测精度提出了更高的要求。
[0003] 基于散射光法的烟气颗粒物浓度测量方法不能完全满足超低排放监测数据的准确性和真实性需求，主要体现在以下两个方面：(1)光散射技术虽然灵敏度高，能够测量低至0.1mg/m3的烟尘浓度，但该技术容易受
水汽影响，且易受颗粒物大小、形状、
颜色、成分等多种因素影响，很难适应超低排放产生的烟气
温度低、湿度高工况。(2)基于散射原理的无论是后向散射法，还是前向散射法，测量的都是颗粒物的光学特性，然后通过
算法反演得到颗粒物的
质量浓度，而非直接测量其质量浓度，所以不能很好地完成颗粒物的质量浓度溯源工作。
[0004] 基于β射线吸收法的烟气颗粒物浓度测量技术，采用
抽取式
采样方式，利用采样沉积在滤纸上的颗粒物对β射线的衰减来测量颗粒物的质量浓度，不受颗粒物大小、形状、颜色、成分等因素干扰，即使是粒径分布、折射系数、颗粒物组分等发生变化，也不会颗粒物浓度测量精度，且可实现质量浓度的溯源。因此，该方法更适用于排口烟气湿度大、温度低的超低排放工况环境，能够满足10mg/m3以下颗粒物浓度的高精度在线测量。中国
专利200710122913.0公开了一种β射线烟尘浓度直读监测仪及其确认有限样本的方法，采用β射线吸收法测量烟气颗粒物浓度，通过增加滤纸采样面积，减少采样阻
力，确认有限样本，提高测量精度。中国专利02238238.00公开了一种β射线颗粒物烟尘排放连续监测仪，采用β射线吸收法测量烟气颗粒物浓度，采样和测试一次完成，实现了烟尘浓度的直读和连续测量。
[0005] 基于β射线吸收法的颗粒物监测仪器测量精度在工作过程中可能受到诸多因素的制约和影响，其中尤其以采样滤纸位移带来影响至关重要。现有的基于β射线吸收法的颗粒物监测仪器，如图4所示，设备工作时，采样滤纸88需要经过空白计数(未采样时，β射线
放射源84
辐射，探测器81记录空白值)，再到采样点采样(滤纸88上采集颗粒物样品)，最后返回到测量点对采集样品进行测量计数(采样后，β射线放射源84辐射，探测器81记录测量值)的过程，实质上是将某一面积的滤纸进行2次β射线辐射，根据放射强度关系得到采样颗粒物的质量浓度。因此，如何保障采样滤纸88、探测器81、β射线放射源84之间的相对
位置在采样和测量过程中不发生变化，是保证颗粒物监测仪器测量精度的关键环节。
[0006] 如图5所示，采用β射线吸收法测量颗粒物浓度的设备中，美国Thermo Fisher Scientific公司的FH62-C14及其改进型5014i Beta系列颗粒物监测仪、日本Horiba公司的APDA 371系列颗粒物监测仪在仪器结构中均采用原位式检测方法。虽然可以解决滤纸带73移动带来的测量误差，由于颗粒物采样单元(包括样气入口76、样气出口74、采样
泵75)和检测单元(包括放射源77、探测器71)的一体化设计结构所限，只有在被检测的气体在常温时才能保证采集到滤纸带73上沉积颗粒物72的测量精度，对于烟气颗粒物测量，由于污染排放的烟气湿度高，采样过程极易
吸附到采样官道上，因此，样气需要加热到烟气酸
露点以上后再采样，而这样则会对探测精度带来较大干扰，所以这种检测方式只适用于测量大气中的颗粒物，不适合烟气颗粒物测量。
[0007] 天津大学、南华大学等采用光电
编码器和步进
电机配合进行行程控制，可以有效减少滤纸位移误差，提高滤纸的
定位精度。但是，由于收、放卷滤纸辊在测量持续进行的过程中，滤纸盘外径大小不断变化，导致步进电机控制的收放卷机构提供的
扭矩也不断变化，因此，无法提供恒定的滤纸
张力，进而不能保证滤纸带在移动过程中始终保持绷紧状态，很容易造成滤纸带断裂或损坏。
发明内容
[0008] 本发明所要解决的技术问题是一种提高烟气颗粒物β射线检测精度的滤纸带传动装置与方法，滤纸带传动装置提供平稳的滤纸移动线速度，收放卷机构扭矩维持不变，从而提供恒定的滤纸张力，不但能保证滤纸带移动过程中滤纸持续绷紧，不断裂、不破损，避免了颗粒物从滤纸带上散落和损失，而且能确保滤纸带按采样和测量的要求顺畅而准确地到达目标位置，使颗粒物采样、测量的滤纸位置和原空白滤纸位置能够完全重叠，从而减小了空白误差。
[0009] 本发明是通过以下技术方案来实现的：一种提高烟气颗粒物β射线检测精度的滤纸带传动装置，包括一烟气颗粒物β射线在线监测仪，烟气颗粒物β射线在线监测仪包括一安装板，安装板上设有采样单元、检测单元、滤纸带、滤纸带传动装置、收放纸机构、压纸机构；采样单元包括流量控
制模块和采样泵；检测单元包括β射线放射源和探测器；滤纸带传动装置包括直线滑台、编码计数器、导向轮、纸带左传动轮、纸带右传动轮；收放纸机构包括卷纸轮、放纸轮、卷纸盘和放纸盘；所述压纸机构包括
隔热升降平台、平台升降导向孔、平台升降
控制模块、采样压纸上模块、探测压纸上模块和压纸下模块。
[0010] 作为优选的技术方案，编码计数器和纸带右传动轮设置在安装板的相同一侧；导向轮和纸带左传动轮设置在安装板的相同一侧。
[0011] 作为优选的技术方案，直线滑台包括步进电机、滚珠
丝杆、直线
导轨、
联轴器、接近
开关、导向滑台、移动块、连接块、传动
连接杆、左传动轮连接块、右传动轮连接块、
支撑座、轴
支架、左侧支撑板、右侧支撑板；左传动轮连接块和右传动轮连接块、连接块固定在传动连接杆上相同的一侧：连接块和移动块相连接；滚珠
丝杠安装于连接块上；轴支架和右侧支撑板分别设置在滚珠丝杠的两端；轴支架上固定联轴器，联轴器连接左侧支撑板，步进电机安装固定在左侧支撑板上；支撑座设置左侧支撑板和右侧支撑板之间；支撑座和移动块之间设置导向滑台；导向滑台上设有
直线导轨，直线导轨在导向滑块两侧设置
接近开关。
[0012] 作为优选的技术方案，卷纸轮和放纸轮对称设置在安装板上；卷纸盘固定在卷纸轮上，放纸盘固定在放纸轮上。
[0013] 作为优选的技术方案，隔热升降平台、平台升降控制模块固定在安装板上，隔热升降平台的一侧对称设有探测压纸上模块、采样压纸上模块；探测压纸上模块、采样压纸上模块上设有多个平台升降导向孔；隔热升降平台远离探测压纸上模块一侧设置压纸下模块。
[0014] 作为优选的技术方案，采样泵上设有一样气入口，样气入口内插入固定一连接管，流量控制模块设置在连接管上，连接管与压纸下压模块相连接。
[0015] 一种提高烟气颗粒物β射线检测精度的滤纸带传动方法：包括滤纸带传动装置，使颗粒物采样、测量的滤纸位置和原空白滤纸位置能够完全重叠，从而减小空白滤纸误差，提高颗粒物浓度的测量精度；
[0016] 步骤A：空白滤纸测量，首先由平台升降控制模块向下打开压纸机构，放开放纸轮，由步进电机驱动卷纸轮，通过编码计数器控制位移量，将空白滤纸移动至β射线放射源和探测器对应的位置，然后闭合压纸机构，接着打开探测器，稳定一定时间后，开始对探测器输出的脉冲计数，经过一定的测量周期，完成对空白滤纸的计数I1；
[0017] 步骤B：
锁住放纸轮和卷纸轮，向下打开压纸机构，步进电机驱动直线滑台，由纸带左传动轮和纸带右传动轮一起带动滤纸带向左移动，将滤纸传送到样气入口对应的位置；
[0018] 步骤C：滤纸带采样颗粒物，闭合压纸机构，打开采样泵采样，通过流量控制模块测定采样气体流量Q，将烟气中的颗粒物沉积在滤纸上，抽取特定的采样时间t后，完成滤纸对颗粒物的采样；
[0019] 步骤D：滤纸带右移，锁住放纸轮和卷纸轮，向下打开压纸机构，由步进电机驱动直线滑台，由带左传动轮和纸带右传动轮一起带动滤纸带向移右动，将滤纸移动至β射线放射源和探测器对应的位置。此时，颗粒物采样滤纸的位置即为原来的空白滤纸位置。
[0020] 步骤E：颗粒物浓度测量；闭合压纸机构，接着打开探测器，稳定一定时间后，开始对探测器输出的脉冲计数，经过一定的测量周期，完成对已采样颗粒物滤纸的计数I2。
[0021] 步骤F：通过测量采样颗粒物滤纸I2和空白滤纸计数值I1，根据下方公式计算得到单位体积内的颗粒物质量，也即烟气颗粒物的质量浓度值C；
[0022]
[0023] 式中C——烟气颗粒物的质量浓度值(mg/m3)；
[0024] I1——β射线穿过空白滤纸的粒子计数值(无量纲)；
[0025] I2——β射线穿过沉积了颗粒物滤纸的粒子计数值(无量纲)；
[0026] S——滤纸上探测的有效采样面积(cm2)；
[0027] t——样气采样时间(min)；
[0028] Q——烟气采样流量(L/min)；
[0029] μm——烟气颗粒物质量吸收系数(cm2/mg)
[0030] 本发明的有益效果是：在滤纸带移动过程中保证滤纸持续绷紧，不断裂、不破损，减小测量过程中的空白滤纸误差。由于每个测量周期内都能实现自动零点校准，从而保证仪器测量的重复性，提高烟气颗粒物β射线检测精度。
附图说明
[0031] 为了更清楚地说明本发明
实施例或
现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032] 图1为带滤纸带传动装置的基于β射线吸收法烟气颗粒物监测仪结构示意图；
[0033] 图2为基于β射线吸收法烟气颗粒物监测仪的滤纸带传动装置结构示意图；
[0034] 图3为β射线吸收法烟气颗粒物监测仪的检测方法和步骤示意图；
[0035] 图4为现有技术的β射线吸收法颗粒物监测仪测量结构及滤纸带传动简图；
[0036] 图5为现有技术的原位法颗粒物检测结构示意图。
具体实施方式
[0037] 本
说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0038] 本说明书(包括任何附加
权利要求、
摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0039] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“另一端”、“外侧”、“上”、“内侧”、“水平”、“同轴”、“中央”、“端部”、“长度”、“外端”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。
[0040] 此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0041] 本发明使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。
设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语
[0042] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“套接”、“连接”、“贯穿”、“插接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0043] 如图1-图3所示，包括一烟气颗粒物β射线在线监测仪，烟气颗粒物β射线在线监测仪包括一安装板22，安装板22上设有采样单元、检测单元、滤纸带11、滤纸带传动装置、收放纸机构、压纸机构；采样单元包括流量控制模块7和采样泵8；检测单元包括β射线放射源4和探测器1；滤纸带传动装置包括直线滑台、编码计数器3、导向轮10、纸带左传动轮15、纸带右传动轮14；收放纸机构包括卷纸轮5、放纸轮9、卷纸盘20和放纸盘21；所述压纸机构包括隔热升降平台2、平台升降导向孔25、平台升降控制模块66、采样压纸上模块16、探测压纸上模块13和压纸下模块19。
[0044] 由采样泵连续抽取含颗粒物的烟气，颗粒物被滤纸收集，流量控制模块通过测量和控制样气流量，可通过追踪被测烟气的烟道流速，实现烟气的等速采样。颗粒物检测单元中的探测器1与β射线放射源4分别装在滤纸两侧，检测单元测量值与被测物质的质量浓度成一定的线性关系。通过所述滤纸带传动装置、收放纸机构和压纸机构，按照特定的流程完成空白滤纸测量、颗粒物滤纸采样和颗粒物浓度测量3个过程，并由探测器1分别记录空白滤纸和沉积了颗粒物滤纸的输出脉冲数，根据相关算法，得到被测烟气颗粒物的质量浓度。
[0045] 其中，编码计数器3和纸带右传动轮14设置在安装板的相同一侧；导向轮10和纸带左传动轮15设置在安装板的相同一侧。
[0046] 其中，直线滑台包括步进电机28、滚珠丝杆39、直线导轨36、联轴器30、接近开关32、导向滑台34、移动块35、连接块40、传动连接杆27、左传动轮连接块26、右传动轮连接块
23、支撑座33、轴支架31、左侧支撑板29、右侧支撑板38；左传动轮连接块和右传动轮连接块、连接块固定在传动连接杆27上相同的一侧：连接块和移动块相连接；滚珠丝杠安装于连接块上；轴支架和右侧支撑板分别设置在滚珠丝杠的两端；轴支架31上固定联轴器30，联轴器30连接左侧支撑板，步进电机28安装固定在左侧支撑板上；支撑座设置左侧支撑板和右侧支撑板之间；支撑座和移动块之间设置导向滑台；导向滑台上设有直线导轨，直线导轨在导向滑块两侧设置接近开关。
[0047] 其中，卷纸轮5和放纸轮9对称设置在安装板上；卷纸盘20固定在卷纸轮5上，放纸盘21固定在放纸轮9上。
[0048] 其中，隔热升降平台2、平台升降控制模块6固定在安装板上，隔热升降平台2的一侧对称设有探测压纸上模块、采样压纸上模块；探测压纸上模块、采样压纸上模块上设有多个平台升降导向孔；隔热升降平台2远离探测压纸上模块一侧设置压纸下模块。
[0049] 其中，采样泵8上设有一样气入口，样气入口内插入固定一连接管，流量控制模块7设置在连接管上，连接管与压纸下压模块相连接。
[0050] 工作原理：1、步进电机28通过联轴器驱动滚珠丝杆做旋转运动，进而推动移动块做直线运动。滚珠丝杆39的作用是将旋转运动转
化成直线往复运动，具有很小的摩擦阻力，可在高负载的情况下实现高精度的直线运动。一方面移动块35连接导向滑台34，导向滑台沿直线导轨做直线运动，保证运动直线精度。直线导轨36在导向滑块两侧设置接近开关32，作用是限定移动块的移动距离。
[0051] 2、另一方面移动块通过连接块40和传动连接杆27连接纸带左传动轮15和纸带右传动轮14，使滤纸带实现与移动块联动。通过控制移动块的左右往复直线运动，带动滤纸带在安装板的传动轮左移动孔和传动轮左移动孔之间做等距离往复直线运动，进而保证空白滤纸测量、滤纸采样颗粒物和颗粒物浓度测量3个阶段中的滤纸位置能够完全重叠，减小了空白滤纸误差。通过控制直线滑台的直线运动速度，可以保证滤纸带产生平稳的移动线速度，避免了颗粒物从滤纸带上散落和损失，进一步减小了烟气颗粒物的测量误差。通过控制直线滑台的移动精度，完成滤纸带位置的准确定位，可以实现每个测量周期的自动零点校准，提高了烟气颗粒物β射线检测精度。
[0052] 3、在滤纸带传动装置带动滤纸带做左右往复直线运动时放纸轮9和卷纸轮5均处于锁定状态，且维持扭矩恒定，在移动过程中，放纸轮9和卷纸轮5之间的滤纸带长度保持不变，保证了滤纸张力保持不变，使滤纸带始终保持绷紧，且不断裂、不破损。导向轮10用来保证滤纸带在往复运动过程中的直线性和重复性。编码计数器3用来反馈下一个测量周期纸带移动的精确位移量，从而保证每个测量周期滤纸移动距离的一致性。
[0053] 4、采样压纸上模块和探测压纸上模块是独立分开的模块，隔热升降平台2位于他们与压纸下模块的中间，通过保证压纸机构关闭后的密闭性，可以减少烟气采样中
酸性气体对检测单元的
腐蚀。另外，隔热升降平台2和安装板22上设有隔热板24，可以切断采样单元、检测单元以及安装于安装板上的纸带左、右传动轮相互之间的热传导，保证样气高温不影响检测单元的探测精度，同时，也避免了因温度梯度变化而导致烟气采集的样气中水分冷凝，造成滤纸带断裂或破损。平台升降导向孔内嵌特氟龙导靴，可以保证隔热升降平台2上下移动过程的顺滑和平稳性，避免了压纸开放和关闭过程中的卡顿现象，也避免了机构关闭时对滤纸带造成的机械冲击，进而损坏滤纸带。
[0054] 提高烟气颗粒物β射线检测精度的滤纸带传动方法：包括滤纸带传动装置，使颗粒物采样、测量的滤纸位置和原空白滤纸位置能够完全重叠，从而减小空白滤纸误差，提高颗粒物浓度的测量精度；
[0055] 步骤A：空白滤纸测量，首先由平台升降控制模块6向下打开压纸机构，放开放纸轮9，由步进电机驱动卷纸轮5，通过编码计数器3控制位移量，将空白滤纸移动至β射线放射源和探测器对应的位置，然后闭合压纸机构，接着打开探测器，稳定一定时间后，开始对探测器输出的脉冲计数，经过一定的测量周期，完成对空白滤纸的计数I1；
[0056] 步骤B：锁住放纸轮9和卷纸轮5，向下打开压纸机构，步进电机驱动直线滑台，由纸带左传动轮15和纸带右传动轮14一起带动滤纸带向左移动，将滤纸传送到样气入口对应的位置；
[0057] 步骤C：滤纸带采样颗粒物，闭合压纸机构，打开采样泵采样，通过流量控制模块测定采样气体流量Q，将烟气中的颗粒物沉积在滤纸上，抽取特定的采样时间t后，完成滤纸对颗粒物的采样；
[0058] 步骤D：滤纸带右移，锁住放纸轮9和卷纸轮5，向下打开压纸机构，由步进电机驱动直线滑台，由带左传动轮和纸带右传动轮14一起带动滤纸带向移右动，将滤纸移动至β射线放射源和探测器对应的位置。此时，颗粒物采样滤纸的位置即为原来的空白滤纸位置。
[0059] 步骤E：颗粒物浓度测量；闭合压纸机构，接着打开探测器，稳定一定时间后，开始对探测器输出的脉冲计数，经过一定的测量周期，完成对已采样颗粒物滤纸的计数I2。
[0060] 步骤F：通过测量采样颗粒物滤纸I2和空白滤纸计数值I1，根据下方公式计算得到单位体积内的颗粒物质量，也即烟气颗粒物的质量浓度值C；
[0061]
[0062] 式中C——烟气颗粒物的质量浓度值(mg/m3)；
[0063] I1——β射线穿过空白滤纸的粒子计数值(无量纲)；
[0064] I2——β射线穿过沉积了颗粒物滤纸的粒子计数值(无量纲)；
[0065] S——滤纸上探测的有效采样面积(cm2)；
[0066] t——样气采样时间(min)；
[0067] Q——烟气采样流量(L/min)；
[0068] μm——烟气颗粒物质量吸收系数(cm2/mg)。
[0069] 本发明的有益效果是：在滤纸带移动过程中保证滤纸持续绷紧，不断裂、不破损，减小测量过程中的空白滤纸误差。由于每个测量周期内都能实现自动零点校准，从而保证仪器测量的重复性，提高烟气颗粒物β射线检测精度。
[0070] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
