粉尘检测.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,粉尘检测,1 粉尘的来源、分类及其,危害,工业的发展带来对生产环境和空气的污染，粉尘污染是重要的一项。与环境监测中监测大气中粉尘有所不同，职业卫生安全检测所测定的粉尘物主要指作业场所的生产性粉尘。在生产过程中产生，并且能够较长时间悬浮于空气中的固体微粒称为生产性粉尘。在工作场所，粉尘不仅严重影响人类健康，还带来了诸如矽肺（或称硅肺，硅沉着病)、尘肺(肺尘埃沉着病)等疾病，而且还危害机电设备，甚至可能产生爆炸带来重大损失。,为了控制粉尘对环境危害，有效实施劳动保护，保证生产安全，必须对粉尘的物理化学性质、粉尘的粒径及分布、粉尘浓度等进行检测。,11粉尘来源,在工业生产的许多过程中都产生生产性粉尘。按照形成方式可分为以下几种来源：,固体物质的机械破碎，如钙镁磷肥熟料的粉碎，水泥粉的粉碎等。,物质的不完全燃烧或爆破，如矿石开采、隧道掘进的爆破，煤粉燃烧不完全时产生的煤烟尘等。,物质的研磨、钻孔、碾碎、切削、锯断等过程的粉尘。,金属熔化，如生产蓄电池时熔化铅的工序产生的铅烟尘。,成品本身呈粉状，如炭黑、滑石粉、有机染料、粉状树脂等。,在工业过程中接触粉尘的工作很多，如矿山的开采、爆破、运输；冶金工业中的矿石粉碎、筛分、配料；机械铸造工业中原料破碎、清砂；钢铁磨件的砂轮研磨；石墨、珍珠岩、蛭石、云母、萤石、活性炭、二氧化钛等粉碎加工；水泥包装；橡胶加工中的炭黑、滑石粉使用等过程中，若防尘措施不完善，均有大量生产性粉尘外逸。,12粉尘分类,根据粉尘的性质及来源，粉尘可分为三类。,(1)无机粉尘。主要包括：矿物性粉尘，如石英、石棉和煤等粉尘。金属性粉尘，如铜、铍、铅和锌等金属及其化合物粉尘。人工无机粉尘，如水泥、金刚砂和玻璃纤维粉尘。,(2)有机粉尘。主要包括：植物性粉尘，如棉、麻、甘蔗、花粉和烟草等粉尘。动物性粉尘，如动物皮毛、角质、羽绒等粉尘。人工有机粉尘，如合成纤维、有机燃料、炸药、表面恬性剂和有机农药等粉尘。,(3)混合性粉尘。上述各类粉尘中两种或两种以上粉尘的混合物称为混合性粉尘。生产过程中常见的是混合性粉尘。,还原性的有机和无机粉尘，如硫磺、煤、棉、麻、面粉等，在生产车间等相对密闭场所的空气中达到一定浓度范围时，可发生粉尘爆炸。煤矿的煤粉爆炸、棉麻加工厂的棉麻粉尘爆炸等都是非常严重的生产安全事故。,粉尘的粒径不同，则其理化性质也不同，能够进入人体呼吸系统(鼻咽区、器官和支气管区、肺泡区)的部位也不同，因此对人体危害程度也不一样。按粒径大小可将粉尘颗粒物分为以下五类：,(1)降尘(dustfall)是指在空气自然环境条件下，能靠自身重力很快自然沉降的颗粒物。降尘粒径大于30m。降尘颗粒的理化性质接近于固体物质，表面自由能低，很少聚积或凝聚。由于其难以进入呼吸道，对人体健康的危害也较小。,(2)总悬浮颗粒物(total suspended pariculates，TSP)是指一定体积空气中所含有的、能较长时间悬浮的粉尘颗粒物的总质量，其单位是mgm,3,。粉尘颗粒能否悬浮于空气中，不仅与其颗粒直径有关，也与其密度有关，密度较小的物质产生的粉尘较易悬浮，可悬浮的颗粒粒径范围也较宽，反之较窄，所以TSP中的颗粒物粒径也没有一个明确的粒径上限。,(3)可吸入颗粒物(inhalable particulates，IP)经口腔和鼻孔被吸入，并能达到鼻咽区的悬浮颗粒物被称为可吸入颗粒物。显然，IP的粒径范围与劳动场所的风速、风向及劳动者的呼吸急促程度有关。人们对定义IP的粒径小于10m产生疑问是有道理的。,(4)胸部颗粒物(thoracic particulates，TP)在可吸入颗粒物中，能穿过咽喉的颗粒物被称为胸部颗粒物，其粒径小于30m。在粒径小于30m的范围内，质量累积达该范围颗粒物总质量的50时的粒径(D,50,)通常在10m左右，故称为PM10(particulate matter，PM)，所以TP和PM10含义相同，它表示D,50,=10m，且粒径小于30m的可吸入颗粒物。,在TP中，粒径较大(10m)的颗粒物质量相对较大，被人体吸入后具有转大的惯性，在鼻腔陡弯处和咽喉部位与呼吸道内壁碰撞，致使大部分颗粒沉积在上呼吸道，少量进入气管和支气管前段；粒径在510m范围内的颗粒物，由于重力作用，大部分在气管和支气管区发生沉降，5m左右的可吸物进入肺泡，沉积率达到50左右。,(5)呼吸性颗粒物(respriable particulates，RP)可吸入颗粒物能进入肺泡的称为呼吸性颗粒物。对健康人群来说，这类颗粒物的粒径12m，D,50,=4m；对于儿童、年老体弱和有心肺疾病等高危人群来说，RP的粒径7m，D,50,=25m，PM25的概念就据此而来。,粒径较大的颗粒物主要是通过扩散作用布朗运动沉积在肺泡中。可见，大气中颗粒物粒径不同，颗粒物在人体呼吸系统中沉积部位不同，沉积率也不同。沉积率越高，对人体健康危害越太，空气中悬浮颗粒污染物中小的颗粒污染物对人体健康的影响比大的颗粒污染物更明显。因此，研究PM10和PM25对保障劳动者职业安全健康具有重要意义。,13粉尘的危害,生产性粉尘的种类和性质不同，对人体的危害也不同。由粉尘引起的疾病和危害主要以下几种：,(1)尘肺 尘肺是长期吸入高浓度粉尘所引起的最常见的职业病。引起尘肺的粉尘种类不同，尘肺的名称也不同：含二氧化硅粉尘硅肺；炭黑粉尘炭黑肺；滑石粉粉尘滑石肺；铸造型砂粉尘铸工尘肺；电焊焊药粉尘电焊工尘肺；煤粉煤肺等。,(2)中毒 粉尘中含有铅、镉、砷、锰等毒性元素，在呼吸道溶解被吸收进入血液循环引起中毒。,(3)上呼吸道慢性炎症 毛尘、棉尘、麻尘等轻质粉尘，在被吸入呼吸道时，易附着于鼻腔、气管、支气管的黏膜上，长期局部刺激作用和继发感染引起慢性炎症。,(4)眼疾病 金属粉尘、烟草粉尘等，可引起角膜损伤。,(5)皮肤疾患 细小粉尘堵塞汗腺、皮脂腺而引起皮肤干燥，继发感染，发生粉刺、毛囊炎、脓皮病等，沥青粉尘可引起光感皮炎。,(6)致癌作用 放射性粉尘的射线易引发肺癌，石棉尘可引起胸膜间皮瘤，铬酸盐、雄黄矿尘等也引发肺癌。,2 粉尘物性检测,21粉尘密度检测,由于粉尘粒子间的空隙，颗粒的外开孔和内闭孔占据了尘粒本身大得多的体积，这使得粉尘的密度有三种概念：,(1)粉尘的堆积密度。指单位体积内松散堆积的粉尘质量。,(2)真密度。指单位体积(不包括内闭孔体积)的粉尘颗粒材料所具有的质量。粉尘的真密度，在理论上应于形成这种粉尘的固体材料的密度一致。,(3)假密度。指单位粉尘颗粒体积(包括内闭孔体积)所具有的粉尘质量。,实际测量和应用中，常把粉尘的真密度和假密度视为一致，这是因为测量粉尘体积时很难把内闭孔的体积测量出来，而且在机械破碎过程中产生的粉尘一般没有内闭孔，只有在化学过程中形成的某些粉尘有内闭孔，这种粉尘的,真密度值比假密度值大。通常，采用液相置换法测定粉尘的真密度。,液相置换法是选取某种浸润性好、不溶解粉尘、不与所测粉尘起化学变化也不使粉尘体积膨胀或收缩的液体注入粉尘，将粉尘粒子间及外表空隙的空气排除，以求得粉尘颗粒的材料体积，然后根据测量的粉尘质量计算粉尘的真密度。,液相置换法测试系统P、121图61所示。首先称量洗净烘干后的比重瓶的质量m,0,，装入粉尘(约至瓶体积的13)并称量瓶加尘质量m,s,。将浸液注入装有粉尘的比重瓶内(约至瓶体积的23处)，然后置于密闭容器中抽真空，直到瓶内基本无气泡逸出时停止抽气，保持30min，使瓶中气体充分排出。取出比重瓶并注满浸液，称其质量m,sl,(瓶+尘+液)。倒空比重瓶并洗净，重新注满浸液称其质量m,l,(瓶+液)。按下式计算粉尘真密度,p,：,(61),式中,l,浸液在测,定温度下的密度。,测定时需做平行样品，,二者的误差应小于1，,否则重新测定。粉尘真,密度取平行样品的平均,值。温度的变化是误差,的主要原因，为此通常,将比重瓶置于恒温槽充,分恒温后再读取温度。,22粉尘比电阻检测,221粉尘比电阻及其重要性,粉尘对导电的阻力特征通常用比电阻,R,来表示,(cm)(62),式中U,fc,施加于粉尘层的电压，V；,j,A,通过粉尘层的电流密度，Acm,2,；,fc,粉尘层的厚度，cm。,粉尘比电阻对电除尘器的运行及除尘效率有很大影响。电除尘器对比电阻在10,4,510,10,(cm)范围内的粉尘具有较高的捕集效率。当粉尘比电阻低于10,4,(cm)时，尘粒到达极板立即放出原有电荷而带上与极板同极性电荷被排斥到气流中去。当粉尘电阻高于10,11,(cm)时，尘粒在收尘极板上放电缓慢，随着粉尘在收尘极板上的沉积会使尘层表面的电位越来越高，当粉尘层内的电场强度达到某一值时就会产生反电晕，从而破坏正常的除尘过程，使除尘效率降低。当粉尘比电阻数值不利于电除尘器时，应采取措施调节粉尘的比电阻值，以保证电除尘器的正常工作。,222影响粉尘比电阻的因素,粉尘比电阻受到各种因素的影响，即使对同一种粉尘，由于条件不同，所测得的比电阻值液不同，有时相差23个数量级。,(1)粉尘层的孔隙率及粉尘层的形成方式。由粉尘颗粒形成的粉尘层存在着大量孔隙，空隙中充满空气，空气的导电性远不如固体粉尘，因而孔隙率(粉尘之间的孔隙体积与整个体积之比)的大小直接影响到粉尘层的电阻值。粉尘层的孔隙率与粉尘颗粒大小、粒径组成及粉尘层形成方式等有关。高孔隙率粉尘比低孔隙率粉尘的比电阻高，对于同物质的粉尘，比电阻可相差510倍。,在电除尘器中，粉尘颗粒在库仑力作用下排列规则，形成的粉尘层充填率高。而在比电阻测试中，常常不能完全模拟电除尘器中粉尘层的沉积方式，一般采用机械方式形成粉尘层，此种方式形成的粉尘层充填率低，多采用加压或振动方式提高其充填率。,(2)粉尘层的电气特性。一般固体材料的电阻服从欧姆定律，即伏安特性为线性，电阻为一恒定值，但是粉尘层的电气特性却不然，由于其间存在孔隙，尘粒与气体接触表面积大为增加，电压与电流关系不再服从欧姆定律，随着电压增高，电流增加很快，电阻值随之减小，不再为恒定值。P、122图62为几种粉尘的比电阻与测定电压关系曲线。,由于粉尘比电阻随测定电压不同而不同，因此测定电压的选定十分重要，通常取略低于火花击穿电压的数值作为测定电压，或取击穿电压的85作为测定电压。,(3)粉尘温度和湿度。P、122图63为高炉粉尘比电阻随温度变化曲线。从图中可以看出，低温下粉尘比电阻随温度升高而升高，当达到某极值后，温度进一步升高，比电阻反而降低。这种现象可用粉尘的两种导电机理，即表面导电和体积导电来解释。,粉尘表面吸附水蒸气和其他导电物质形成一层导电膜，电流通过这层水膜形成表面导电，随着温度升高，水膜逐渐蒸发减薄，电流传导能力降低，电阻增加，当水膜完全被蒸发时，粉尘比电阻最高，此后，导电主要通过材料内部,进行，称之为体积导电，其导电,特性符合通常介电材料的导电特,性，即随温度增高，比电阻降低。,烟气的湿度影响粉尘表面水膜厚,度，水分越多，比电阻越小。由,于烟气的温、湿度与粉尘比电阻,直接相关，因此比电阻测定时的,温、湿度应尽可能与现场实际相,符。,(4)烟气成分。烟气成分对比电阻,有较大影响，这些成分主要有SO,3,和NH,3,等。P、122图64表示烟,气中加入少量SO,3,后，飞灰比电,阻的变化。,223粉尘比电阻检测,考虑到上述诸因素对粉尘比电阻的影响，所以对粉尘比电阻测定提出以下要求：模拟电除尘器粉尘的沉积状态，即在电场作用下荷电粉尘逐步堆积形成尘层。模拟电除尘器内的气体成分及温度和湿度。模拟电除尘器的电气工况，即电压和电晕电流。,不同仪器及测定方法一般都不能完全满足上述条件，而是各有侧重。下面介绍几种实用的粉尘比电阻测试方法。,粉尘比电阻是通过测定一定厚度,fc,和一定表面积A粉尘层上的电压U,fc,和电流I值来进行的，其计算公式,式中 R电阻，,R=U,fc,I，；(63),k,jh,测定仪的集合参数，k,jh,=A,fc,，cm。,(1)圆盘电极法(平行平板电极,法)圆盘电极法是美国实验室,测定粉尘比电阻的标准方法(A,SME PTC28)，也是我国目前,实验室采用较多的方法，其测,定装置如P、123图65所示，,圆盘上部圆板质量按作用在粉,尘层上的压力1000Pa设计。,测定时，将粉尘自然充填于圆,盘，用刮片刮平，降下平行圆,板。对粉尘层逐渐升高电压，取90击穿电压时的电压、电流进行计算。也可以将圆盘置于可调温、湿度及气体参数的测定箱内进行测定。,(2)针尖电极法(针板法),如P、123图66所示，,针尖电极垂直设置在主,电极上方一定高度，主,电极上方4mm处装有,03mm的镍铬丝，绝,缘并固定。尘样装入样,品盘后刮平，通电后测,定镍铬丝的感应电压和,通过粉尘层的电流，按,式P、123(63)计算粉,尘比电阻。粉尘厚度为镍铬丝与主电极间距。,(3)同心圆筒法。国内研制,的FA型工况比电阻测定,仪采用同心圆筒法测定,粉尘比电阻，如P、124图,67所示。该仪器是利用,小旋风分离器将烟气中粉,尘分离出来，落入到两同,心圆筒中间的环缝中，用,高阻表测量粉尘的电阻值，,按P、123式(63)计算粉,尘比电阻，其仪器几何参,数k,jh,值,(64),式中l,1,主电极长度，cm；,r,1,内电极外半径，cm；r,2,外电极内半径，cm。,FA工况比电阻测定仪的优点是：可采用低电压电源，粉尘层厚度由两圆筒间隙准确确定；其缺点在于粉尘层充填率很难保证一致，测定结果重复性较差，另外由于小旋风分离器对粗细粉尘收尘效率不一致，所以采集尘样粒径分布代表性差。,(4)叉梳式比电阻测定仪。叉梳式比电阻测定仪可用于现场工况比电阻测试，整个测试系统由探测器、高压电源、高阻表、抽气泵等组成。,P、123图68为WA6l,4型工况比电阻测试探头。,含尘气体由探测器中的采,样嘴“1”经气流分布板“2”,进入测量段。测量段由电,晕线“5”及齿状测量电极,“8”组成。在测量段，粉尘,在高压作用下逐渐沉降到,梳齿间的缝隙中。当粉尘,填满两梳齿缝隙后，断开,高压，并用高阻表测量两,梳齿间粉尘电阻，按式(63)计算粉尘比电阻。,叉梳式比电阻测试仪采用静电集尘，粉尘层形成方式与电除尘器接近，所以测量的粉尘比电阻值与电除尘器运行时粉尘电气工况符合。其缺点是捕集粉尘需要高电压、收集粉尘时间过长，而且采样过程齿缝间的粉尘充填程度很难掌握。,由于测定粉尘比电阻的方法不统一、仪器不相同，使对同一粉尘样，当采用不同方法和仪器测试比电阻时，结果相差较大。因此，在给出粉尘比电阻数据时，要注明所用仪器和方法。,23粉尘的可燃性及爆炸性检测,粉尘爆炸是指悬浮于空气中的可燃性(或还原性)粉尘的爆炸。粉尘的爆炸性有两重含义：一是指与粉尘爆炸界限条件有关的特性，如粉尘云的爆炸上下限浓度、最低着火温度、最小着火能量等；二是指粉尘充分爆炸时的特性，如最大爆炸压力及其上升速度等。,粉尘爆炸必备的三个条件：粉尘浓度在爆炸极限之内、有氧化性气体(通常是氧气)和点燃源。,工业粉尘可燃性和爆炸性特征值的测定方法有多种，通常测定项目有：粉尘及粉末层中的被发火(点火)温度(t,d,)及自发火(自燃)温度(t,z,)。爆燃温度t,b,(熔点低于300的固体物质)。阴燃温度(t,y,)。粉尘的发火温度下限。最大爆炸压力(P,b,)。爆炸压力增加速度(U)。粉尘中最低温度爆炸含氧(氧化剂)量(KO,2,)。,231粉尘可燃性测定,(1)自发火,(自燃)温度,(t,z,)的测定,通常采用温,度记录法进,行测定P、,125图69,为按差分温,度记录法测定,t,z,的实验装置。,首先将盛有试验粉末及惰性物质的坩埚“4”和“3”连同插入其中的热电偶一起置于反应管“5”中，用支承管固定于竖炉“2”内。用双坐标自计电位计平行记录热电偶的指示值。将一定组成的混合气体送入反应管中，由气体分析器测定指示氧浓度。在不同氧浓度下重复进行试验，测出粉末发火时的最低氧浓度。根据温度记录图上的拐点，确定粉末自发燃烧的开始点。,(2)被发火(点火)温度(t,d,)的测定 将粉末试样置于热金属传热板上，利用热金属棒作为点火源，使热金属棒与粉末表面接触，粉末的温度用插入其中的热电偶测量，用电位计记录其读数，在温度记录圈上，温度上升的跃点即为点火温度。,(3)爆燃温度t,b,对于固态熔融状有机物质如石油沥青、焦油沥青等需要测定爆燃温度。按其数值对生产工艺、厂房及设备发生火灾及爆炸危险性的大小进行分级。,测定时，先将试样以1417min的速度进行加热，然后降低其加热速度，即在温度到达t,b,之前的最后28，把加热速度降为56min，开始测定t,b,。此时把煤气烧嘴的火焰在试样表面上方不断移动11.5cms。温度每上升2重复进行一次测试。,(4)阴燃温度(t,y,)的测定 阴燃温度是自加热温度不高(600700)的粉末特性指标，这种粉末燃烧时不起火焰或者自发火温度相当高。,测定时先将粉末以一定厚度均匀铺撒在加热板上，加热板是敞开的，以使空气自由流通和产生强烈的热交换，用电位计记录阴燃温度。,232粉尘爆炸性测定,粉尘爆炸特性一般在粉尘云发生装置内测定。粉尘云发生装置的关键是能否造成均匀的粉尘云。世界各国研制出多种原理、多种形式的试验装置，大致均由以下几部分构成：喷粉系统、测量发火温度系统、测量爆炸压力及压力增长速度系统、观察发火过程及火焰扩散过程窗口。目前，采用较多的是美国的哈特曼试验装置。在煤矿工业方面，许多国家都建立了地下或地面的大型煤尘爆炸试验巷道或中、小型管道，以此来研究煤尘的爆炸传播特性，检验抑制爆炸的措施。,3 粉尘颗粒检测,由于粉尘粒径范围很宽，从百分之几微米到数百微米，并且各种粉尘又各具有不同的物理、化学性质，致使粉尘粒径的测试方法繁多，然而每种测试方法只能在一定条件、一定粒径范围内使用，还没有一种通用方法。,粉尘是一个群体，其粒径的性质，表现为分布的统计特性。粉尘粒径分布测定的手段是随机取样分级，即把尘样按一定粒径范围划分成若干区间计量，并不针对具体粉尘颗粒测定其直径的大小。,测定粉尘粒径分布采用的方法可分为如下几类；,(1)计数法 该方法是对具有代表性的尘样逐一测定其粒径，显微镜法和光散射法均属于这类方法。计数法测量的分散度以各级粒子的数量百分数表示。,(2)计重法 将粉尘按一定粒径范围分级，然后称量各级的质量，求其粒径分布。常用的计重法粉尘粒径测定仪采用离心、沉降或冲击原理将粉尘按粒径分级，测量的分散度以各级粒子的质量百分数表示。,(3)其他方法 有面积法、体积法等。,各种粉尘粒径分布测定仪器都是基于粉尘的某种特性设计的，如光学特性、惯性、电性等。由于设计原理不同，测得的粒径含义各不相同：用显微镜测得的是投影径；电导法测得的是等体积径；沉降法测得的是斯托克斯径等。不同的方法之间没有对比性，所以在给出粒径分布数据时，应说明是何种意义的粉尘粒径。,31显微镜法,显微镜法是测量粒径的最基本方法，通过显微镜可以直接看到单个粒子的大小、形状、颜色以及聚集、空洞等现象，并可测量很小的粒子，这些都是其他方法不能实现的。但用肉眼直接测量粒子大小和计数很疲劳，通常用电子扫描显微镜代替人工操作。,311目镜测微尺及其校准,测量粒径,常使用3种目,镜测微尺：直,线测微尺、网,格测微尺和花,样测微尺，如,P、127图,610所示。,目镜测微尺必须用物,镜测微尺校准，如P、,127图611所示。物,镜测微尺全长1mm等,分100分度的玻璃板或,抛光金属板。校准时，,把物镜测微尺放在载物,台上，将物镜测微尺同,目镜测微尺的刻度相比,较，求出在一定放大倍,数下目镜测微尺表示的真,实尺寸x 式中a物镜测微尺刻度数；,b与a相对应的目镜测微 (65),尺刻度数。,312尘粒标本的制备,显微镜法的关键在于粉尘标本的制备，以下分类介绍。,如用冲击瓶采样，可用移液管从中取1mL含尘液体，放入玻璃片计数池内。为使尘粒分散较好，避免相互凝聚，取液前应在冲击瓶尘液中加入一定量的分散剂。当用蒸馏水作尘粒捕集液时，可加入0.1六偏磷酸钠作为分散剂。计数池放在显微镜载物台上静置20min，待尘粒沉淀后再进行测定，也可以烘干计数池再测定。,如尘粒采集在合成纤维滤膜上，则用醋酸丁酯溶解滤膜，混合均匀，用滴管吸取混悬液，放一滴在载物片上，将液滴左右前后推移，1min后出现粉尘样品薄膜即可观测。,如用冲击式或静电尘粒采样器采样，可将尘粒直接捕集在盖玻片上，然后将其固定在载物台玻璃片上进行测定。,313粒径表示方法,显微镜法测量的是粒子的表观粒径，即投影尺寸。对球形粒子可直接按长度计量，对于大多数形状不规则粒子，常采用如下几种方法表示粒径：,(1)面积等分径d,M,(Martins Diameter)指将粉尘的投影面积分为大致相等两个部分的直线长度。,(2)定向径d,F,(Ferets Diameter)指尘粒的最大投影尺寸。它由测微尺的垂直线与尘粒投影轮廓线相切的两条平行线间的距离来表示。,(3)投影面积径d,P,(Projected Diameter)指与粉尘的投影面积相同的同一圆面积的直径。,在实际测量时，,多采用垂直投,影法，即使所,测粉尘粒子在,视场内向一个,方向移动，顺,序无选择地逐,个测量粒径，,如P、128图,612所示。,314观测计数分析及换算方法,用显微镜法测定粒径分布时，如果要达到一定精度，需计数大量粒子。为缩短观测过程，可采用统计学分层取样计数，即对数量较多的小粒子只测一个或两个定面积视野，而对出现比较少的大粒子则可以多测几个定面积视野，然后取其平均值。,显微镜法测得的是粉尘计数分布，要想变成计重分布，需通过体积换算，得到各粒径区间的粒子质量百分数。其方法是首先根据测定的粒径区间上下限(d,ui,和d,li,)求出各区间粒径的算术平均值,(66),然后，根据粒径区间的颗粒数n,i,求出各区间的分割体积V,i,(67),粉尘总体积V为,(68),各粒径区间的质量百分比f,i,为,(69),32惯性分级法,利用粉尘大小粒子在气体、液体介质中的惯性不同可以对其分级，这种分析方法称为惯性分级法。采用惯性分级的仪器有：级联冲击器、巴克分级器和串连旋风分级器及空气动力径自动测定仪。,级联冲击器结构简单、紧凑，并可同时测定粉尘浓度和粒径分布，因而得到广泛应用。P、129图613是级联冲击器工作原理图。,321级联冲击器,含尘气流从圆形或条缝形,喷嘴高速喷出，形成射流,，直接冲向设于前方的冲,击板上。由于黏性力、静,电力和范德瓦尔力的作用,而黏附、沉积于冲击板上,；而冲量较小的粉尘则随,气流进入下一级。若把几,个喷嘴依次串联，并逐渐,减小喷嘴直径，气流速度,将会逐渐升高，从气流中,分离出来的粉尘粒子也逐级减小。,级联冲击器的惯性冲击性能用惯性碰撞参数或斯托克斯数S,tk,来表征。斯托克斯数的物理意义是：尘粒穿过静止介质所通过的最大距离与特征长度的比值,(610),式中,p,粒子密度，kgm3；,v气流喷出喷嘴流速，ms；,c滑动修正系数；,d,p,粒子粒径，m；,气体的黏滞系数，Pas；,D喷嘴直径或宽度，m。,惯性碰撞系数为斯托克斯数S,tk,的两倍，即=2S,tk,它们的物理意义相同。,当雷诺数Re在5003000范围内，收集效率是惯性碰撞系数的单值函数。把收集效率等于50的粉尘粒子的粒径称作有效分割粒径d,50,它所对应的惯性系数为,50,，斯托克斯数为S,tk50,。当Re数在1003000变化时，基本为一定值。对于冲击器的各级有效分割粒径d,50i,，可用下式计算,(611),其中每一级的气流出口流速v,i,为,(612),式中q,v,气体总流量，m,3,s,n,i,第i级的喷嘴个数；,D,i,第i级的喷嘴直径或宽度，m。,考虑每级压差的影响，各级的有效分割粒径d,50i,应采用下式计算,(613),式中 P,i,第i级喷嘴的绝对压力，Pa；,P,s,烟道或管道内气体绝对压力，Pa。,对于条缝形喷嘴级联冲击器,(6 14),式中b,i,条缝喷嘴宽度，m；,l,i,条缝喷嘴总长度，m。,对于小粒子尚需作滑动修正，滑动修正系数c,i,是尘粒径d,50i,的函数,(6 15),式中,i,气体分子的平均自由程，m。,如能查出对应粒径的滑动修正系数值，可直接代入式(613)或式(614)中求出有效分割粒径d,50i,值；如果查不到对应粒径的滑动修正系数，可先令c,i,=1，按式(613)或式(614)求出d,50i,值，重复上述过程迭代计算，直到d,50i,为一常数为止。,322巴克分级器,巴克分级器利用惯性离心力使粉尘粒子分离而进行分级，P、130图614为国产YFG型巴克分级器示意图。该仪器由试料容器、旋转圆盘和电动机等部分组成。用于测定的粉尘由带振动器的加料漏斗通过中央小孔进入到旋盘上。电机带动旋盘旋转，在离心力作用下，粉尘经环缝落入分级室。电动机带动辐射叶片旋转，使气流从仪器下部环缝吸入，经节流片、整流器、分级室从上部边缘排出。分级室高度很小，粉尘在此处受到中心向周围的惯性离心力，同时又受到由周围向中心的气流阻力。因粉尘的大小、形状及密度不同，粉尘所受的作用力大小方向也不同。当粉尘的离心力大于空气阻力时，粉尘落到收尘室中成为筛上物，而离心力小于空气阻力的尘粒则被吹出成为筛下物，其中部分粉尘沉降到外圈的旋转圆盘上。,环缝的宽度,由螺母的位,置决定。利,用节流片可,调整螺母的,位置，从而,调整进入仪,器的空气量。,该仪器配有,一套节流片，,由大到小逐级更换节流片，进入的空气量就由小到大逐级变化，从而逐级将粉尘吹出。,工作开始时采用最大节流片，环缝减至最小，进入仪器风量最小。经加尘漏斗将一定量粉尘全部加完后，将落于收尘室中的粉尘仔细扫下称量，并作为第二次测量的原始粉尘，更换节流片，重复上述步骤，直到分级完毕。,巴克分级器的分割粒径d,p,可以根据粉尘所受离心力和空气阻力的平衡来求。在Stokes区范围，可写出,(616),(617),式中R分级室半径，m；,v,t,粉尘分级室的切线速度，ms；,v,r,空气的汇流速度，ms。,v,r,可由进入的空气量求得,(618),式中q,v,空气流量，m,3,s；,h分级室高度，m。,将式(618)代入式(617)，经整理得,(619),由于对这种仪器不能准确测出粉尘的切线速度v,t,及空气量q,v,，因而由式(619)不能计算出各级分割粒径。实际应用中需要通过改变空气量q,v,对仪器进行标定。,巴克离心分级器操作方便，粉尘运动接近于旋风除尘器的工作状况，在工业中应用广泛。但其对微细粉尘(8m以下)测值偏低，对于吸湿性强、黏性太的粉尘不易分散。,323串联旋风分级器,旋风除尘器是利用气流旋转运动作用在粉尘粒子上的惯性离心力将粉尘从气流中捕集下来的。缩小旋风器尺寸可以明显提高除尘效率、减小除尘器的分割粒径d,50,。采用不同大小的旋风器串联，由于每个旋风器有着互不相同的分割粒径，这样，就可以将粉尘分级。P、131图615为五级串联旋风分级器。,旋风器的捕尘效率与很多因素有关，其中主要取决于进入旋风器的气流量及本身的主要尺寸。小旋风器的捕尘机理与旋风除尘器不尽相同，其精确理论尚未充分研究。通过试验得知，大多数旋风器的性能满足下列方程,(620),式中q,v,采样流量；k,jy,、n,jy,经验数据。,k,jy,、n,jy,对于各个旋风器都不相同，它们均由实验确定，k,jy,的变化范围为6.1745.91，而n,jy,为-2.13-0.636。,旋风器的分割粒径d,50,还与气体的温度(黏度)有关，其关系为线性，但对于不同尺寸的旋风器和不同流量，其斜率不同。,串联旋风采样适用的粉尘浓度范围和流量范围广，耐高温。缺点是划分的级数较少、体积较大，需要大采样口才能进行管内采样。,324液体介质沉降法,利用粒径大小不同的粉尘在液体介质中沉降速度不同的原理，可以测量粉尘的粒径分布。,粉尘在液体介质中受重力作用而沉降，若忽略粉尘下降的加速过程，则其沉降速度,(621),式中,p,、,w,分别为尘粒和液体的密度，kgm,3,；,w,液体介质的黏滞系数，PaS。,若已知液体的性质及尘粒密度,p,，只要计算出沉降速度v，即可求得尘粒粒径d,p,(622),对于所需测定的粒径d,p,，其沉降时间,(623),式中h沉降高度。,根据粉尘在液体中的沉降原理，可用不同方法进行粉尘粒径分布测定。,(1)移液管法。尘粒在液体中的沉降情况，可用P、132图616说明。,起始状态下粉尘颗粒均匀分布于整个液体中如图616(a)所示。t,1,秒后，直径为d,1,的尘粒已全部降至h高度以下，悬浮液状态由图616(a)变为图616(b)。同样在t,2,、t,3,秒后，直径为d,2,、d,3,的粒子全部降至h以下即达到状态图616(c)、(d)。所需时间t,1,、t,2,和t,3,均可由式(623)计算出来。,在t,1,时刻，h深处抽取一定量悬浮液，其内已无直径大于d,1,的尘粒。若在h深处，起始时粉尘浓度为c,0,，t,1,时粉尘浓度为c,1,，则粉尘粒径小于d,1,的筛下累计百分数,(624),依照同样的方法可求出粉尘粒径小于d,2,、d,3,的筛下累计百分数D,2,、D,3,。,(2)沉降天平法 P、132图617为沉降天平原理图。,该仪器自动记录称量沉降的粒子量，并绘出曲线。,不同粒径的粉尘在均匀分布的悬浊液中，以本身的沉降速度沉降在天平盘上，天平连续累积称出由一定高度h的悬浊液中沉降到天平盘上的粉尘量。沉降到天平盘上的粉尘量m,t,是时间t的函数，它是两部分质量之和。若令无限长时间内沉降到天平盘上的质量为m，粉尘的沉降速度为v，最大、最小粒径为d,max,、d,min,，则第一部分为从t,0,到t时间内，粒径d,t,(即相应于沉降速度为ht 到d,max,的所有沉降粒子，第二部分为粒径范围d,t,到d,min,的粉尘沉降量。即,(625),上式对时间取导数,(626),或 (627),将式(627)代入式(625)得,(628),式中R时间t内粉尘粒径大于d,t,的筛上累计百分数：,式(628)表明，在t时间内，所有沉降下来的大于d,t,的粉尘量 可由总沉降粉尘量m,t,减去时间t与该沉降曲线斜率的乘积。测定中，得出的往往是m=F(t)曲线，故可用图解法求出R值。,沉降天平法理论上测定的粒径范围为0.260m。但由于布朗运动，小于1m的微粒不可能测准。,（3）消光法 当光线通过含尘悬浊介质时，由于尘粒对光线的吸收、散射等作用，光的强度会衰减。当悬浊介质中粉尘具有不同大小的粒径时，光强度I,0,变化为I，衰减公式为,(629),式中k,r,与粉尘形状有关的系数；,C,fn,粉尘浓度；l机制厚度；,r,消光系数；n,r,单位体积内直径为d,r,的尘粒数。,在粒径为d,i,到d,i+1,范围内有,当d,i,到d,i+1,的间隔很小时，光强度的变化为,r,(630),在粒径范围内变化很小时，可得出由d,i,到d,i+1,的尘粒质量与光强度变化,r,的关系,(631),在粒径0d,i,范围内的质量百分比D,mp,（%）为,(632),实际上可认为消光系数,r,为常数，上式可写为,(633),测出各粒径区间的光强度变化,r,，并进行相应的计算就可以得到粉尘的粒径分布。,4 粉尘浓度检测,为了评价工作场所粉尘对个人健康的危害状况、研究改善防尘技术措施、评价除尘器性能、检验排放粉尘浓度和排放量是否符合国家标准，以及保护机电设备、防止粉尘爆炸，均需对粉尘浓度进行测定。粉尘浓度的测定包括作业场所粉尘浓度测定、作业者个人暴露浓度测定及通风管道(包括烟道)中粉尘浓度测定。,在对作业场所浓度和作业者个人暴露浓度测定中，为了确切地了解粉尘浓度和尘肺病发病的关系，一些国家同时采用总粉尘浓度和呼吸性浓度以评价作业场所粉尘的危害状况，我国也正在进行这方面的工作。当前国际上已有用呼吸性粉尘代替总粉尘的趋势。,41作业场所粉尘浓度检测,作业场所粉尘浓度检测是为了了解作业场所粉尘的平均浓度和不同位置的粉尘浓度。采样点要考虑尘源的时间和空间扩散规律，根据工艺流程和操作方法确定采样点，应能代表粉尘对人体健康的实际危害状况。测定时通常采集呼吸带水平的粉尘。,411滤膜测尘,滤膜测尘是作业场所粉尘浓度测定的常用方法。由于这种方法操作简单、精度高、费用低而得到广泛使用。其测试系统如P、135图618所示。,该系统由滤膜采样头、流量计和调节装置抽气泵等组成。抽取一定体积的含尘空气，其中粉尘被阻留在已知质量的滤膜上。由取样后滤膜的增量，求出空气中粉尘浓度C,fn,。,(634),式中m,1,、m,2,采样前、后的滤膜质量，mg；,t采样时间，min；,q,v,采样流量，m,3,min。,滤膜测尘需进行现场采样和滤膜称重等步骤，不能立即获得结果。近年来根据粉尘的某些特性研制了多种快速测尘仪。,412 射线测尘仪,当低能射线(14C或147Pm等)穿过厚度为x的粉尘层时，射线的强度被减弱，并服从于指数衰减规律,(635),式中I,0,、I射线穿过粉尘层前后的强度；,1,粉尘的线性吸收系数，1mm；,m,粉尘质量吸收系数，,m,=,1,/，mm,2,mg；,粉尘的密度，mgmm,3,；,粉尘的质量厚度，=x，mgmm,2,。,上式中，线性吸收系数,1,不仅与射线粒子本身有关，而且还与被穿过的物质的原子序数Z有关，且随原子序数增大而上升。一般原子序数大的物质也就是密度大的物质，其线性吸收系数也大。但质量吸收系数,m,=,1,/几乎与穿过的物质化学成分无关。因此，应用式(635)研究射线强度的衰减时，可以不考虑通过粉尘的化学成分，只需研究与质量厚度的关系。式(635)可写成,(636),当抽气量为V(m,3,)时，在采样面积A(mm,2,)上采集的粉尘量为m(mg)，则工作区的粉尘浓度,(637),将式(636)代入上式，得,(638),在测出采样前后射线的强度及抽气量V时，就可得出粉尘浓度C,fn,。,粉尘对射线的吸收，仅与其质量厚度有关，而与粉尘的化学、物理特性(分散度、形状、密度、颜色、光泽、种类等)无关。从原理上说，不需要针对不同性质的粉尘进行单独的标定，可使仪器的标定及现场测定工作大为简化。,射线测尘仪结构如P、136图619所示，可用于作业场所粉尘的连续和快速测定，其测量范围较广、精度及灵敏度均能满足要求、方法简单。但对于含铅等重金属元素的粉尘，测量结果受粉生成分影响较大。另外，本方法不适用于测量放射性物质的粉尘。,413压电晶体测尘仪,压电晶体测尘仪是将粉尘采集到石英谐振器的电极表面上，利用石英振荡频率随粉尘量而变化的原理进行测量的。,由压电石英晶体制成的谐振器固有频率依赖于晶体表面附着物的多少，其频率的变化f与晶体表面附着粉尘量m(g)的关系呈线性,(6一39),或写成,(6一40),式中f,0,石英晶体固有频率，MHz；,石英晶体密度，gcm,3,；,N石英晶体频率常数，MHzcm；,A 电极表面积，cm,2,。,粉尘浓度C,fn,可表示为,(641),式中V采样体积，m,3,。,将式(640)代入式(641)得,式中,P、137图6 20为CC1型压电晶体快速测尘仪原理图。被测空气进入由电晕放电针和谐振器电极表面组成的点面式静电采样器，将尘粒收集在电极表面上，收集效率可达98以上。晶体频率的变化由频率计电路检测。,414光散射测尘仪,光散射测尘仪是利用尘粒对光的散射，光电器件变散射光为电信号以测量悬浮粉尘浓度，其原理如P、137图621所示。,被测的含尘空气由抽气泵吸入仪器，当气流通过尘粒测量区域时，平行光束被尘粒散射，出现不同方向(或某一方向)的散射光，由光电倍增管接收并转变为电信号。如果光学系和尘粒系一定，并且仅考虑散射作用，则散射光得强度I正比于粉尘浓度C,fn,即,(642),由于尘粒所产生的散射光强弱与尘粒的大小、形状、密度、粒度分布、光折射率、吸收率等密切相关，因而根据所测得的散射光强度从理论上推算粉尘的浓度比较困难，所以这种仪器实际上是在作业工况下标定，以确定散射光的强度和粉尘浓度的关系。,光散射侧尘仪操作简便，可给出短时间间隔的平均粉尘浓度，可用于现场粉尘浓度变