專利名稱：油煙、煙塵采樣儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種油煙、煙塵采樣儀。
近年來，隨著各行業的迅猛發展，大氣污染尤其是飲食業和食品加工業排放的油煙污染源和工業燃爐排放的煙塵污染已成為城市污染中很重要的一個方面。而目前環保部門也只有油煙(煙塵)采樣儀，將采樣儀置于污染源處即可收集到油煙(煙塵)，再將采集到的油煙(煙塵)拿到實驗室去分析，可得到油煙(煙塵)的各種成分，及含量等.而對于公告號為CN-2247295Y、申請號為95244935.8、名稱為《油煙捕集器》的中國專利實用新型說明書，公開了一種用于廚房處理油煙氣的油煙捕集器，它包括一不沾油的箱體，該箱體的上半部呈圓筒形，該箱體的下半部呈錐形，其末端設有一個排放廢液的出口，在箱體內設有一個籠式油煙炭化裝置，在箱體中央設有一排導氣管，其末端連有吸味裝置，在該箱體的上側璧上還設有一帶斜面的連接管，通過連接管與灶具上的吸風罩相連接，在該箱體的頂部還有一離風機。該裝置結構簡單，除煙效果好，但是此油煙捕集器和環保部門用的油煙(煙塵)采樣儀都不能對工業中的油煙(煙塵)進行實時等速采集，達到準確測得油煙和煙塵的濃度的目的。
本實用新型的目的是提供一種自動測試油煙或煙塵的排放濃度的儀器，該儀器智能化程度高，具有自動采樣，自動處理數據的功能，且測量精度高，人機界面友好，測試簡單，體積小，重量輕，且便于攜帶。
為了解決上述問題，本實用新型的解決方案是除使用油煙或煙塵采集頭收集油煙或煙塵外，它還包括皮托管、熱電偶和主機箱，用于測量排氣溫度的熱電偶的熱量傳感端置于油煙采集頭內，熱電偶的信號輸出端和電源供電端分別接至采集板上熱電偶放大電路信號輸入端和電源輸出端。在油煙采集頭和熱電偶的正對氣流側和背對氣流側有皮托管，皮托管正對氣流側和背對氣流側分別接至主機箱內并與動壓和靜壓傳感器相連，主機箱包括主機、抽氣泵、電機、動壓傳感器、靜壓傳感器、計壓傳感器、流量壓傳感裝置和大氣壓傳感器，主機包括電源板、主控板和采集板，主機箱中的各傳感器的信號輸出端分別接至采集板上放大器的信號輸入端，再經采集板上多路轉換器和模數轉換開關接至主控板，電源板的輸入端與主控板的控制線輸出端相連，用于控制電機的轉速，油煙采集頭的通導氣管接至主機箱中計壓傳感器和流量壓傳感裝置經導氣管與抽氣泵的進氣孔相連，氣流從泵的縫隙中排出，電機通過傳動裝置與泵相連。
當測試煙塵時，用煙塵采集頭代替油煙采集器，采集煙塵。
由于采用了各種傳感器和主機箱，使得該采樣儀可以實現實時等速采集油煙或煙塵，達到準確測得油煙或煙塵的濃度的目的.由于選用自動采集系統，該裝置智能化程度高，其可以自動對采集到的數據進行處理和輸出，操作簡單，人機界面友好.由于該油煙(煙塵)采樣儀采用將各部分有效集成到一起的方式，體積小，重量輕，攜帶方便。另外，由于可以根據需要隨意更換油煙采集頭或煙塵采集頭，因此一機兩用，可節省成本。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細的說明。


圖1為本實用新型具體實施例中油煙采樣槍的結構簡圖。
圖2為本實用新型具體實施例中煙塵采樣槍的結構簡圖。
圖3為本實用新型具體實施例中主機箱的結構簡圖。
圖4為圖2所示的主機及其外圍電路的硬件結構圖。
圖5為為實現本實用新型的軟件模塊劃分圖。
圖6為圖3所示的采集板的具體應用電路圖。
圖7為圖3所示的電源板的具體應用電路圖。
圖8為圖3所示的主控板及其外圍電路具體應用電路圖。
圖9為用于測量濕度含量的干濕球溫度計結構簡圖。
圖10為為本實用新型油煙(煙塵)采集器的第二種具體實施例的含濕量系統連接圖。
圖11本實用新型油煙(煙塵)采集器的第一種具體實施例的平行采樣系統連接圖。
圖12是圖6中各種壓力傳感器信號放大電路圖。
圖13是圖6中熱電偶傳感器信號放大電路圖。
圖14是圖8中光耦器件的電路圖。
本油煙(煙塵)采樣儀包含有一把采樣槍1和一個主機箱2。如圖1和圖2所示為本實用新型具體實施例的采樣槍1的結構圖，采樣槍由油煙或煙塵采集頭11、皮托管12、熱電偶13和外圍支架14四部分組成。其中油煙或煙塵采集頭又包括采樣嘴11A、濾筒11B、導氣管11C和屏蔽外殼11D四部分。采樣嘴為煙氣入口，采樣嘴與濾筒相接，濾筒模擬實際煙囪，用于吸附采樣物，濾筒經連接機構與導氣管相連，導氣管可耐高溫。在濾筒的外圍包有屏蔽外殼，它起到屏蔽和支持作用。根據采集對象不同而采用油煙采集頭和煙塵采集頭。在正對采集頭一側和背對采集頭側分別有皮托管12，皮托管12用來為動靜壓傳感器提供測量氣路。如圖10或11所示具體實施例，該皮托管通過導氣管接到主機面板的″皮托管+″入氣孔216和主機面板的″皮托管-″出氣孔217。″皮托管+″入氣孔216端經靜壓傳感器和動壓傳感器接至″皮托管-″出氣孔217，當采集煙氣時，將采樣槍插入被測油煙煙塵管道內，采集嘴正對煙氣氣流，煙氣從正對采集嘴一側的皮托管12A入口處進入皮托管12，流入主機面板的“皮托管+”216入氣孔經靜壓傳感器測取排氣靜壓值，再經動壓傳感器測取排氣動壓值，后從主機面板“皮托管-”出氣孔217流入皮托管12，并從背對采集頭側皮托管12B排出。熱電偶13的信號輸出端接至主機面板的“熱電偶”插座219上。用于測量排氣溫度的熱電偶13的信號輸出端A1和電源供電端B1分別接至采集板213上熱電偶放大電路213B信號輸入端C1和電源輸出端D1。
主機箱2包括主機21、抽氣泵22、電機23(圖3所示)、動壓傳感器24、靜壓傳感器25、計壓傳感器26、流量壓傳感裝置27、大氣壓傳感器28、雙氧氣水瓶3和干燥瓶4。由采樣槍的氣流通道14由導氣管經主機面板“接氣流”端218接至主機箱2內的雙氧水瓶3入氣端，再經干燥瓶4，經大氣壓傳感器、計壓傳感器26和流量壓傳感裝置27后，由導氣管31接至抽氣泵22，而電機經傳動裝置與抽氣泵相連。當采集煙氣時，從采集嘴采集到的煙氣流經采樣槍內的氣流通道，經熱電偶測得排氣溫度，流入主機面板的“接氣流”端218，通過雙氧水瓶3和干燥瓶4，雙氧水瓶3用來除去殘留有害氣體，干燥瓶用來除去從雙氧水瓶中出來的氣體中的水分，以免水進入主機，燒毀機器。再經大氣壓傳感器和計壓傳感器分別測取大氣壓力和流量計前壓力值，經流量壓傳感裝置，由其內的溫度傳感器(27A)測得流量計前氣體溫度和流量壓傳感器(27B)測得流量壓后，流入抽氣泵并從抽氣泵排出。電機帶動抽氣泵抽取含有油煙和煙塵污染源的氣流，抽氣流量由主機控制電機的轉速而改變。
針對本實用新型，具體原理描述如下。在煙囪的一個橫截面上平均選取不同點做為測試點，每點采樣相同時間，采用皮托管平行采樣方法，可以實時等速采集出煙囪中含有油煙和煙塵的氣體流速，達到準確測得油煙和煙塵濃度的目的。測點氣流速度計算公式為Vs＝0.744*Kp*SQRT[273+TsPd/Ba+Ps]其中Vs一測點汽體流速，m/s；Ba一大氣壓力，單位kPa；Kp一皮拖管修正系數；Pd一排氣動壓，單位Pa；Ps一排氣靜壓，單位KPa；Ts一排氣溫度，單位℃。
SQRT代表開平方。
借助于皮拖管，大氣壓力傳感器，動壓、靜壓傳感器，熱電偶等可以自動測得以上幾個參數，并經主機自動計算出氣體流速。知道流速，等速采樣流量可按下式得到Qd＝0.0025*d*d*VsBa+Ps/273+Ts*SQRT[273+Tr/Ba+Pr]*1-XswXsw＝100*[Pbv-0.00067*Tc-Tb*Ba+Pr]/Ba+Ps其中Qd一排氣流量，單位L/min；d一采樣嘴直徑，單位mm；Vs一測點氣體流速，單位m/s；Ps一排氣靜壓，單位kPa；Pr一流量計前壓力，單位KPa；Ts一排氣溫度，單位℃；Tr一流量計前氣體溫度，單位℃；Xsw一排氣中水份含量，單位％百分比
Pbv一溫度為Tb時飽和水蒸氣壓力依據Tb值，由空氣飽和水蒸氣壓力表中查得，單位kPa；Tb一濕球溫度，單位℃；Tc一干球溫度，單位℃；Ba一大氣壓力，單位kPa。
以上參數可以通過傳感器實時自動測得。電機和泵用來抽取煙囪中含有油煙和煙塵的氣流，抽出的氣體實時流量計算公式為Qsn＝3600*Vs*F[273/273十Ts]*[Ba+Ps/101.325]*l-Xsw其中Qsn一標準狀態下干排氣流量，單位m/s；F 一測定斷面面積，單位m2；Vs 一測定斷面的排氣流速，單位m/s；Ba 一大氣壓力，單位kPa；Ps 一排氣靜壓，單位kPa；Ts 一排氣溫度，單位℃；Xsw一排氣中水分含量，單位百分比％。
以上參數通過傳感器實時測得，測出的數據經過主機處理后可得到抽出的樣品的實時流量。如若Qsn與Qd數值不等，主機會自動調整帶動泵的電機的轉速，使Qsn與Qd保持相等，保證煙囪中的氣體流速與采樣槍中的氣體流速完全相同，從而達到實時等速采樣的目的。在實時等速采集過程中，氣流經過采集槍中的油煙采集頭或者煙塵采集頭時煙塵或者油煙就會吸附在這些采集槍中的濾筒上。由于油煙和煙塵在本質的區別，采集對象不同時更換不同的采集器，同時最后的處理方法也不同。采集對象為油煙時，將采樣到的油煙濾筒置于帶蓋的聚四氟乙烯套筒中，回實驗室后用四氟化碳作溶劑進行超聲清洗，移入比色管中定容，用紅外分光光度法測定油煙含量。采集對象為煙塵時，將采集到煙塵的濾筒放入105℃烘箱中烤1小時，取出置于干燥器中，冷卻至室溫，用感量0.1mg天平稱量至恒重，采樣前后濾筒之差，即為采取的顆粒物量。
如圖4所示為本實施例主機的硬件結構圖，圖中的參數Ts、Pr、Ps、Pd、Pqr、Ba、Tr、Tb和Tc的測量是借助于各種類型的傳感器來獲得。具體電路圖見圖6至8。具體實現時，我們采用三塊電路板來實現一塊為電源板，一塊為主控板，一塊為采集板，三板分開，通過信號線互相連接，這樣可減少干擾，利于散熱，增強整機的可靠性，同時便于組裝和檢修。如圖6所示為采集板電路結構圖。各傳感器測得的信號經放大器231放大、八路轉換開關232和模數轉換器233轉換成數字信號后輸出。其中如圖12和圖13所示，分別為壓力傳感器(包括計壓、靜壓、大氣壓、動壓、流量壓等)放大電路圖和熱電偶信號放大電路圖。壓力傳感器測得的正信號A和負信號B分別經電阻R1、R2輸入到放大器的正輸入端C和負輸入端D，經放大后輸出。熱電偶測得的熱電信號C1經電阻R3輸入放大器的負輸入端214與放大器的正輸入端比較后放大輸出。采集板的接口J1接至控制板的接口J2。如圖7所示為電源板的電路圖。由控制板發出的脈沖信號E輸入到電源板的輸入端E0，經放大，光耦器件件耦合輸出后控制電機的轉動。如圖8所示為控制板電路結構圖，采集板與控制板的傳輸信號，經光耦器件耦合相互連接，該光耦器件可以減少控制板之間的干擾，增強主機的可靠性能。如圖8和圖14所示，主控板212輸出信號端接至光耦器件29的信號輸入端I，信號經光耦器件29電光和光電轉換后，由光耦器件的信號輸出端O接至所述的采集板的信號輸入端或所述的采集板213輸出信號端接至光耦器件29的信號輸入端，信號經光耦器件29電光和光電轉換后，由光耦器件的信號輸出端O接至主控板的信號輸入端。控制板主要由光耦器件29、緩沖器U4、控制開關32、處理器U1、鎖存器U2、程序存貯器U3、液晶顯示器(30)、蜂鳴器BP和微型打印機31組成。其中控制開關32用于傳感器信號的寫入控制。外設液晶顯示器(30)、蜂鳴器BP和微型打印機31通過接口分別與主控板上的接口J1、J5和J6相連。圖8中U5為為數字溫度計，U6是鎖存器。如圖9所示為干濕球溫度計5，干濕球溫度計用來測量煙囪中煙氣的含濕量。溫度數據信息輸線53與主控板上的含濕量接口J3和計前溫度接口J4相連。
在軟件實現上采取模塊化程序設計方法，可靠性高，界面采用菜單式操作，便于操作員操作。軟件模塊劃分見圖5。整個操作過程在主機的控制下進行，主機的顯示屏上有菜單顯示，依據菜單提示可完成整個操作過程。
本實用新型的實施例可用圖10和圖11來說明。
圖10為含濕量測量系統連接示意圖接到主機。干濕球溫度計的干球端51接采樣槍中的油煙采集頭11或煙塵采集頭11A，濕球端52接到雙氧水瓶的進氣端，干濕球溫度計的信號線53接到主機面板上的“含濕量”插座219上。按圖連接好后打開主機電源，主機屏幕會出現“功能選擇菜單”，進入測合濕量子菜單，屏幕會出現測合濕量的畫面，設置好流量后，按“運行”，儀器會自動測出各個參數并自動計算出含濕量。
圖11為平行采樣系統連接示意圖。其連接方法與圖四大體相同，主要的區別是去掉了干濕球溫度計，雙氧水瓶3的進氣端通過導氣管直接接到采樣槍中的油煙或者煙塵采集頭11或11A端；干燥瓶出氣端接到主機面板上的“接干燥器”端。接通主機電源后，屏幕出現菜單提示，選擇“功能選擇”菜單中的“測點分布”子菜單，輸入被測煙道直徑和壁厚的值，主機自動算出測點的位置。退出子菜單，回到主菜單，選擇“預測流速”子菜單。預測流速根據測點分布在各測點測試15秒，蜂鳴器提示換采樣點。預測流速結束時，自動計算采樣參數的平均值，煙氣排放量和所使用的采樣嘴直徑。退出子菜單，選擇主菜單中的“跟蹤采樣”子菜單，設置好每點采時的時間，按“運行”，主機會自動按每點設置的時間采樣。采樣完后，采樣數據將被儲存起來。如果想要打印，選擇主菜單中的“數據打印”，打印機31就會打印出采集到的詳細數據。如果想查詢數據，選擇主菜單中的“數據查詢”子菜單，屏幕就會出現一組采集到的數據，按“翻頁”屏幕會出現另一組數據。
權利要求1.一種油煙、煙塵采樣儀，包含一油煙采集頭(11)或煙塵采集頭(11A)，其特征是它還包括皮托管(12)、熱電偶(13)、主機箱和干濕球溫度計(5)，用于測量排氣溫度的熱電偶(13)的信號輸出端(A1)和電源供電端(B1)分別接至采集板(213)上熱電偶放大電路(213B)信號輸入端(C1)和電源輸出端(D1).在油煙采集頭和熱電偶的正對氣流側(12A)和背對氣流側(12B)有皮托管(12)，皮托管(12)正對氣流側(12A)和背對氣流側(12B)分別接至主機箱(2)內并與動壓(24)和靜壓傳感器(25)相連，主機箱(2)包括主機(21)、抽氣泵(22)、電機(23)、動壓傳感器(24)、靜壓傳感器(25)、計壓傳感器(26)、流量壓傳感裝置(27)和大氣壓傳感器(28)，主機(21)包括電源板(211)、主控板(212)和采集板(213)，主機箱(2)中的各傳感器的信號輸出端(A和B)分別經電阻(R1和R2)分別接至采集板上放大器(231)的信號輸入端(C和D)，再經采集板(213)上多路轉換器(232)和模數轉換開關(233)接至主控板(212)，電源板(211)的輸入端(E0)與主控板的控制線輸出端(E)相連，用于控制電機(23)的轉速，油煙采集頭的導氣管(111)接至主機箱(2)中計壓傳感器(26)和流量壓傳感裝置(27)，再經導氣管(111)與抽氣泵(22)的進氣孔相連，氣流從泵的縫隙中排出，電機(23)通過傳動裝置與泵(22)相連，干濕球溫度計(5)的干球端(51)通過導氣管與油煙采集頭或煙塵采集頭相接，濕球端(52)經導氣管接至主機的流量壓傳感裝置(27)的進氣端，干濕球溫度計的溫度數據傳輸線(53)與主控板(212)中I/O口相連。
2.如權利要求1或2所述的油煙、煙塵采樣儀，其特征是它還包括雙氧水瓶(3)和干燥瓶(4)，油煙采集頭(11A)或煙塵采集頭(11)端通過導氣管(111)與雙氧水瓶(3)的進氣端相連，雙氧水瓶的出氣端經導氣管(111)與干燥瓶(4)相連后接至流量壓傳感裝置(27)的進氣端。
3.如權利要求1或2所述的油煙、煙塵采樣儀，其特征是所述的主控板(212)輸出信號端接至光耦器件(29)的信號輸入端(I)，信號經光耦器件(29)電光和光電轉換后，由光耦器件的信號輸出端(O)接至所述的采集板的信號輸入端或所述的采集板(213)輸出信號端接至光耦器件(29)的信號輸入端(I)，信號經光耦器件(29)電光和光電轉換后，由光耦器件的信號輸出端(O)接至主控板的信號輸入端。
4.如權利要求3所述的油煙、煙塵采樣儀，其特征是所述的主控板(212)輸出信號端接至光耦器件(29)的信號輸入端(I)，信號經光耦器件(29)電光和光電轉換后，由光耦器件的信號輸出端(O)接至所述的采集板的信號輸入端或所述的采集板(213)輸出信號端接至光耦器件(29)的信號輸入端(I)，信號經光耦器件(29)電光和光電轉換后，由光耦器件的信號輸出端(O)接至主控板的信號輸入端。
5.如權利要求1或2所述的油煙、煙塵采樣儀，其特征是所述的油煙、煙塵采樣儀還包括顯示器(30)、打印機(31)和控制開關(32)，顯示器(30)和打印機(31)分別與主控板(212)相連，控制開關(32)接至電源輸出端。
6.如權利要求3所述的油煙、煙塵采樣儀，其特征是所述的油煙、煙塵采樣儀還包括顯示器(30)、打印機(31)和控制開關(32)，顯示器(30)和打印機(31)分別與主控板(212)相連，控制開關(32)接至電源輸出端。
7.如權利要求1或2所述的油煙、煙塵采樣儀，其特征是所述的油煙、煙塵采樣儀還包括顯示器(30)、打印機(31)和控制開關(32)，顯示器(30)和打印機(31)分別與主控板(212)相連，控制開關(32)接至電源輸出端。
8.如權利要求3所述的油煙、煙塵采樣儀，其特征是所述的油煙、煙塵采樣儀還包括顯示器(30)、打印機(31)和控制開關(32)，顯示器(30)和打印機(31)分別與主控板(212)相連，控制開關(32)接至電源輸出端。
專利摘要本實用新型公開一種油煙、煙塵采樣儀,包含一油煙采集頭、皮托管、熱電偶和主機箱,主機箱包括主機、抽氣泵、電機、動壓傳感器、靜壓傳感器、計壓傳感器、流量壓傳感裝置和大氣壓傳感器,主要包括電源板、主控板和采集板。由于采用了各種傳感器和主機箱,使得該采樣儀可以實現實時等速采集油煙或煙塵,達到準確測得油煙或油塵的濃度的目的。
文檔編號G01N1/24GK2401891SQ9924796
公開日2000年10月18日 申請日期1999年11月30日 優先權日1999年11月30日
發明者張萬兵, 張剛, 艾禹 申請人:深圳市北南環保技術有限公司