烟尘检测仪

产品名称：烟尘监测仪

产品型号：LB-3030

青岛路博建业环保科技有限公司

1、概述

本手册描述了烟尘浓度监测仪的安装、操作、检验及维护。

基于烟尘粒子的背向散射原理，用于对固定污染源颗粒污染物进行在线连续测量。

注意：

使用了一个 10mW，650nm 的半导体激光器，激光束及反射光光直射入眼睛会造成严重的损害。

不得直视激光束及其反射光

在没有得到相应培训时，不得进行超出本手册范围的操作。

2、适用范围

可用于各种污染排放源的颗粒污染物浓度实时连续测量,可配套烟气监测系统,可单独一台或几台连接成一套烟尘监测网络,共用一个前台。仪器可适用于电厂,钢厂,水泥厂等烟尘监测,也可用于除尘设备及其它粉体工程的过程控制。

3、技术特点

l  采用激光背散射原理。不怕烟道的机械振动及烟气温度不均造成的折射率不均引起的光束摆动；

l  单端安装，无需光路对中。仪器设计过程最大限度地降低现场安装的复杂度，仪器及防雨系统的安装仅电器连接需要一支螺丝刀，20 分钟内即可完成安装，安装维护极其简单，最大限度地减少由于现场安装调试带来的诸多问题；

l  采用标准 4-20mA 工业标准电流输出,连接方便；

l  仪器整体功耗非常小,大约 5W 左右；

l  校准器就地放置，避免混淆及丢失；

l  分辨率高，可适用于低浓度排放的监测要求，也可适用与高浓度排放的监测；

l   非点测量，具有较大的取样区，可适用各种直径烟囱的使用。

4、技术指标

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5 系统原理及构成

主机结构示意如图 1 所示.

图 1 系统原理图

主机包括激光光源及功率控制单元、光电传感与小信号预处理单元、散射光接收单元、显示与输入单元、输出驱动单元、主控单元。激光器发出的 650nm 束以一个微小的角度射入排放源,激光束与烟尘粒子作用产生散射光,背向散射光通过接受系统进入传感器转变成电信号进行处理.电路部分实现光电转换、激光束的调制、信号放大、解调、光源的功率控制、 V/I 转换功能。

6  系统安装及连接6．1 安装准备

（一）现场考察

现场考察是烟尘监测仪可靠使用的前提，经过现场考察要搞清以下几个问题：安装点位置、安装点烟道/烟囱的内净尺寸、安装点的壁厚、烟气温度、烟气压力、大概浓度范围、防护等级及防爆要求、烟气的湿度及是否结露。

1． 安装点

安装点的选择原则首先是要尽量满足环保规范的要求，环保规范详细规定了安装点的选择条件，在此条件下参比结果较为稳定可靠。一般来说实际情况下大多数安装点不能满足环保规范的要求，选择气流稳定、无变径直管段较长的地方做安装点是唯一的选择。在选点时

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应将重点放在能保证等动的参比方法的准确性上。

2． 壁厚及直径

安装点的壁厚及直径是一个较为具体的考察项目。严格来讲对直径及壁厚而言对不同的监测方法要求不同：对散射法而言壁厚及烟囱直径同样重要。散射法要准确定义取样测量区一般这个测量区要在烟囱内壁内 300~1/2 烟囱直径内，如果取样测量区在烟囱壁厚内，测量结果将无意义；如果取样测量区过大，烟道壁的反射会干扰正常的测量。

3． 烟气条件

对烟气的含尘量有一个预估，可以使仪器选型更加具体。在烟尘常态排放浓度在 40mg/m³ 以下时，应优先选用光散射法，这时选用对穿法烟尘监测仪必须进行细致的评估及斟酌。现场含尘量的预估一般通过设计指标、历史数据判断，经验因素较大。一般较为有经验的现场人员通过目测可大概估计烟尘排放的浓度：在北方晴天天气，风速在 2 级以下，中午背向阳光目测烟囱，几乎看不到烟气排放，一般浓度在 50mg/m³ 以下；感觉有淡淡的灰色烟气（白色烟气无法估测），一般浓度应该在 100mg/m³ 以下；如果感觉排放烟气较浓，一般浓度应该在 150mg/m³ 以上，浓烟滚滚一般浓度应该在 300mg/m³ 以上了。烟气温度可能影响到烟尘仪的选型及安装形式，是一个要了解的参数。烟气压力关系到吹扫系统的选型，也是一个较为重要的参数。现场条件下烟囱安装点的压力大多在微负压，对吹扫非常有利。但在少数烟道上的测点，如果刚好在增压风机之后，有可能压力达到几个千帕，对吹扫系统提出了更高的要求，也会大大恶化仪器的使用条件，应该尽量避免。另外烟气成份也要大概了解，有些过程中的监测烟气中含有可燃气体或这时吹扫气就需要采用氮气或其它种类的安全气体，同时也要求仪器满足本安防爆的要求，考虑在仪器和测点之间安装气体密封及关断装置，以便在仪器维护时能够关断可燃或有毒气体的泄露。

4． 环境条件

安装点的环境条件也要考虑到，一年最高和最低的环境温度、是否有剧烈的震动等环境因素。一方面仪器的使用环境条件要达到选型要求，令一方面现场安装及及时维护也需要一个合适的环境条件。

（二）参数的选定

烟尘监测仪的测量范围及测量区在现场条件下是可调的，但调整过程比较复杂，建议用户在订购时选定准确的参数由制造商调整好，简化安装过程。一般在用户不指明参数的情况下，制造商出厂的测量范围一般调整到 0-800mg/m³，测量区参数 DGT 调整到 2500mm。一般的测量仪器工作时最好的工作状态在其满量程的 2/3 左右，对于烟尘仪则不太相同，烟尘仪的工作点在其满量程的 1/3 甚至更低。这是因为现场烟尘排放即使在除尘设备正常工作的时候动态范围都很大，三电场的静电除尘器经常工作在三电场、二电场甚至单电场的状态，布袋除尘器也经常工作在一个或数个布袋有轻微泄露的情况下。因此烟尘仪要兼顾测量的准确及大的动态范围两个方面。常态实际排放浓度在 100mg/m³ 以上的情况下，就可以选择 0-800mg/m³ 的量程；常态实际排放浓度在 40mg/m³ 以上的情况下，就可以选择 0-400mg/m³ 的量程等等。在更低的常态排放浓度下，就可以选择 0-200mg/m³ 的量程。

烟尘监测仪的测量区指的在烟尘监测仪前面，如果有颗粒物的话，烟尘监测仪的激光束与颗粒物作用产生的后向散射光能够被接受系统感受的区域长度。对于 DGT2500 的烟尘监测仪，在烟尘监测仪前面 2500mm 距离的区域内的颗粒物与激光束作用产生的后向散射光可以被接受系统感受到，超过 2500mm 距离的颗粒物即使有散射光也不能被接收系统接收到。烟尘监测仪的测量区在仪器铭牌上都有标识，其使用两个要点：一个是该参数必须大于等于从烟尘监测仪的法兰端面到对面烟囱或烟道内壁的距离，保证烟道壁的反射光不会混入烟尘

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仪的散射光；另外该参数必须大于烟道壁厚再加上约 300~500 的距离，保证测量区在烟道内部。

6．2 安装

图 2 为系统的整个连接图，图 2A 为烟道为负压的情况，图 2B 为烟道为正压的情况。

防雨罩可以方

便地从防雨罩

薄法兰片

上取下及装上

校准器

图 2A 测点压力为负压的情况

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为防止大风把防雨罩从

薄法兰片吹掉，在此处

的小孔用于把法兰与防

雨罩固定

连接软管

防雨罩可以方

便地从防雨罩

薄法兰片

上取下及装上

吹扫风机

空气过滤器

图 2B 测点压力为正压的情况一般安装过程由以下几个步骤组成：

l  法兰预埋及焊接

的扳手空间，

次尺寸不要太大

一般建议3-5度的倾

角，保证万一有结

露形成的水能靠重

力流出

对于烟囱壁厚大于500的情

况，此尺寸应尽量小，可以

缩进入烟道壁，对于缩进到

烟道壁的情况应保证开孔的

 光滑，以免光束被挡

此四孔为安装烟尘

仪用，另四个孔为

冗余设计，安装时

须保证图示的孔位

布局

图 3  法兰的预埋

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图 4 法兰的加工尺寸

法兰必须焊接在一个内直径 65~75 的钢管上，钢管必须埋置或焊接在烟囱/道上。法兰的预埋及焊接强度应能承受约 15kg 的烟尘监测仪的本体重量。在焊接施工时注意法兰的方位（见图 3）。须尽量缩短法兰和烟囱/道之间距，一般预留此尺寸为 50~70 作为扳手空间。仪器取样敏感区在其前面烟囱/道内 1.5 米左右。对于较小的烟囱如果烟囱内直径小于 2.5 米则需要在选用时定制.，法兰的加工尺寸见图 4。

l  连接法兰

烟尘监测仪本体与固定法兰通过四个直径 8 的螺栓连接,螺栓和紧固螺母(蝶形螺母)已

经包含在标准配置中,不用再另外准备。包含防雨罩的配置注意在焊接固定的法兰和烟尘仪法兰之间放置烟尘仪防雨罩固定薄法兰片.

l  保护气连接

使用仪表气作为吹扫气源则压力足够，气量不足成了关键的问题。由于现场条件复杂，

所以要靠流体的运动的理论和经验掌握。一般如果法兰管较长会需要较小的气量，烟道内气

流较平稳、速度较低会需要较少的气量，一般的准则为，吹扫气流能够在镜头前形成固定均

匀一定速度的保护层。所以气体流动方面的经验很重要，通过安装后一周内的维护也可以发

现空气吹扫保护是否能够达到要求。在采用仪表气的情况，气路的连接需要作个案处理：烟

尘仪预留了一个 1’的内管螺纹接口，可以购买一个与 1’内管螺纹连接的接头和一个卡套式接

头分别与烟尘仪主机和仪表气管连接，这种接头可以方便的从通用市售接头中选配（图 5）。

烟尘仪 1’ 内管

螺纹接口

外配过渡接头

含氟连接气管                                  外配卡套式接头

图 5  采用仪表气时的气路转接

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l  电气连接

安装好系统后可以进行电缆连接，将电缆通过主机防雨箱的防水接头固定后，与所提供

的一个带四个接线端子的防水接头用于连接，图示为接头的正面及反面接线端子。接线共有四个端子，其定义为（图 6）：

黄绿线---机壳接地(安全地)

红线---24VDAC 电源正极

蓝线---4-20mA 电流输出正极

黑线---公共端（24VDAC 电源负极和 4-20mA 电流输出负极）

7 系统校准

图 7 校准器结构

系统配置一个校准器，用于进行零点及跨度的校准。校准器的构成见图 7。校准器通过外罩的螺纹与烟尘仪主体连接（见图 9）。校准器与主机的定位状态有三种，把校准器插入主机激光束通过光窗进入校准器时将外罩旋紧时为跨度校准状态；相对于跨度校准状态，把校准器旋转 180 度插入主机激，这时激光光束不能进入校准器，将外罩旋紧时为零点校准状态；将校准器倒置放入主机，校准器主体放入外罩，旋紧外罩为测量状态或存放态。

将校准器安装在零点校准状态，可以通过主机内部后盖上标有‘Z..’的电位器调整零点值（标有‘X.’的电位器为工艺零点调整在现场只有当‘Z..’的电位器无法调整后才作调零使用）；将校准器安装在跨度校准状态，可以通过主机内部后盖上标有‘S..’的电位器调整跨度值（见图 8）。

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调整端面

调整端面

图 8  零点及跨度点调整

无论对穿还是散射，烟尘颗粒的物性及大小及浓度都会对光信号产生影响，设定一个统一的量程不能完全适应不同的测量目标。

校准器外罩

校准器

烟尘仪主机

图 9 仪器的校准

注意：

（1）当进行了测量区调整后不能直接进行跨度的校准，必须首先调整校准器的标准输出值。具体做法是：将校准器按照跨度校准的方式插入主机，同时旋下反螺纹端盖，调整跨度调整螺钉，使得输出达到 20mA，旋上反螺纹端盖上紧校准器外罩，测量输出，如果偏离 20mA 可多次按照上述方法试错，最后完成测量区调整后的校准器调整。

8 维护

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l  首次安装维护

建议用户在系统安装后 3 天第一次检查仪器,而后 30 天再次检查,如无问题,则可以 3 个月为间隔检查,此检查主要的检查光学窗口是否被污染,清洁风系统系统是否有效。

l  正常维护

正常情况下，建议每季度检查一次 LZ-2004K，如经首次检查发现仪器环境恶劣，不能满足要求，用户需经常更换空气过滤器，则需要改变常规的维护时间，根据实际情况而定。

在正常维护时，仅仅光学窗口需要清洁，清洁液为 50%的酒精和蒸溜水的溶液，酒精要用化字纯级的，注意不要用含有油的酒精。

l  空气过滤器

清洁系统有一个空气过滤器，保证灰尘不进入光学头。空气过滤器要定期清洁或更换，可把空气过滤器卸下,用风吹掉上面的灰尘,也可以用请水冲洗,如果过滤器过滤面无损伤,过滤器风阻不大,还可以继续使用,经常检查过滤器的工作状态，保证足够的清洁气。

9 现场故障的诊断及对策

1、第一类故障

故障实质：仪器可能已经损坏

处理方式：返回原厂修复

故障诊断要点：

（1）激光无输出；（2）使用校准器做零点及跨度校准时输出无变化，并且让激光束投射在仪器前 500 左右距离的一张白纸上，仪器输出与拿掉白纸比较没有变化

2、第二类故障

故障实质：仪器设置不当

处理方式：咨询原厂、现场处理

故障诊断要点：

（1）零点及跨度点不准；（2）超量程；（3）仪器输出信号很小；（4）烟道无烟气但仪器输出显示有较高的烟尘浓度，但用校准器校准时零点又是准确的

故障处理要点：

（1）使用校准器调整零点与跨度点并进行零点与跨度的校准。（2）首先要确认是否确实超量程。要排除掉两个因素：a）是否在测量区有障碍物致使光束照射到障碍物的反射光被当作散射信号进入接受镜头 b）是否测量区与烟道（烟囱）的直径相匹配（如不匹配光束到对面烟道壁的反射光被当作有效信号）（测量区的调整参照章节 10.2 进行或由厂家调整）。排除掉以上两个因素之外，如果仪器经校准器校准是正常的，当安装到现场时输出经常超出 20mA 就代表超量程了。如果超量程了，则通过按键增大一个量程档次，如果最大量程档都满量程则需要由厂家进行量程调整。需要引起注意的是，如果烟气温度较低，湿度较大，引起烟气结露，则容易出现超量程的现象，这种情况应该咨询生产厂家进行处理。

3、 第三类故障

故障实质：接线及安装错误

处理方式：咨询原厂

故障诊断要点：

（1）接线错误仪器不能正常工作

（2）仪器镜片很容易积灰

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故障处理要点：

（1）参照说明书正确接线。

（2）如果负压没有装风机确认是否有时会出现正压；是否安装了空气过滤器。如果安装了风机压力是否足以克服烟道正压，如果风机压力不够需要高选压力更高的型号。如果现场使用的是仪表气或压缩机产生的压缩空气，则要考察气量是否足够，是否经常断气，如果是这样则最后不要使用压缩空气作吹扫气源。

10 例外情况的讨论

10．1 量程、动态范围的讨论及调整

在 LZ-2004K 出厂前已据用户的反馈信息对动态范围进行了调整，但由于烟尘散射与烟尘的光学特性相关，虽然对一个具体的排放源而言相同的烟尘浓度对应相同的信号输出，但不同的排放源既使排放浓度相同由于烟尘颗粒物的光散射特性不同输出信号却可能有差异。仪器出厂前给出的量程是不准确的，准确的量程必须经过参比确定，这就有可能导致出厂前的动态范围的设置不太适合用户的现场条件，导致仪器安装后信号输出太低损失仪器的灵敏度或太高超出 LZ-2004K 的动态范围。如果 LZ-2004K 安装在排放源后读数超出满量程，首先要确认是否确实超量程。要排除掉两个因素：a）是否在测量区有障碍物致使光束照射到障碍物的反射光被当作散射信号进入接受镜头 b）是否测量区与烟道（烟囱）的直径相匹配（如不匹配光束到对面烟道壁的反射光被当作有效信号）（关于测量区参照仪器的测量区章节

10.2）。排除掉以上两个因素之外，如果仪器经校准器校准是正常的，当安装到现场时输出经常超出 20mA 就代表超量程了。超量程的情况一般采用以下方法处理： 在电路板上，设有两个类似跳线的增益调整线（图示），剪断任意一个增益电阻的一只脚可以提高 2-3 倍量程，同时剪断两个增益电阻的脚可以提高约 4-9 倍的量程；

增益跳线

图 10 增益跳线

10.2 测量区与校准器跨度输出的调整

测量区的大小与烟尘仪接受透镜的口径、传感器大小、激光束的入射倾角、光束的衍射等相关。实际上当结构及光路确定后唯一能够调整测量区的量是激光束的入射倾角。

图 11 为一个实际的测量区图示。

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图 11 测量区定义

传感器能接受光的立体区域接近一个大约立体角 1 度的圆柱区域，在此区域中如果颗粒

物发出确定调制频率的光就会被传感器接受到作为有效的烟尘浓度信号。激光束穿过受光区域时，在受光区域内光束与颗粒物作用产生散射信号作为评价烟尘浓度的基本信号源。在受光区域外颗粒的散射光不能被传感器接收到。

烟尘仪在使用安装前标准的测量区设置为：L+L1+L2=2500；在烟道中的光路关系应为图示的布局。

理论上讲，激光束与受光区域的交点应在距离烟囱对面内壁（A 侧烟道壁）烟囱中心侧 100 以上的烟囱内部，且在 B 侧烟道壁烟囱内部烟囱中心侧 100 以上。如果激光束倾角过小则激光束在受光区域内与 A 侧烟道内壁相交，形成的满漫反射光进入传感器形成“伪”烟尘浓度信号，而且漫反射与烟尘颗粒物的散射比较要强几个数量级，所以这时往往仪器会满量程输出；反之如果激光束倾角太大，激光束与受光区域的交点在 B 侧烟道壁内部，取样区不能代表实际的区域，表现结果是烟尘浓度过底且波动很小，因此对散射式烟尘仪法兰筒而言不要太长，对于小直径烟囱烟道壁厚加上法兰筒的长度一定要仔细考虑不要太大。

一个值得注意的问题是如果在法兰内筒有积灰或其它障碍物或在烟囱内有障碍物挡住了激光束也会产生类似激光束倾角过小的输出满量程的现象。

在实际使用过程中在烟尘仪选型时烟囱的大小壁厚等由于种种原因与选型时不一致，这时烟尘仪的使用就产生了问题。就必须对测量区进行现场的调整。对于现场的测量区设置不当主要有以下几种情况：

1． 测量区设置过大，致使激光束在受光区内与烟囱壁相交

2． 激光束与受光区域的交点在 B 侧烟道壁内部，取样区不能代表实际的测量区域以上两种情况都需要调整激光器的倾角，调整过程如下：

1）将主机与校准器连接，调整零点在 3.90-4.0mA；

2）在环境光较暗的地方将主机固定，激光器光束在较大范围内无障碍。

3）调整紧固螺钉和调节螺钉使得激光器光束的倾角改变；

4）调整紧固螺钉和调节螺钉使得激光器光束的倾角改变的同时，使用一个灰色的材料如纸板水泥块或报纸等作为靶子（模拟烟囱内壁的灰度值），沿着激光束方向由近及远移动靶子，同时测量仪器的输出；一般仪器的输出由小变大到 22mA 以上，然

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后又慢慢变小，直到信号小到零点值加 0.15 左右的值时,记录该点到烟尘仪端面的距离,该距离为图示 L+L1+L2,烟囱的内径 D 加壁厚 L2 加扳手空间 L1 应大于该距离.经过多次反复调整可以将仪器调整到所需的烟囱直径.

5）测量区调整后一般零点不会变但跨度点会改变.如果将校准器与主机对接后跨度点改变,可以通过调整校准器改变跨度点。将校准器反螺纹端盖旋下，将校准器按照跨度校准的状态插入主机（不必旋上外罩），旋转跨度调节螺钉可改变跨度输出，将端盖上紧，旋上外罩后，输出值会稍有变化，通过多次试错可以使得输出达到20mA。

10．3 高浓度问题

光学方法无论对穿法还是散射法在较高浓度时都存在非线性问题，也就是说浓度和仪器输出之间呈现的不是比例关系。光闪烁法及静电感应法都存在类似的情况。好在在一般的排放监测要求的浓度范围内这种非线形造成的偏差可以忽略不计。一般而言没有经过精确的计算凭现场经验估测，光学法和静电感应法烟尘浓度在 500mg/m³ 以下不用考虑非线形因素造成的偏差（这里所说的非线性仅指由于颗粒间的干扰造成光或荷电变化引起的非线性因素）。当然对穿法和光闪烁法还要考虑光程的大小、散射法要考虑取样测量区的大小及位置。在有些情况下需要测量很高浓度的烟尘排放，如在有些脱硫除尘前的测点，烟尘浓度可能超过1000mg/m³，有些测点的烟尘浓度可以达到 20g/m³，这时就必须考虑非线性因素了。其实在每套仪器安装到现场后如果是用于环保监测，都需要进行参比，以准确地定量仪器输出与烟尘浓度的关系。从广义上讲两组数据之间相关性及线形关系是两个不同的概念。两组数据之间相关系数为 1（或者说完全相关），但之间的关系可以不是线形关系。因此两组数据之间还存在一个关系匹配模式的问题。参比试验的两组数据（参比数据及仪器记录数据）之间的关系匹配模式一般采用多次回归的方式达到。一般采用二次回归即可达到环保排放要求的标准。所以对于高浓度下的测量需要一个二次以上的回归匹配模式。对于数据的回归可首先将回归数据做成两行然后按照以下操作步骤采用 EXCEL 直接进行：

1．  点击图表向导

2．  选择散点图，点击‘下一步’

3．  选中要回归的两行数据 ，点击‘下一步’

4．  点击‘完成’

5．  光标移到图中的数据点上，单击选中数据系列后点击右键

6．  在谈出的菜单上选择‘添加趋势线‘

7．  选择‘多项式回归‘，阶数选择 2

8．  在‘选项’一页中点勾‘显示公式‘及’显示相关系数‘

9．  确定完成

一般烟尘仪 4-20mA 的输出通过采集或软件已经作了变换。电流变成了电压 V，电压通过 C=KV 转换成了浓度值 ，如果将系数 K 设为 1，则软件记录的值为原始的信号电压。将电压及等动取样的结果做回归即可得到响应的系数 二次回归的结果一般为 C=K0+KV-K1*V*V 如此回归后可能存在很小的常数项，一般情况下可以忽略。图 12 给出了同一组数据采用线性回归和二次回归后的相关关系。

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图 12  参比试验的数据处理

10．4 烟气中水份的干扰

一般用户在仪器选型时除了对各个参数指标考察的较为详细外，总要问一个问题：烟气的含水量会否干扰仪器的测量结果。实际上，烟气含水并不一定影响测量结果，要看水的积聚状态。换言之，对于气态的水，对于颗粒物的测量的干扰可以忽略不计。但以雾滴形式存在的水则对颗粒物的测量形成极大的困扰。仪器无法剥离细小水滴造成的散射及消光，因此也就无法准确地消除水雾的干扰。在现场常遇到以下几种情景：1）烟气温度在 100 摄氏度以上，这时烟气的水分以气态形式存在，不会对测量结果造成干扰，这里指的 100 摄氏度以上是指在采样点或测量区的温度，尽管有时特别是在北方的冬天烟囱出口处排放的是白色烟雾（意味着环境温度在烟气的露点以下，烟气中的水结成了微小的水滴），只要在测量区烟气的温度在露点以上即可（一般为 100 摄氏度以上），绝大多数电厂的排烟温度在 100 摄氏度到 200 摄氏度之间，因此绝大多数电厂的排烟情况即是如此；2）烟气温度在 100 摄氏度以下，这时测量区的烟气温度一般低于露点，烟气水分以雾滴状的形式存在。在石化行业中可以遇到这种情景，采用水幕除尘的烟气也大都是这种情况。这种情况下，如果烟气的含水量变化不大，烟道采取了较好的保温措施，烟气中雾滴状的水份变化不大，通过参比试验可以消掉烟气中的水滴的干扰。如果烟气的含水量变化较大、烟气中的水雾滴变化较大，则测量结果就会受到大的干扰，能否使用取决于参比试验的相关性。

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