煙氣在線監測系統中粉塵儀原理與選型

    在國內對環境治理的要求越來越高，其中大氣中的粉塵濃度成為環境污染的重要組成部分，也成為各級環保部門重點監控的內容。那不同的粉塵監測設備所用的原理是什么樣的，以及面對不同工況下設備如何選擇也是保證監測數據穩定與真實前提。
    目前粉塵儀的原理主要分為重量法、微量振蕩天平法、β射線法、光散射法四種原理，以下是這四種原理的介紹。

    1.光散射原理
    當光線照射到空氣中的懸浮顆粒上時，會產生散射光，而散射光的強度與顆粒的質量濃度成正比。通過測量散射光的強度并應用質量濃度轉換公式，乘以K系數，并進行數字信號處理。這樣粉塵濃度信號就能夠被轉換成電信號并被相應的設備接收和分析。
    激光后散射：入射光通過煙道中的粉塵顆粒后，光強減弱，粉塵顆粒將其反射到各個方向，對于與入射光夾角在一定范圍內的這部分散射光被稱為后向散射，后向散射光的信號強度與粉塵顆粒物濃度成正變化。根據這一原理，儀器通過內嵌高穩定激光信號源穿越煙道，照射粉塵粒子，光接收器反射激光信號即可計算出粉塵濃度。
    激光后散射煙塵儀光學部分包括激光光源及功率控制、光電傳感、散射光接收部分。其原理為激光器發出的650nm束以一個微小的角度射入排放源（煙道/煙囪），激光束與煙塵粒子作用產生散射光，背向散射光通過接受系統進入傳感器轉變成電信號進行處理。電路部分實現光電轉換、激光束的調制、信號放大、解調、光源的功率控制、V/I轉換功能。校準器用于產生一穩定的光信號，對儀器進行零點及跨度校準。
    激光前散射：激光器發出的激光被煙塵散射后，其前向散射光波被中間投射邊緣的發射鏡反射并匯聚至光纖中，并最終由探測器檢測。前向散射法使用的光源為激光，優點是發射、接收和反射模塊可以做成一體的，因而安裝不需要光路準直。儀器安裝簡單,維護工作量小。其檢測濃度可以達到0至5mg/m3.由于前向散射法光程設計較短，就采樣方法來看，可以近似為點測量，對煙道前后直管段有一定的要求，一般要求有一定長直管段的煙道上。
    激光前散射方法通過抽取加熱回送方式的煙氣取樣設計，可以用于被測氣體含有極高水霧或顆粒物濃度過低的場合。

    2.β射線法原理
    貝塔射線是帶電粒子在運動過程中釋放出的一種電離輻射。貝塔射線的能量較低，能夠穿透一定的物質。當貝塔射線通過含有顆粒物的介質時，會與顆粒物發生作用，與顆粒物發生散射或吸收，進而發生能量損失。根據貝塔射線與顆粒物的相互作用，我們可以利用測量散射或吸收后的射線強度來推斷顆粒物的存在和濃度。在貝塔射線法中，常用的測量設備是貝塔計數器。它包括一個放射源和一個探測器。放射源會釋放出貝塔射線，并穿過要測量的樣品，然后被探測器接收。
    當貝塔射線通過顆粒物時，會發生散射或吸收。這些散射或吸收的射線會導致探測器中的電流或計數發生變化。根據這些變化，我們可以計算出顆粒物的濃度。通常，測量結果會通過顯示屏或計算機來展示和記錄。
    貝塔射線法具有測量精度高、響應速度快、操作簡便等優點，因此在空氣質量監測、工業顆粒物排放控制等領域得到了廣泛應用。
    需要注意的是貝塔射線法在一些特殊情況下可能會受到其他因素的干擾，如樣品中存在的其他輻射源或測量環境中的背景輻射。因此，在進行測量時需注意校準和準確性驗證，以確保測量結果的可靠性和準確性。

    3.粉塵傳感器重量法原理
    重量法的原理是使用具有特定切割特征的采樣器，恒速地抽取一定體積的空氣樣品，將樣氣中的顆粒物截留在已知質量的濾膜上。通過比較采樣前后濾膜的質量差異和采樣體積，可以計算出粉塵的濃度。需要注意的是，在計量顆粒物濃度時，單位"ug/m3"中的分母體積應該是在標準狀況下（0℃、101.3kPa）的體積。因此，實際測量得到的溫度和壓力下的體積需要進行換算，轉換成在標準狀況下的體積。

    4、振蕩天平法原理
    微量振蕩天平法是在傳感器內使用一個振蕩空心錐形管，在其振蕩端安裝可更換的濾膜，振蕩頻率取決于錐形管特征和其質量。當采樣氣流通過濾膜，其中的顆粒物沉積在濾膜上，濾膜的質量變化導致振蕩頻率的變化，通過振蕩頻率變化計算出沉積在濾膜上顆粒物的質量，再根據流量、現場環境溫度和氣壓計算出該時段顆粒物標志的質量濃度。
    振蕩天平法是一種常用于測量顆粒物質量濃度的方法。它利用了振蕩天平的原理來獲取顆粒物的質量信息。振蕩天平是一種精密的天平儀器，它通過測量顆粒物質量在天平上的改變來推斷顆粒物的質量。在振蕩天平法中，樣品通常放置在一個容器中，然后通過振動來使顆粒物在容器內均勻分布。當樣品振動時，顆粒物會受到慣性力的作用，從而使天平上的樣品質量發生變化。通過測量這種質量變化的大小，我們可以計算出顆粒物的質量。
    振蕩天平法的測量精度很高，能夠快速準確地測量顆粒物的質量濃度。此外，振蕩天平法還具有樣品處理簡便、實驗過程可控等優點。
    需要注意的是，在進行振蕩天平法測量時需要注意樣品的堆積和分散情況，以確保顆粒物在容器內均勻分布。同時，對于不同類型的顆粒物和樣品性質，可能需要采用不同的振動參數和實驗條件，以獲得準確可靠的測量結果。

    新澤儀器生產研發的SDUST-110型顆粒物在線監測系統采用世界先進的激光分析技術與中國環境監測技術相結合，采用設計獨特的改進型加熱抽取探頭以及高靈敏度激光小角度前散射激光測量單元，共同組成了適用于低濃度顆粒物的在線測量裝置（主要量程0～10mg/m3、0～30mg/m3）。該裝置以HJ75-2017、HJ76-2017、JJG846-2015等相關標準規范為依據，采用抽取式激光前散射法對低濃度顆粒物進行測量。適用于濕法脫硫后出口及濕式電除塵器出入口等飽和濕煙氣環境測量。