CN102818905B - 一种双通道大气颗粒物自动监测装置 - Google Patents

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Abstract

一种双通道颗粒物自动监测装置，属于大气监测设备技术领域，用于同时监测大气中的PM2.5和PM10浓度，其技术方案是：它的颗粒物分离取样模块的切割器与两路采样管相连接，两路采样管与双通道尘样检测模块的两路检测通道相连接，滤纸带穿在检测器和放射源之间，双路恒流控制模块的多个传感器和调节阀连接在双通道尘样检测模块的出气管后部的管路上，调节阀与采样泵相连接。本发明可以完成大气颗粒物自动监测任务，可实现PM10和PM2.5颗粒物浓度的同时测量，实现连续、在线、实时、自动监测，具有结构简单、运行周期长、维护方便、监测数据快速准确、可以与中心控制站进行实时传输和控制的显著优点，有较高的经济效益和社会效益。

Description

一种双通道大气颗粒物自动监测装置
技术领域
    本发明涉及一种大气颗粒物自动监测装置，尤其是指一种能同时监测PM2.5和PM10的连续在线监测装置，属于大气自动监测设备技术领域。
技术背景
大气颗粒物是分散在大气中固态或液态颗粒状物质的总称。粒径为0.01μm～100μm的大气颗粒物，统称为总悬浮颗粒物TSP。而PM10和PM2.5分别指空气动力学直径小于或等于10μm和2.5μm的大气颗粒物。PM10也称为可吸入颗粒物，世界卫生组织（WHO）则称为之可进入胸部的颗粒物；PM2.5能够进入人体肺泡，被称为可入肺颗粒物。
PM10在环境空气中持续的时间很长，对人体健康和大气能见度影响都很大，被人吸入后，会累积在呼吸系统中，引发许多疾病。PM2.5相对于PM10来说，更容易长时间悬浮在空中，PM10可进入人的鼻腔及气管，而PM2.5除了能进入肺部，还能进入肺泡甚至血液。引起肺部和全身炎症，增加动脉硬化、血脂升高的风险，导致心律不齐、血压升高等。而且PM2.5的危害是多重的，它会形成灰霾，降低能见度，还会影响生态环境，并通过远距离输送，造成区域性或全球性环境问题，甚至影响气候变化，PM10和PM2.5已经成为环境空气质量监测的必测参数。
目前空气颗粒物的自动监测方法有：β射线吸收法，微量振荡天平法，光散射法。β射线吸收法主要是通过测量射线经过附有颗粒物的滤纸的损耗来计算颗粒物的质量浓度；微量振荡天平法是通过测量振荡频率的变化计算出沉积在滤膜上颗粒物质量的一种方法；光散射法主要是利用颗粒物对光的散射直接实现气溶胶光学粒径的测量，是一种非接触、在线式测量方法。
目前市场上大多数自动监测仪器均为单通道颗粒物监测仪，只能实现PM10或PM2.5一个参数的测量，测两个参数需要两台仪器，占用面积大，成本高，维护量大，使用不方便。
美国Thermo Scientific公司生产的微量振荡天平法（TEOM）的1405D双通道颗粒物监测仪可以同时监测PM2.5和PM10，但其测量系统要求在50℃恒温下工作，样气中部分挥发性有机物容易挥发，从而测出的数据偏低，此外，在湿度较大的雨天容易出负值。且其维护量大，成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有双通道颗粒物监测仪存在的缺陷，提供一种结构简单、维护成本低、能同时测量大气环境中PM10和PM2.5浓度的双通道大气颗粒物自动监测装置。
解决上述技术问题的技术方案是：
一种双通道颗粒物自动监测装置，它的构成中包括颗粒物分离取样模块和双通道尘样检测模块，其中：
颗粒物分离取样模块由PM10切割器、除水瓶、虚拟撞击式切割器、采样管组成，PM10切割器与除水瓶相连接，PM10切割器的下端与虚拟撞击式切割器连接，并用O型圈密封，虚拟撞击式切割器分别与两个采样管相连，采样管下端连接管道适配器，管道适配器与双通道尘样检测模块的两个样气通路相连接；
双通道尘样检测模块由两个检测通道、一条滤纸带及滤纸带的支撑结构、检测平台组成，每个检测通道包括一个样气通路、一个检测器和一个放射源，两个检测通道的样气通路分别与颗粒物分离取样模块采样管下端的管道适配器相连接，滤纸带与两个样气通路相垂直，滤纸带的中部穿在两个检测器和两个放射源之间。
上述双通道颗粒物自动监测装置，它的构成中还有双路恒流控制模块，双路恒流控制模块由两个流量控制单元和1个采样泵组成，每个流量控制单元包括一个流量传感器、一个精密过滤器、一个比例调节阀、一个温度传感器、一个压力传感器、一个湿度传感器，双通道尘样检测模块的两个样气通路出口通过管路与精密过滤器连接，该管路上安装有压力传感器、温度传感器、湿度传感器，精密过滤器再通过管路与调节阀相连接，质量流量传感器安装在该管路中，调节阀与采样泵相连接。
上述双通道颗粒物自动监测装置，它的构成中还有样气湿度控制模块，样气湿度控制模块由采样管加热块、保温套、样气湿度调控器组成，采样管加热块及其保温套覆盖安装在颗粒物分离取样模块下部的采样管外围，样气湿度调控器的线路与仪器主机相连接。
上述双通道颗粒物自动监测装置，所述放射源为14C（碳14）源，检测器为盖革管计数器，或同等作用的正比例计数器，或配套使用的闪烁体和光电倍增管。
上述双通道颗粒物自动监测装置，所述滤纸带为玻璃纤维滤带，两端分别缠绕在收带轮和供带轮上，玻璃纤维滤带的中部穿在检测器和放射源之间，玻璃纤维滤带两面由压紧机构压紧。
本发明的有益之处是：
本发明的颗粒物分离取样模块把PM10分为粗颗粒PM2.5-10和细颗粒PM2.5两路，双通道尘样检测模块的两个检测通道可以同时分别监测PM2.5和PM10浓度，双路恒流控制模块的两个流量控制单元可以保证颗粒物分离取样模块两路的流量分别稳定在1.67L/min和15.03L/min。
本发明的这种双通道颗粒物自动监测装置可以完成野外无人值守的大气颗粒物自动监测任务，可实现PM10和PM2.5颗粒物浓度的同时测量，实现连续、在线、实时、自动监测，具有结构简单、运行周期长、维护方便、监测数据快速准确、可以与中心控制站进行实时传输和控制的显著优点，有较高的经济效益和社会效益。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的双通道尘样检测模块的结构示意图。
图中标号如下：颗粒物分离取样模块1、双通道尘样检测模块2、双路恒流控制模块3、样气湿度控制模块4、放射源5、检测器6、上气道座7、滤纸带8、下气道座9、供带轮10、收带轮11。
具体实施方式
本发明所采用的原理为β射线吸收原理。本发明由颗粒物分离取样模块1、双通道尘样检测模块2、双路恒流控制模块3、样气湿度控制模块4组成。
图中显示，颗粒物分离取样模块1由PM10切割器、与PM10切割器相连的除水瓶、虚拟撞击式切割器、采样管组成。PM10切割器的下端与虚拟撞击式切割器采用直插式硬连接方式连接，并用O型圈密封，防止漏气。虚拟撞击式切割器把PM10分为粗颗粒PM2.5-10和细颗粒PM2.5两路，分别与两个采样管相连，采样管下端连接管道适配器，管道适配器与双通道尘样检测模块2的两个样气通路相连接。
图中显示，样气湿度控制模块4由采样管加热块、保温套、样气湿度调控器组成。采样管加热块及其保温套覆盖安装在颗粒物分离取样模块1下部的采样管外围，样气湿度调控器的线路与仪器主机相连接，控制样气的湿度，减少湿度对测量结果的影响。
图中显示，双通道尘样检测模块2由两个检测通道、一条滤纸带8及滤纸带的支撑结构、检测平台组成，每个检测通道包括一个样气通路、一个检测器6和一个放射源5，两个检测通道的样气通路分别与颗粒物分离取样模块1采样管下端的管道适配器相连接，滤纸带8与两个样气通路相垂直，滤纸带8的中部穿在两个检测器6和两个放射源5之间。
放射源5采用14C（碳14）源，检测器6采用闪烁体和光电倍增管，14C（碳14）源发出射线，经过滤纸带8，信号衰减，被闪烁体转换成电信号，由光电倍增管检测。滤纸带8的两端分别缠绕在收带轮11和供带轮10上，滤纸带8的中部穿在检测器6和放射源5之间，上气道座7和下气道座9之间的支撑压紧机构压紧滤纸带8，防止滤纸带8滑移。
图中显示，双路恒流控制模块3由两个流量控制单元和1个采样泵组成。每个流量控制单元包括一个流量传感器、一个精密过滤器、一个比例调节阀、一个温度传感器、一个压力传感器、一个湿度传感器。双通道尘样检测模块2的两个样气通路出口通过管路与精密过滤器连接，该管路上安装有压力传感器、温度传感器、湿度传感器，精密过滤器再通过管路与调节阀相连接，质量流量传感器安装在该管路中，调节阀与采样泵相连接。
双路恒流控制模块3的作用是通过仪器的控制系统控制仪器入口处流量持续、恒定的抽取大气样品，在采样泵和恒流部分的作用下，保持仪器入口处流量为16.7L/m3时，采样管两路的流量分别为1.67L/min和15.03L/min。

Claims (3)

1.一种双通道颗粒物自动监测装置，其特征在于：它的构成中包括颗粒物分离取样模块（1）和双通道尘样检测模块（2），其中：
颗粒物分离取样模块（1）由PM10切割器、除水瓶、虚拟撞击式切割器、采样管组成，PM10切割器与除水瓶相连接，PM10切割器的下端与虚拟撞击式切割器连接，并用O型圈密封，虚拟撞击式切割器分别与两个采样管相连，采样管下端连接管道适配器，管道适配器与双通道尘样检测模块（2）的两个样气通路相连接；
双通道尘样检测模块（2）由两个检测通道、一条滤纸带（8）及滤纸带支撑结构、检测平台组成，每个检测通道包括一个样气通路、一个检测器（6）和一个放射源（5），两个检测通道的样气通路分别与颗粒物分离取样模块（1）采样管下端的管道适配器相连接，滤纸带（8）与两个样气通路相垂直，滤纸带（8）的中部穿在两个检测器（6）和两个放射源（5）之间；
它的构成中还有双路恒流控制模块（3），双路恒流控制模块（3）由两个流量控制单元和1个采样泵组成，每个流量控制单元包括一个流量传感器、一个精密过滤器、一个比例调节阀、一个温度传感器、一个压力传感器和一个湿度传感器，双通道尘样检测模块（2）的两个样气通路出口通过管路与精密过滤器连接，该管路上安装有压力传感器、温度传感器和湿度传感器，精密过滤器再通过管路与调节阀相连接，质量流量传感器安装在该管路中，调节阀与采样泵相连接；
它的构成中还有样气湿度控制模块（4），样气湿度控制模块（4）由采样管加热块、保温套、样气湿度调控器组成，采样管加热块及其保温套覆盖安装在颗粒物分离取样模块（1）下部的采样管外围，样气湿度调控器的线路与仪器主机相连接。
2.根据权利要求1所述的双通道颗粒物自动监测装置，其特征在于：所述放射源（5）为14C（碳14）源，检测器（6）为盖革管计数器或同等作用的正比例计数器或配套使用的闪烁体和光电倍增管。
3.根据权利要求1或2所述的双通道颗粒物自动监测装置，其特征在于：所述滤纸带（8）为玻璃纤维滤带，两端分别缠绕在收带轮（11）和供带轮（10）上，玻璃纤维滤带的中部穿在检测器（6）和放射源（5）之间，玻璃纤维滤带两面由压紧机构压紧。
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