[发明专利]一种基于局部压强差异的差分式粉尘传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种粉尘传感器，尤其是一种通过检测局部压强差异进而实时检测空气中粉尘浓度的传感器。

背景技术

我国是全球职业病高发国家。近年来，随着工业化进程的快速推进，尘肺病、职业中毒等职业病发病率居高不下，群发性职业病事件时有发生，又由于人们环境和健康意识的增强，实体经济发展所带来的粉尘问题越来越引起政府和研究人员的关注。

粉尘是悬浮在空气中的固体微粒。国际标准化组织将粒径小于75μm的固体悬浮物定义为粉尘，一般可按照颗粒大小分为如下几类：

1、飘尘，系指大气中粒径小于10μm的固体微粒，它能较长期地在大气中漂浮，有时也称为浮游粉尘，也被称为可吸入颗粒物，英文缩写为PM10。人们常说的PM2.5是指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，面积大，活性强，易附带重金属、微生物等有毒有害物质，且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。

2、降尘，系指大气中粒径大于10μm的固体微粒，在重力作用下，它可在较短的时间内沉降到地面。

3、总悬浮微粒，系指大气中粒径小于100μm的所有固体微粒。也被称为总悬浮颗粒物，英文缩写为TSP。

粉尘的来源主要有两个方面，一是自然界固有的地质或生物演化活动，如火山喷发、土壤和岩石风化、地震、花粉及孢子等有机颗粒等，二是人类改造自然的活动，如采石场爆破、破碎等开矿作业，熔炼，焊接、浇铸、研磨、切削、钻孔等机械加工作业，切割、磨粉、焚烧等农林产品加工作业等。与自然界固有的活动相比，人类改造自然的活动往往具有更多的毒害物质，如铬、锰、镉、铅、汞、砷、石英、石棉、滑石等无机粉尘以及农药、染料、树脂、橡胶、纤维、烟尘类有机粉尘等。人体吸入粉尘后，小于5μm的微粒，极易深入肺部，引起中毒性肺炎或矽肺，有时还会引起肺癌。沉积在肺部的污染物一旦被溶解，就会直接侵入血液，引起血液中毒，未被溶解的污染物，也可能被细胞所吸收，导致细胞结构的破坏。

大气中的粉尘对于地球和人类健康具有重要意义，一方面可以在白天反射一部分来自太阳的能量，另一方面也可以防止进入地球的能量发散至地外空间，粉尘对于保持地球温度的稳定具有重要意义；粉尘也是空气中云，雾，雪等雨水循环重要凝结核，没有了粉尘，雨水循环将受到严重影响；此外，粉尘还可以阻挡一部分紫外线和宇宙射线，从而减少紫外线和宇宙射线对人类健康的危害。但是过多的粉尘对人类的生命健康则是极为有害的，特别是近年来，随着实体经济活动的扩散和普及，早期相对集中的局部工业污染问题已经成为全国性的困扰人们日常生活的普遍问题。工业污染或多或少会含有一些有害物质，易诱发多种疾病，进而危害人们的健康，这方面标志性的事件如2009年6月发生在河南省的张海超开胸验肺事件。此外，局部空间中特定的高浓度粉尘遇明火时还可能引发爆炸从而酿成严重的安全事故。近年来，我国粉尘爆炸事故频发，仅2014年就发生6起粉尘爆炸事故，如8月2日上午7时37分，江苏昆山中荣金属制品有限公司汽车轮毂抛光车间发生导致75死120余伤的惨烈爆炸，国家安监局的调查表明，这是一起车间漂浮的高浓度铝粉所导致的安全责任事故；6月21日17时15分左右，乌苏市新疆天玉生物科技有限公司发生粉尘爆炸，所幸未造成人员伤亡；5月27日下午4时许，广东溢达纺织有限公司辅料包装厂车纽车间除尘室发生粉尘爆炸事故，造成5人受伤；4月16日10时左右，江苏省南通市如皋市东陈镇双马化工有限公司硬脂酸造粒塔发生硬脂酸粉尘爆炸事故，造成8人死亡，9人受伤；2月8日晚11时许，常州市新北区新桥镇史墅村华达化工厂发生金属粉尘爆炸；2月5日10时青冈县黑龙江龙凤玉米有限公司淀粉包装车间爆炸，事故共造成1亡9名伤。目前已知七类粉尘具有爆炸性：金属(如镁粉、铝粉)；煤炭；粮食(如小麦、淀粉)；饲料(如血粉、鱼粉)；农副产品(如棉花、烟草)；林产品(如纸粉、木粉)；合成材料(如塑料、染料)。

如果能对大气和局部空间中的粉尘进行有效的检测和实时监测，无疑将有助于人们及时采取措施对潜在污染和爆炸风险进行及时的干预控制，进而维护良好的自然环境、生活环境和安全环境。

在粉尘检测方法方面，目前国内外的技术手段主要包括：重量法、光散射法、β射线法、静电感应法。