CN102841034A

CN102841034A - 一种基于振荡天平的颗粒物差分浓度测量系统及测量方法

Info

Publication number: CN102841034A
Application number: CN2012103627167A
Authority: CN
Inventors: 李虹杰; 李金平; 张培生; 陈建新; 李恺骅
Original assignee: Wuhan Tianhong Instruments Co Ltd
Current assignee: Wuhan Tianhong Instruments Co Ltd
Priority date: 2012-07-18
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2012-12-26

Abstract

本发明涉及一种基于振荡天平的颗粒物差分浓度测量系统及测量方法，包括至少两根含尘气流通道，分别为颗粒物去尘通道（1）以及颗粒物含尘通道（2）；所述颗粒物去尘通道（1）一端设有第一进气管口（3），另一端设有第一浓度检测部件（7）；所述颗粒物含尘通道（2）一端设有第二进气管口（4），另一端设有第二浓度检测部件（8）；所述颗粒物去尘通道（1）上还设有用于滤尘的颗粒物过滤装置。具有如下优点：通过差分的方法不需要通过除湿就能减小因湿度变化引起的颗粒物测量浓度误差；通过差分的方法能减小因工模干扰引起的颗粒物测量浓度误差。可提供一种与手工采样方法相同的颗粒物采集环境，能有效地减少与手工采样值的误差。

Description

一种基于振荡天平的颗粒物差分浓度测量系统及测量方法

技术领域

本发明涉及一种颗粒物浓度测量系统及其测量方法，尤其是涉及一种基于振荡天平的颗粒物差分浓度测量系统及其测量方法。

背景技术

空气中的总悬浮颗粒物TSP(Total Suspended Particulate)是指漂浮在空气中的固态和液态颗粒物的总称，其粒径范围约为0.1-100μm。通常把动力学直径在10μm以下的颗粒物称为PM₁₀，又称为可吸入颗粒物或飘尘，它们是可在大气中长期飘浮的悬浮微粒。尤其对于动力学粒径在5μm以内呼吸性颗粒物，由于粒径小能被直接吸入呼吸道内造成危害，尤其是动力学粒径在2.5μm以内的细粒子中，铅(Ph)、锰(Mn)、镉(cd)、锑(sh)、砷(As)、镍(Ni)、硫酸盐、多环芳烃等含量较高，在空气中持留时间长，易将污染物带到很远的地方使污染范围扩大。可吸入颗粒物在大气中还可为化学反应提供反应床，是气溶胶化学中研究的重点对象，已被定为空气质量监测的一个重要指标。空气中的颗粒物对环境的有害影响还有散射阳光、降低大气的能见度等。

可吸入颗粒物被人吸入后，会累积在呼吸系统中，引发许多疾病。对粗颗粒物的暴露可侵害呼吸系统，诱发哮喘病。细颗粒物可能引发心脏病、肺病、呼吸道疾病，降低肺功能等。因此，对于老人、儿童和己患心肺病者等敏感人群，风险是较大的。另外，环境空气中的颗粒物还是降低能见度的主要原因，并会损坏建筑物表面。目前应用最广的颗粒物浓度的测量方法为用β源、微量振荡天平与激光光源的方法进行测量。对颗粒物的监测分析方法还有称重测量法，即质量法，总悬浮颗粒物的浓度以每立方米空气中总悬浮颗粒物的毫克数表示，用标准大容量颗粒采样器在采样效率接近100％滤膜上采集己知体积的颗粒物，恒温恒湿条件下，称量采样前后采样膜的质量变化来确定采集到的颗粒物质量，再除以采样体积，得到颗粒物的质量浓度。称重测量的方法的准确度、精确度和可靠性很好，但目前普遍使用的是利用电子天平手工称重，不仅耗费人力，而且存在手工误差，且不能实现颗粒物浓度监测的自动化和实时性。目前对大气颗粒物的自动监测均以手工方法为标准，而无论是用β源、微量振荡天平还是激光光源的方法，环境空气湿度的变化、VOC以及铵盐类颗粒物均能对测量结果产生很大的影响。通常的方法是先对含尘气流进行除湿处理，再进行浓度测量，然而在除湿过程中，由于因湿度变化容易引起的颗粒物测量浓度误差。另外自动监测方法所使用的滤膜所处的环境与手工采样的环境也不一样，特别是对挥发性颗粒物测量产生很大的误差。因此，研究大气颗粒物的自动监测方法，发展高灵敏度、操作简便、经济实用且易于维护的大气颗粒物自动监测设备，在大气环境监测研究领域具有重要的意义。

发明内容

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种基于振荡天平的颗粒物差分浓度测量系统，其特征在于，包括至少两根含尘气流通道，分别为颗粒物去尘通道以及颗粒物含尘通道；所述颗粒物去尘通道一端设有第一进气管口，另一端设有第一浓度检测部件；所述颗粒物含尘通道一端设有第二进气管口，另一端设有第二浓度检测部件；所述颗粒物去尘通道上还设有用于滤尘的颗粒物过滤装置。

在上述的一种基于振荡天平的颗粒物差分浓度测量系统，所述的颗粒物去尘通道包括上部含尘气流通道以及下部含尘气流通道，上述第一进气管口设在上部含尘气流通道一端，所述上部含尘气流通道另一端通过上述颗粒物过滤装置与所述下部含尘气流通道一端连通；上述第一浓度检测部件设置在所述下部含尘气流通道的另一端。

在上述的一种基于振荡天平的颗粒物差分浓度测量系统，所述颗粒物过滤装置包括一个内部设有滤膜的颗粒物过滤器以及用于放置颗粒物过滤器并能开合的滤膜放置壳体，所述颗粒物过滤器内的滤膜滤径为0.1μm～22μm。

在上述的一种基于振荡天平的颗粒物差分浓度测量系统，还包括一具有温度探头的温度控制装置，上述滤膜放置在该装置内。

在上述的一种基于振荡天平的颗粒物差分浓度测量系统，所述第一浓度检测部件和第二浓度检测部件均为微量振荡天平法的颗粒物浓度监测设备。

一种权利要求1所述的基于振荡天平的颗粒物差分浓度测量系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，浓度校准步骤：取下颗粒物过滤膜片，将第一进气管口和第二进气管口通入零气，调整第一浓度检测部件和第二浓度检测部件使其在通入零气时的测量数据一致；将第一进气管口和第二进气管口通入含尘采样气流，调整第一浓度检测部件和第二浓度检测部件使其在通入采样气时测量的浓度与标准采样器的浓度一致；

步骤2，将被测颗粒物通入第一进气管口和第二进气管口，定义第一进气管口的被测颗粒物流量为Q₁，第一进气管口的被测颗粒物流量为Q₂，第一浓度检测部件检测颗粒物浓度为ΔP₁=ΔP_水，第一浓度检测部件检测颗粒物浓度为ΔP₂=ΔP_水+ΔP_尘，其中，ΔP_水为颗粒物因含水或共模干扰产生浓度，ΔP_尘为颗粒物的浓度，则ΔP_尘=ΔP₂-ΔP₁。

步骤3，在安装过滤膜片前使用手工方法对采样膜片进行称重，测量其初重。自动监测仪运行一定时间后，可取下过滤膜片，使用手工方法对采样膜片进行称重，测量其末重，相减得增重值。可通过该增重对自动监测仪记录的平均浓度进行核准，并校正浓度数据。

因此，本发明具有如下优点：1.通过差分的方法不需要通过除湿就能减小因湿度变化引起的颗粒物测量浓度误差；2.通过差分的方法能减小因工模干扰引起的颗粒物测量浓度误差。3.该方法可提供一种与手工采样方法相同的颗粒物采集环境，能有效地减少与手工采样值的误差。4.本方法将手工采样与自动监测有机组合在一起，可能通过对过滤膜片的称重核准并校正自动监测仪器的浓度数据，因此也可作为自动监测仪器运行质量保证的一部分。

附图说明

附图1是本发明的一种主视结构示意图。

附图2是图1中A处的放大结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，图中，颗粒物去尘通道1、颗粒物含尘通道2、第一进气管口3、第二进气管口4、上部含尘气流通道5、下部含尘气流通道6、第一浓度检测部件7、第二浓度检测部件8、滤膜9、恒温装置10、温度探头11。

实施例1：首先，介绍下本基于振荡天平的颗粒物差分浓度测量系统的基本结构：如图1所示，本系统包括两路含尘气流通道，分别为颗粒物去尘通道1以及颗粒物含尘通道2；颗粒物去尘通道1一端设有第一进气管口3，另一端设有第一浓度检测部件7；颗粒物含尘通道2一端设有第二进气管口4，另一端设有第二浓度检测部件8；颗粒物去尘通道1上还设有颗粒物过滤装置。

颗粒物去尘通道1包括上部含尘气流通道5以及下部含尘气流通道6，第一进气管口3设在上部含尘气流通道5一端，上部含尘气流通道5另一端通过上述颗粒物过滤装置与下部含尘气流通道6一端连通；第一浓度检测部件7设置在下部含尘气流通道6的另一端。

本系统中，颗粒物过滤装置包括一个内部设有滤膜9的颗粒物过滤器以及用于放置颗粒物过滤器并能开合的滤膜放置壳体，颗粒物过滤器内的滤膜滤径为0.1μm～22μm，颗粒物去尘通道1内的烟尘通过烟尘过滤装置后到达第一浓度检测部件7内，在本实施例中，在烟尘过滤装置上还可以加装一个具有温度探头11的恒温装置10，将滤膜放置壳体设置在恒温装置10内，当然，该恒温装置10并不是必须部件，烟尘过滤装置也可以在不恒温的条件下进行工作，并且，恒温装置均采用传统的恒温技术即可。

在本实施例中，第一浓度检测部件7和第二浓度检测部件8均为微量振荡天平法的颗粒物浓度监测设备。

在本实施例中，如图2所示，滤膜9可以采用双层滤膜9，进行双层过滤，使测量结果更精准，当然也可以采用三层甚至更多层的滤膜形式进行。

下面具体介绍采用本实施例中的基于振荡天平的颗粒物差分浓度测量系统来测量颗粒物浓度的测量方法，包括以下步骤：

步骤1，浓度校准步骤，取下颗粒物过滤膜片，先通过零气对两个通道的浓度测量进行零点校准，具体方法是：将第一进气管口3和第二进气管口4通入零气后，待零气通入第一浓度检测部件7和第二浓度检测部件8，调整第一浓度检测部件7和第二浓度检测部件8使其测量数据一致；再通过采样气对两个通道的浓度测量进行浓度校准，具体方法是：将第一进气管口3和第二进气管口4通入采样气后，待采样气通入第一浓度检测部件7和第二浓度检测部件8，参考标准采样器所测浓度，调整第一浓度检测部件7和第二浓度检测部件8使其浓度一致；

步骤2，将被测颗粒物通入第一进气管口3和第二进气管口4，定义第一进气管口3的流量为Q₁，第二进气管口4的流量为Q₂其中，Q₁可以与Q₂相等，也可以不等，即颗粒物去尘通道1和颗粒物含尘通道2内流量可以相同可以不同；第一浓度检测部件7检测浓度为ΔP₁=ΔP_水，第二浓度检测部件8检测浓度为ΔP₂=ΔP_水+ΔP_尘，其中，ΔP_水为颗粒物因含水或共模干扰产生浓度，ΔP_尘为颗粒物浓度，则ΔP_尘=ΔP₂-ΔP₁。

步骤3，在安装过滤膜片前使用手工方法对采样膜片进行称重，测量其初重。自动监测仪运行一定时间后，取下过滤膜片，使用手工方法对采样膜片进行称重，测量其末重，相减得增重值。通过增重值对自动监测仪记录的平均浓度进行核准，并修正浓度数据。

在本实施例中，采用微量振荡天平法的颗粒物浓度监测设备是采用的传统的微量振荡天平法，在此不再赘述该法的具体方案。

应当注意的是其中至少有一路含尘气流通道上一定要设置有颗粒物过滤装置。当采用一路含尘气流通道时，可通过切换阀门使用分时测量的方法测量，即先通过切换阀门使含尘气流通过颗粒物过滤装置再进入浓度检测部件，测量浓度ΔP₁=ΔP_水，然后切换阀门使含尘气流直接进入浓度检测部件，测量浓度ΔP₂=ΔP_水+ΔP_尘，通过ΔP_尘=ΔP₂-ΔP₁计算最终浓度。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了颗粒物去尘通道1、颗粒物含尘通道2、第一进气管口3、第二进气管口4、上部含尘气流通道5、下部含尘气流通道6、第一浓度检测部件7、第二浓度检测部件8、滤膜9、恒温装置10等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims

1.一种基于振荡天平的颗粒物差分浓度测量系统，其特征在于，包括至少两根含尘气流通道，分别为颗粒物去尘通道（1）以及颗粒物含尘通道（2）；所述颗粒物去尘通道（1）一端设有第一进气管口（3），另一端设有第一浓度检测部件（7）；所述颗粒物含尘通道（2）一端设有第二进气管口（4），另一端设有第二浓度检测部件（8）；所述颗粒物去尘通道（1）上还设有用于滤尘的颗粒物过滤装置，第一进气管口（3）以及第二进气管口（4）均接有PM2.5切割器或PM1.0切割器。

2.根据权利要求1所述的一种基于振荡天平的颗粒物差分浓度测量系统，其特征在于，所述的颗粒物去尘通道（1）包括上部含尘气流通道（5）以及下部含尘气流通道（6），上述第一进气管口（3）设在上部含尘气流通道（5）一端，所述上部含尘气流通道（5）另一端通过上述颗粒物过滤装置与所述下部含尘气流通道（6）一端连通；上述第一浓度检测部件（7）设置在所述下部含尘气流通道（6）的另一端。

3.根据权利要求1所述的一种基于振荡天平的颗粒物差分浓度测量系统，其特征在于，所述颗粒物过滤装置包括一个内部设有滤膜（9）的颗粒物过滤器以及用于放置颗粒物过滤器并能开合的滤膜放置壳体，所述颗粒物过滤器内的滤膜滤径为0.1μm～22μm。

4.根据权利要求1所述的一种基于振荡天平的颗粒物差分浓度测量系统，其特征在于，还包括一具有温度探头（11）的控温装置（10），上述滤膜放置壳体设置在控温装置（10）内。

5.根据权利要求1所述的一种基于振荡天平的颗粒物差分浓度测量系统，其特征在于，所述第一浓度检测部件（7）和第二浓度检测部件（8）均为微量振荡天平颗粒物浓度测量设备。

6.一种权利要求1所述的一种基于振荡天平的颗粒物差分浓度测量系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤2，将被测颗粒物通入第一进气管口（3）和第二进气管口（4），定义第一进气管口（3）的被测颗粒物流量为Q₁，第二进气管口（4）的被测颗粒物流量为Q₂，第一浓度检测部件（7）检测颗粒物增重为ΔP₁=ΔP_水，第一浓度检测部件（8）检测颗粒物增重为ΔP₂=ΔP_水+ΔP_尘，其中，ΔP_水为颗粒物的含水量，ΔP_尘为颗粒物的含尘量，则ΔP_尘=ΔP₂-ΔP₁；

步骤3，在安装过滤膜片前使用手工方法对采样膜片进行称重，测量其初重，自动监测仪运行一定时间后，取下过滤膜片，使用手工方法对采样膜片进行称重，测量其末重，相减得增重值，通过增重值对自动监测仪记录的平均浓度进行核准，并修正自动监测仪的浓度数据。