吹尘试验中粉尘浓度测量技术研究_陈新苹.pdf

吹尘试验中粉尘浓度测量技术研究陈新苹，李世安，刘伟明（工业和信息化部电子第五研究所，广东 广州511370）摘 要：首先，介绍了滤光式粉尘计的测量原理；其次，提出了滤膜测尘的粉尘采样仪方法；然后，阐述了粉尘浓度标定方法；最后，通过试验取样绘制了在8.9 m/s的风速下，温度分别为23、60 时砂尘浓度和光学浓度的关系图，并拟合得到了粉尘浓度与温度之间的关系式。本技术已成功地应用在吹尘试验设备中，可为同类吹尘试验设备的研制提供参考。关键词：吹尘试验；粉尘浓度；测量技术；粉尘采样仪；标定方法中国分类号：X 513文献标识码：A文章编号：1003-0107（2022）12-0025-03Study on Dust Concentration Measurement Technology in DustBlowing TestCHEN Xinping，LI Shian，LIU Weiming（CEPREI，Guangzhou 511370，China）Abstract：Firstly，the measurement principle of the filter dust meter is introduced.Secondly，adust measuring method with dust sampler is proposed.Then，the dust concentration calibrationmethod is described.Finally，the dust concentration and optical concentration relationship dia-gram at 23 and 60 when the wind speed is 8.9 m/s is drawn by test sampling，and therelational expression between dust concentration and temperature is obtained by fitting.Thistechnology is successfully applied in dust blowing test equipment，and can provide referencefor the development of similar dust blowing test equipment.Keywords：dust blowing test；dust concentration；measuring technique；dust sampler；calibration methodCLC number：X 513Document code：AArticle ID：1003-0107(2022)12-0025-03收稿日期：2022-08-09修回日期：2022-11-11作者简介：陈新苹（1965），女，湖南衡阳人，工业和信息化部电子第五研究所、赛宝工业技术集团公司副总经理、高级工程师，从事环境与可靠性环境试验设备的研制开发工作。0引言目前粉尘浓度的测量方法大致有从日本、英国等引进的先进技术、采用散件生产的光电式烟尘浓度测量仪测量和传统的“称重法”。一般最大测量浓度为1 g/m3，为了进行高浓度的测量，必须使用风道内的含尘气流稀释（定量分流）再导入测量仪中，并经试验和测算，整理出测量系数与浓度的换算表，这样一来既增加了风道结构的复杂性，使用测量也不方便，而且经过测量仪的被测含尘气流须排入环境空气中，其所含粉尘还必须经过过滤装置，这样也难免会对周围环境空气造成污染；而“称重法”操作繁琐，不能进行自动测量和实时测量，时间长，很不方便，而且粉尘的大量逸出对工 作 人 员 的 身 体 危 害 也 极 大 1-4。按 照GJB360B20095方法110中所要求的吹尘试验粉尘浓度为（10.67）g/m3，并且能及时监测、控制粉尘浓吹尘试验中粉尘浓度测量技术研究陈新苹，等25电子质量2022年第12期（总第429期）度，显然以上方法对吹尘试验是不合适的。为此，我们提出了一种在吹尘试验中进行粉尘浓度测量的新方案。1粉尘浓度测量方法在吹尘试验前利用滤光式粉尘计测量透射率，通过粉尘采样仪求得粉尘浓度，找出透射率与粉尘浓度的关系。在试验时根据滤光式粉尘计输出的透射率自动查算关系式，及时进行粉尘浓度的监测和控制。1.1滤光式粉尘计测量原理在吹尘试验时，将滤光式粉尘计安装在风道上直接测量气流含尘量。滤光式粉尘计的发送器/接收器是由发送和接收镜头组成，如图1所示。用一个红外二极管作光源，发送器将红外二极管发出的光发射到充满粉尘的空间，再到反射器，光又从反射器反射到接收器，这样，光透过粉尘气流两次，减弱后的光被记录在接收器，同时作为一束电信号通过连接电缆被传送到计算单元中进行计算。滤光式粉尘计以公式（1）计算透射率，范围为0100，计算的透射率转换成模拟量输出或通过计算机直接显示。T=I/I0（1）式（1）中：T透射率，单位为；I0基本光强度，它代表了在测量区域绝对干净的光束，在校准时确定，存储在计算单元；I光强度，接收器检测到的光强度。1.2粉尘采样仪采样方法本方案中采用滤膜测尘的粉尘采样仪，其由装有滤纸的测量杯和气泵组成。首先，设定采样时间；然后，启动气泵进行采样测量，测出规定时间内的粉尘收集量；最后，利用公式（2）计算出粉尘的浓度。C=1 000G2-G1Qct（2）式（2）中：C粉尘质量浓度，单位为mg/m3；G2采尘量+滤纸+测量杯的总重量，单位为mg；G1滤纸测量杯的重量，单位为mg；Qc实际采样流量，单位为L/min；t采样时间，单位为min。具体采样方法为：首先，往设备内加尘，吹尘1 h以后，将带有测量杯盖的管道伸进工作区；然后，根据采样仪的说明规定启动气泵，达到规定的采样时间后，停止气泵工作，并停止吹尘；最后，取出量杯在10 000 g天平上称出收集到的粉尘重量，按照公式（2）计算出粉尘浓度C。2粉尘浓度标定由上可知，滤光式粉尘计主要是反映透射率的，而通常需要的是能直接显示粉尘浓度，因此须对粉尘浓度进行标定。2.1标定方法为了对粉尘浓度进行标定，须求出粉尘浓度与透射率之间的关系。因此，将透射率按公式（3）转换成光学浓度，根据滤光式粉尘计和粉尘采样仪的取样计量结果绘制粉尘浓度与光学浓度的坐标图。E（0.P）=log（1/T）（3）式（3）中：E（0.P）光学浓度。绘制粉尘浓度与光学浓度的坐标图则成为关键所在。将滤光式粉尘计与计算机通过RS-232总线连接，从计算机中直接读取透射率，用粉尘采样仪进行采样集尘求出粉尘浓度。具体做法如下：首先，在一定的温度、风速下，往设备内加尘，待滤光式粉尘计稳定地显示某一透射率时，记录透射率；然后，再用粉尘采样仪采样集尘，记录G、G2、Q、t，按照公式（2）计算出粉尘浓度C，得到透射率与粉尘浓度的一个对应值。如此反复测量67个点，作出粉尘浓度与光学浓度的坐标图，所得的曲线是一条能包括所有点或间距均匀分布的折中直线，剔除偏离直线较远的点，这条直线方程便是粉尘浓度与透射率的关系。根据两者的关系式编制转换程序，将透射率转换成能直接监测和控制的粉尘浓度值。图1滤光式粉尘计测量原理框图26吹尘试验中粉尘浓度测量技术研究陈新苹，等通过以上方法得到的粉尘浓度与光学浓度的坐标图的精度为2。该坐标图与温度、风速有关，因此，需要分别求得各自的关系式。这样在进行吹尘试验时，只需对不同的温度、风速，根据滤光式粉尘计输出的透射率自动查算不同的关系式，便可直接进行粉尘浓度的监测和控制。2.2标定结果通过试验取样绘制了在8.9 m/s的风速下，温度分别为23、60 的砂尘浓度和光学浓度的关系图，得到它们之间的关系式。温度为23、风速为8.9 m/s时，粉尘浓度测试值如表1所示，光学浓度的关系如图2所示。温度为60、风速为8.9 m/s时，粉尘浓度测试值如表2所示，光学浓度的关系如图3所示。从图2和图3分别得到了在8.9 m/s的风速下，温度为23、60 时粉尘浓度与透射率之间的拟合关系式如下。1）温度为23 时C=26 957.21og（1/T）（4）2）温度为60 时C=28 940.2log（1/T）（5）3结束语本文研究的粉尘浓度测量方法可以快速、准确、及时、方便地监测、控制粉尘浓度，并且减少了粉尘对工作人员身体的危害。该粉尘浓度测量技术已成功地应用在吹尘试验设备中，解决了吹尘试验设备的关键技术难点，其技术水平达到了目前国际先进水平，可为吹尘试验设备的研制提供参考。参考文献：1张宁宁，孙立明，刘兆旭.砂尘试验军用标准的方法探讨J.环境技术，2017，35（4）：147-150.2郑建福，罗军，马军，等.带风源砂尘试验设备关键技术研究与开发Z.广州：广东省广州赛宝仪器设备有限公司，2016.3张开平，刘学斌.大型吹砂吹尘综合环境试验系统工程实现及应用J.环境技术，2013，31（6）：6-9；17.4马志宏.砂尘一体化环境试验系统的设计及研制J.环境技术，2013，31（6）：47-51.5中国人民解放军总装备部.电子及电气元件试验方法：GJB 360B2009 S.北京：总装备部军标出版发行部，2020.表1温度为23、风速为8.9 m/s时粉尘浓度测试值测试值G2/mgG1/mgC/（mgm-3）T/%log（1/T）10.00.00100.00.00223 315.623 240.33 76532.40.16325 053.124 923.76 47053.70.27425 746.325 572.68 68538.90.41523 704.923 400.515 22028.80.54624 002.323 590.520 59016.60.78注：采样时间为1 min，采样流量为20 L/min图2温度为23、风速为8.9 m/s时光学浓度的关系图25 00020 00015 00010 0005 0000C/(mgm-3)0.00.20.40.60.81.0log（1/T）表2温度为60、风速为8.9 m/s时粉尘浓度测试值测试值G2/mgG1/mgC/（mgm-3）T/%log（1/T）10.00.00100.00.00222 485.922 420.33 28075.90.12323 530.323 383.67 33560.30.22425 556.225 346.710 47538.90.41525 295.524 965.316 51029.50.53623 214.822 765.622 46016.60.78注：采样时间为1 min，采样流量为20 L/min图3温度为0、风速为8.9 m/s时光学浓度的关系图25 00020 00015 00010 0005 0000C/(mgm-3)0.00.20.40.60.81.0log（1/T）27