烟尘光学密度仪原理

使用环境　　LBT2000型(原CCZ-1000型)烟尘浓度监测仪是新一代在线监测仪器，可以在风、雨、雷电、粉尘、高低温度等恶劣环境下长期连续不间断地监测污染源的烟尘排放情况。目前已经广泛应用以下领域：环保污染源烟尘排放监测、除尘设备效率监测、燃烧效率监测、工业制造过程中粉尘浓度的测量、工矿企业职业健康保护粉尘监测、生产车间、厂房的粉尘负荷监控、科学研究、实验现场测试等。涉及行业包括水泥、火电、钢铁、冶金、炼油、铝业、石化、造纸、玻璃工业等。　　工作原理　　LBT2000型(原CCZ-1000型)烟尘浓度监测仪采用激光后向散射测试原理完成对被测烟道的烟尘浓度的测定。LBT2000其内嵌的高稳定激光信号源穿越烟道，照射烟尘粒子，被照射的烟尘粒子将反射激光信号，反射的信号强度与烟尘浓度成正变化。LBT2000检测烟尘反射的微弱激光信号，通过特定的算法即可计算出烟道烟尘的浓度。　　技术特点　　1、智能化设计，适用于各种污染源烟尘的在线连续监测 。　　2、采用多种先进技术。包括：光功率自适应稳定技术、大动态自适应锁相放大技术、极低零点漂移设计技术、抗恶劣环境设计技术，提供快速、可靠和准确的定量烟尘排放数据。　　3、独有在线校准专利技术，无需将仪器拆下即可进行零点和量程校准。　　4、结构紧凑、安装简单、抗雷击、抗恶劣环境、成本低、维护量小。　　5、提供多种输出接口。　　工作原理：激光后向散射测量　　测定对象：工业废气、烟尘　　机械特性　　1、外壳：全金属外壳　　2、外型尺寸：205×160×160 mm (H×W×D)　　3、重 量：2 Kg　　4、防护等级：IP66　　光学特性 工作波长：(650±20)nm　　测量性能　　(1)测量范围：(0～100,500,1000,2000,4000)mg/m3，可设定　　(2)零点漂移：±2%F.S./24h　　(3)量程漂移：±2%F.S./24h　　(4)示值误差：±2% F.S.　　(5)响应时间：≤ 10s　　(6)烟道直径：(0.7～20)m　　(7)电源要求 DC24V/0.3A　　环境工作条件　　(1)工作温度： -20℃～50℃　　(2)烟囱等探测温度：0-400℃　　(3)接口特性 模拟输出：(4～20)mA　　(4)数字接口：RS485　　(5)1路继电器输出：超限报警指示(限LBT2000-A型)继电器额定值：2A 30VDC　　(6)4路模拟量输入：可集成温、压、流等参数，并转换成数字量输出。(限LBT2000-B型)

一、引言及定义 烟尘颗粒物是指悬浮在大气中的固体和液体气溶胶。因为烟尘颗粒物是非气体的，所以浓度不能以体积单位表示，常用的单位为mg/m3 烟尘的习惯称呼有：颗粒物、尘粒、粉尘、超微粉尘、飘尘等 烟尘测量仪用于对固定污染源排放烟尘作长期的连续的监测，反映烟尘在某一时间的排放情况。目前得到广泛应用连续监测系统以下几种：不透明度（浊度）测尘仪、散射光测尘仪、射线吸收法测尘仪、电荷法测尘仪。二、烟尘连续测试技术简介 1、不透明度测尘仪 原理：光通过含有烟尘的烟气时，光强因烟尘的吸收和散射作用而减弱，通过测定光束通过烟气前后的光强比值来定量烟尘浓度。 透明度的定义：当一束光通过含有颗粒物的烟气时，参比光强和光束和光束通过烟气后的光强I的比值 透明度符合朗伯-比耳定理。朗伯-比耳定理表明光通过含有颗粒物的烟气的透过率与acL呈指数下降，即： 式中， ---光通过烟气的透过率； ---入射光强； I---出射光强； a---分子吸收率（与颗粒物直径、波长及吸光度有关）； c---污染物浓度 L---光通过烟气的距离 不透光度用于表示被粒子遮挡后损失的光：O=1-T 透光度和不透光度相对于粒子浓度均为非线性参数。为了得到相对于粒子浓度的线性参数，引用了消光度的概念，透光度、不透光度和消光度之间的关系见下式：E=log(1/T)=-log(T)=kcl 对于稳定的介质和固定的波长，a为常数，对于固定的烟道，L为常数。因此，E与烟尘浓度成正比。 不透明度（浊度）测尘仪，分为单光程测尘仪和双光程测尘仪两种。单光程测尘仪的光源发射端与接受端烟道或烟囱两侧，光源发射的光通过烟气。由安装在烟道或烟囱对面的接受装置检测光强，并转变为电信号输出。双光程测尘仪的光源发射端与接受端在烟道或烟囱同一侧，由发射／接收装置和反射装置两部分组成，光源发射的光通过烟气，由安装在烟道对面的反射镜反射再经过烟气回到接收装置，检测光强并转变为电信号输出。 2、散射光测尘仪 一光束设人烟道，光束与烟尘颗粒相互作用产生散射，散射光的强弱与总散射截面成正比，当烟尘颗粒物浓度升高时烟尘颗粒物的总散射截面增大，散射光增强，通过测量散射光的强弱，即可得到烟尘颗粒物的浓度。 当粒子被照明时会出现不同的效应，这些效应互相重叠，在不同的角度他们的量是不同的。散射光是与辐射角相关的观察角的函数。 其关系式如下： 式中，N：测量敏感区颗粒物总数； f（D）：颗粒物的粒径； Vv：测量敏感区的体积； g：重力参数 。 根据接收器与光源所呈角度的大小可分为前散射、边散射及后散射。前散射测尘仪，接收器与光源呈士60o；边散射测尘仪，接收器与光源呈土(60o-120o）；后散射测尘仪，接收器与光源呈土（1200一180o）。测尘仪光学探头分插人烟道内和位于烟道外两种形式。 3,射线测尘仪 射线是放射线的一种，是一种电子流。所以，在通过物质时，和物质内的电子发生散射、冲突而被吸收。当射线的能量恒定时，这一吸收量就与物质的质量成正比，不受颗粒物的粒径、分布、颜色等的影响。测尘仪将烟气中颗粒物按等速采样方法采集到滤纸上，利用射线吸收方式，根据滤纸在采样前后吸收射线的差求出滤纸捕集颗粒物的质量，用质量浓度（mg/m3 )表示出颗粒物的浓度。 4,电荷法测尘仪： 任何两种不同的物质在动态状况下会互相之间产生静电荷。如果颗粒物互相碰撞；电子将从一种物质传导至另一种物质。这时，此静电荷会产生微弱电流，这就是我们熟悉的”摩擦生电”原理。如果颗粒物只是流经过一种材料（探头），两者之间会形成一种感应电荷：当流动中带正电荷的颗粒物接近探头的有效距离时，探针内的电子将被吸引到接近颗粒物的外层。当此颗粒物流过探头安装位置后，探针内的电子将被推移至远离颗粒物的另一面。当颗粒物离开有效感应距离时，探针内电子将恢复原来的分布状况。这种电子群的移动现象也能形成一股可被探测到的微弱电流。这就是”电荷感应”原理。 电荷法监测设备就是利用探测各烟尘颗粒物与探针之间所产生的静电荷，经过放大，分析和处理，转换成一种电子信号并传送进监测系统。利用”摩擦生电”原理来获取信号的烟尘排放监测设备称为”直流祸合”技术；利用”电荷感应”原理来获取信号的烟尘排放监测设备称为”交流祸合”技术。 实践证明，烟尘颗粒物排放量与”交流藕合”技术监测探头感应信号是一个线性关系。 5 光闪烁法 光闪烁法检测光源采用可调 LED （ 2KHz ，波长 637nm ），能自动识别调制光，排除背景外界光线强度，并自动补偿，以保持测量精度，其检测原理是利用粉尘颗粒通过探测光线时，会吸收光线，引起接收的光线强度迅速变化，接收器通过检测光线调制信号干涉幅度的变化，这种变化量直接反映粉尘浓度的变化，并成比列。粉尘的浓度越大，则调制信号的干涉幅度越强，因此该仪器只对管道或烟囱中移动的粉尘作出响应，而实质上并不受镜头积灰及不良连接或老化等因素的干扰，这是 该仪器独特的优点，不同于传统的浊度仪，只测量接受到的光线强度的衰减，而探测头不能区分出在管道中移动的粉尘和积聚在镜头上的粉尘。 该仪器的发射头与接收头安装了空气清吹接头，可以防止镜头积灰，由于 该仪器完全消除了假信号与其他干扰信号的影响，因此不需对检测探头做很多的维护。 三、烟尘测试仪的主要技术指标检验 烟尘分析仪的主要技术指标包括零点漂移，量程漂移，相关度，准确度。 1、零点漂移和量程漂移： 在检测期间开始时，人工或自动校准仪器的零点和量程，记录最初的模拟零点和量程读数，每隔24小时测定并记录零点和量程的读数，然后校准仪器的零点和量程值 零点漂移：可按下式计算零点漂移。 △Z＝Zi一Zo Zd＝△Zmax/R x 100％式中：Zo -－－－－－零点读数初始值 Zi－－－－－一第i点零点读数值 Zd -－－－－－零点漂移 △Z-－－－－－零点漂移绝对误差 △Zmax－－－－零点漂移绝对误差最大值 R-－－－－－仪器满量程值 量程漂移：可按下式计算量程漂移。 △S=Si-So Sd＝△Smax/R x 100％式中： So -－－－－－量程读数初始值 Si -－－－－第i点量程读数值 Sd-－－－－量程漂移 △S-－－－－量程漂移绝对误差 △Smax-－－－－量程漂移绝对误差最大值 R-－－－－一仪器满量程值 2、相关性：浓度相关性校准是建立不透明度与烟气中颗粒物质量浓度的关系曲线，利用关系曲线确定排放颗粒物的浓度。关系曲线在实际运用中，假定颗粒物特性与获得校准曲线时颗粒物的特性相同。如果颗粒物直径分布发生变化，对光的散射行为会发生变化，使由校准曲线获得的颗粒物浓度与烟气中颗粒物实际浓度存在一定的差距，由于校准曲线的置信区间和允许区间比较宽，只要存在的差距落在允许区间范围内，仍认为校准曲线得到的颗粒物浓度是可靠的。 在检测期间，生产设备和治理设施正常运行，在低中高生产能力或调节颗粒物控制装置改变颗粒物排放浓度条件下进行测试 参比方法与CEMS同步进行，CEMS同步进行，CEMS每分钟记录一次显示值，取与参比方法同时间区间显示值的平均值与参比方法测定值组成一个数据对，至少取得15个数据对。以CEMS的显示值为横坐标（X)，参比方法测定的颗粒物质量浓度为纵坐标（Y）。由最小二乘法建立两个变量之间的关系。 一元回归方程： Y＝a一bX a-－－一偏移量 b-－－－一斜率 然后再求出两者的相关系数 3、准确度和相对误差：在复检期间，生产设备和治理设施正常运行，当达到被测设施最大生产能力70%以上时，可进行准确度和相对误差的测量。 计算方法：将参比方法测定值减去CEMS显示值除以参比方法显示值，计算相对误差。 　 　　三、烟尘连续监测仪的应用 　　1.监视烟尘排放浓度是否合格 　　为了确保环境不受污染，各国环保法对各种类型的工业窑炉烟尘排放浓度作了明确规定。非连续计重法测量一次需数个小时，显然不适合用来长期监视烟尘排放浓度。用直读式带有记录仪装置的连续测尘仪，可监视烟尘排放浓度是否合格。当烟尘排放浓度超标后，可发出报警信号，以便引起人们注意。记录装置可长期连续记录烟尘排放浓度，全面反映了烟尘排放规律，为环保部门提供完整的统计数据，也为设计部门设计合理除尘装置提供科学依据。 　　2.用于布袋除尘器破袋检查和确定清灰间隔时间和清灰时间 　　布袋除尘器是一种广泛应用的除尘设备。大、中型布袋除尘器一般设若干分隔仓，在每个仓内装有一定数量的袋子。袋子破损后会使烟尘排放浓度增大。对仓内破袋进行人工检查，不仅工作量大，而且费时。由微机控制的袋除尘器配置

[align=center][b][font=黑体][size=16pt]烟尘采样仪的变迁[/size][/font][/b][/align][size=14pt] 烟尘采样器按原理分为“预测流速法”、“动压平衡法”、“静压平衡法”、“皮托管平行法”等几种类型。它们所遵守的共同原理是根据特定的公式计算出实时的烟道流速并控制抽气泵以相同的流速抽取烟道含尘气体，又玻璃纤维滤筒捕集烟道粉尘，按设定的时间采集样品后，回实验室称重滤筒增重，用滤筒增重除以采样体积，就得到了烟尘排放浓度，用烟尘排放浓度除乘以烟道排风量，就可以得到烟尘排放量。[/size][size=14pt] 上世纪八十年代前还没有市售的烟尘采样仪，靠自己自制孔板流量计、皮托管和采样枪，加上购买的倾斜式微压计、真空泵和湿式流量计在现场组装而成，测试原理为“预测流速法”。那时没有滤筒，是在一球或两球干燥管内塞上玻璃纤维干燥至恒重后使用；没有计算器，预测流速和繁琐的等速采样流量计算，手工笔算太费时，只能拉计算尺来进行计算。现场采一次样得花上半天，记录的烟气参数密密麻麻。[/size][size=14pt] 进入八十年代，武汉和承德推出了第一代的烟尘采样器，这第一代的烟尘采样器只不过是把上述各部件小型化后组装起来，其中的湿式流量计变成了小巧的干式流量计，孔板流量计变成了转子流量计，并开始用上了滤筒。由于仪器没有任何电子调控和计算功能，需借助线算图查表法或刚面世的简易计算器来计算需要手动控制的等速采样流量。[/size][size=14pt] 九十年代前后第二代的烟尘采样器陆续面世，比较有代表性的是上海宏宇推出的静压平衡法JYP烟尘采样器和武汉分析仪器厂推出的动压平衡法DYP-81烟尘采样器。这类仪器借助集成在采样管上的压力等速管来手动平衡需控制等速采样流量，在现场省去了复杂的等速采样流量计算过程。[/size][font='Times New Roman'][size=14pt] 2000[/size][/font][font=宋体][size=14pt]年前后，随着青岛崂应、总厂武汉天虹等仪器生产商的崛起和微电脑单板机的普及应用，烟尘采样器实现了由手动跟踪到自动跟踪的重大转变，该时期的代表产品为崂应[/size][/font][font='Times New Roman'][size=14pt]3012[/size][/font][font=宋体][size=14pt]、[/size][/font][font='Times New Roman'][size=14pt]TH-880[/size][/font][font=宋体][size=14pt]和[/size][/font][font='Times New Roman'][size=14pt]WJ-60B[/size][/font][font=宋体][size=14pt]等。第三代的烟尘采样器以“皮托管平行法”原理为主，即通过“[/size][/font][font='Times New Roman'][size=14pt]S[/size][/font][font=宋体][size=14pt]型皮托管”测量烟道、烟囱及排气筒动压、静压、铂电阻或热电偶测量温度，单片机根据特定的公式计算出实时的烟道流速并控制抽气泵以相同的流速抽取烟道含尘气体。由于这类仪器具有自动化程度高、测量数据准确可靠和采样效率高等优点。因此成为目前各环境监测实验室在用的主流仪器。近几年来相关厂商还在仪器小型化和高度智能化等方面作了大量的改进，仪器逐渐变得越来越轻。[/size][/font]