CN104880393A - 一种测量特定场所pm2.5的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量特定场所PM2.5的装置，其特征在于，包括一个测量容器，所述测量容器内壁的两侧平行设置有两个金属材料的集尘板，两个集尘板并联在一个测量电源的两端使得两个集尘板构成正负电极，所述测量容器的一端中部还设置有进风通道，测量容器另一端设置有出风通道；所述测量容器内位于进风通道入口处还设置有电离电极，所述电离电极和电离电源相连并用于对进气实现电离。本发明还公开了一种测量特定场所PM2.5的方法，其采用上述装置实现检测。本发明具有结构简单，操作方便，成本低廉，检测灵敏可靠等优点。

Description

一种测量特定场所PM2.5的装置及方法

技术领域

本发明涉及空气污染物监测技术领域；特别是涉及一种能够测量特定场所PM2.5的装置和方法。

背景技术

随着近几年来我国北方地区出现的雾霾天气，PM2.5进入了人们的日常生活，所谓PM2.5又称可入肺颗粒物，是指空气中空气动力学当量直径小于等于2.5                                               的颗粒物。由于它能长时间悬浮在空气中，并且能随着人体的呼吸作用进入肺部，对人体的健康产生严重的危害。因此对于PM2.5的测量引起了广泛的关注，目前常用的检测PM2.5的方法主要有振荡天平法、射线法和光散射法。上述方法中：振荡天平法的缺点是需要加装辅助校准设备来对颗粒物测量结果进行校准；射线法实现对颗粒物的测量是基于仪器的石英采样滤膜条带均一和采集的PM2.5粒子物理特性均一这两个假设而得以实现的，而上述两个假设在实际中一般都不成立；光散射法主要测量PM2.5的数量浓度。上述三种测量方法的原理和操作步骤都比较复杂，针对上述情况已经出现了很多依靠其他原理来实现测量的方法，其中专利申请号为201410833878.3、名称为《一种用于测量特定场所PM2.5的装置与方法》公开了一种用于测量特定场所PM2.5的装置及方法，该装置包括粒子发射单元、平行极板对、板级电压调节单元、电流测量单元以及CCD监控单元，该装置依据密立根静态油滴实验测量PM2.5颗粒所包含的所有元电荷质量，以所有元电荷质量之和作为PM2.5颗粒重量。利用该方法进行测量能达到较高的测量精确同时也考虑了气固两相流多种因素对测量结果的影响，但是该装置所利用的密立根静态油滴实验所喷油滴直径为1.2-2.0时测量效果最好，可以精确测量出元电荷，将此用于测量PM2.5其粒径为2.5的颗粒物，很难保证此刻能精确测量出所有的元电荷。此外，该方法所用到的设备和实验操作较为复杂，用于生活和工程实际中PM2.5的测量会造成一定的困难。

因此，研究设计一种测量原理相对简单，且成本低，安装操作简便，能够广泛适用于日常生活和工程实际中的PM2.5质量的测量装置与方法具有远大的应用前景和实际意义。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种结构简单，操作方便，成本低廉，检测灵敏可靠的测量特定场所PM2.5的装置及方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种测量特定场所PM2.5的装置，其特征在于，包括一个测量容器，所述测量容器内壁的两侧平行设置有两个金属材料的集尘板，两个集尘板并联在一个测量电源的两端使得两个集尘板构成正负电极，两个集尘板还并列设置有一个电容，集尘板到电容之间的连接导线上还安装有一个电流测量记录装置；所述测量容器的一端中部还设置有进风通道，进风通道内设置有进气泵、干燥层、能够过滤直径大于2.5颗粒物的滤膜以及进风开关阀；测量容器另一端设置有出风通道，出风通道上设置有抽真空装置和抽风开关阀；所述测量容器内位于进风通道入口处还设置有电离电极，所述电离电极和电离电源相连并用于对进气实现电离。

本申请中，所述特定场所是指其空气中含有特定成分和种类固体颗粒物的场所，例如某化工厂厂房内，新装修房间内等场所。特定场所的空气中固体颗粒物成分和种类固定，仅含量根据采集时间不同而不同，故其电学性能一致，能够形成固体颗粒物含量和被电离形成的电量之间的稳定的对应函数关系。这样，根据该对应函数关系，靠本装置得到被检测空气的电离电量或就可以得知其固体颗粒物含量。本装置具有结构简单，操作方便，成本低廉，检测灵敏可靠等优点。

作为优化，所述电离电极由一对平行间隔设置的金属丝环绕布置在一个漏斗形支架上，所述漏斗形支架形成的漏斗开放侧正对进风通道设置。这样，能够提高电离效果，保证检测结果准确度。

本发明还公开了一种测量特定场所PM2.5的方法，其特征在于，包括以下步骤：a、先获取如上所述的测量特定场所PM2.5的装置；b、关闭进气开关阀，打开抽风开关阀和抽真空装置对测量容器进行抽真空，抽真空完毕后关闭抽风开关阀和抽真空装置；c、打开进风开关阀和进气泵，同时接通电离电极工作，接通集尘板所在电路使得集尘板之间形成集尘用电场，往测量容器输入单位体积的待检测空气，待检测空气在进风通道内进行干燥并过滤掉直径大于2.5的颗粒物，然后在进风通道进口处被电离电极电离，使得空气中固体颗粒物带电并进入测量容器内腔后被吸附在两侧的集尘板上；d、靠电流测量记录装置测量并记录输入待检测空气之前到待检测空气输入结束整个过程中电流变化量，计算得到产生该电流变化量所需的电荷量；e、再根据电荷量与进气含有的PM2.5质量之间的对应函数关系即可算得被测空气的PM2.5含量。

这样，检测前抽真空处理可以避免测量容器内残留空气的干扰，保证结果的精确。同时待检测空气先在进风通道内进行干燥并过滤掉直径大于2.5的颗粒物，也避免了水蒸气和大颗粒固体物质的干扰，确保了检测结果的精确。

作为优化，还包括步骤f：测量完毕后，关闭电离电极以及集尘板所在电路，同时打开抽风开关阀和抽真空装置以及进风开关阀和进气泵，靠风流吹走吸附在集尘板上的灰尘，以待下次使用。

这样，对集尘板进行清理，保证了下次检测的准确性。

作为优化，所述步骤d中电荷量与进气含有的PM2.5质量之间的对应函数关系为事先试验获得，试验时先获取多组被检测对象的空气，每组包括两份相同单位体积和相同PM2.5含量的空气（即同一时间和同一空间点采用的两份相同单位体积的空气），其中一份空气采用权利要求1或2所述的测量特定场所PM2.5的装置测得其被电离产生的电荷量（即和上述方法中步骤测量电荷量步骤方式一致）；另一份空气经过干燥和能够过滤掉直径大于2.5颗粒物的滤膜过滤后，再经过PM2.5粘附膜吸附住气体中PM2.5颗粒，再检测PM2.5粘附膜质量变化获得和电荷量对应的PM2.5质量（优选采用电子天平检测），得到电荷量与进气含有的PM2.5质量之间的对应函数关系。

这样，可以保证得到的对应函数关系的准确性和可靠性。

故本发明的有益效果是：提供了一种用于测量特定场所空气中PM2.5的方法与装置，利用该装置对室内PM2.5进行测量时，利用电离电极产生的电场使得含有PM2.5的气体被电离，其中部分固体颗粒直接被电离为电离子，部分固体颗粒被荷电构成带电颗粒，再进入集尘用电场后在集尘板构成的电场力的作用下向两极集尘板移动并被吸附在其上，再通过测试该过程中设置在集尘电路上的电流测量记录装置所记录的电流变化量来得到所测定体积空气量中所含的PM2.5。该方法所利用的原理简单、装置操作简单仅需要测量集尘电路上的电流变化量，就能根据积分公式得出所收集到的PM2.5的带电量，再根据实际的实测PM2.5的质量和相应带电量之间的函数关系，就可以得到所测定量空气中的PM2.5；同时，与滤膜称重法、光散射法、β射线法、微量振荡天平法等目前常用来测量PM2.5浓度的方法相比，本发明所提供的测量方法成本低廉、适用性更广，特别适合在各类工厂中使用。

综上所述，本发明具有结构简单，操作方便，成本低廉，检测灵敏可靠等优点。

附图说明

图1为本发明的装置的示意简图。图中箭头表示出风通道的排气方向。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

具体实施时，如图1所示，一种测量特定场所PM2.5的装置，包括一个测量容器7，所述测量容器7内壁的两侧平行设置有两个金属材料的集尘板6，两个集尘板6并联在一个测量电源8的两端使得两个集尘板6构成正负电极，两个集尘板6还并列设置有一个电容10，集尘板6到电容10之间的连接导线上还安装有一个电流测量记录装置9；所述测量容器7的一端中部还设置有进风通道，进风通道内设置有进气泵1、干燥层2、能够过滤直径大于2.5颗粒物的滤膜3以及进风开关阀；测量容器7另一端设置有出风通道，出风通道上设置有抽真空装置和抽风开关阀（图中未显示）；所述测量容器7内位于进风通道入口处还设置有电离电极4，所述电离电极4和电离电源5相连并用于对进气实现电离。其中，所述电离电极4由一对平行间隔设置的金属丝环绕布置在一个漏斗形支架上，所述漏斗形支架形成的漏斗开放侧正对进风通道设置。这样，能够提高电离效果，保证检测结果准确度。

其中，所述特定场所是指其空气中含有特定成分和种类固体颗粒物的场所，例如某化工厂厂房内，新装修房间内等场所。特定场所的空气中固体颗粒物成分和种类固定，仅含量根据采集时间不同而不同，故其电学性能一致，能够形成固体颗粒物含量和被电离形成的电量之间的稳定的对应函数关系。这样，根据该对应函数关系，靠本装置得到被检测空气的电离电量或就可以得知其固体颗粒物含量。

本发明还公开了一种测量特定场所PM2.5的方法，包括以下步骤：a、先获取如上所述的测量特定场所PM2.5的装置；b、关闭进气开关阀，打开抽风开关阀和抽真空装置对测量容器进行抽真空，抽真空完毕后关闭抽风开关阀和抽真空装置；c、打开进风开关阀和进气泵，同时接通电离电极工作，接通集尘板所在电路使得集尘板之间形成集尘用电场，往测量容器输入单位体积的待检测空气，待检测空气在进风通道内进行干燥并过滤掉直径大于2.5的颗粒物，然后在进风通道进口处被电离电极电离，使得空气中固体颗粒物带电并进入测量容器内腔后被吸附在两侧的集尘板上；d、靠电流测量记录装置测量并记录输入待检测空气之前到待检测空气输入结束整个过程中电流变化量，计算得到产生该电流变化量所需的电荷量；e、再根据电荷量与进气含有的PM2.5质量之间的对应函数关系即可算得被测空气的PM2.5含量。

这样，检测前抽真空处理可以避免测量容器内残留空气的干扰，保证结果的精确。同时待检测空气先在进风通道内进行干燥并过滤掉直径大于2.5的颗粒物，也避免了水蒸气和大颗粒固体物质的干扰，确保了检测结果的精确。

实施时进一步地，还包括步骤f：测量完毕后，关闭电离电极以及集尘板所在电路，同时打开抽风开关阀和抽真空装置以及进风开关阀和进气泵，靠风流吹走吸附在集尘板上的灰尘，以待下次使用。这样，对集尘板进行清理，保证了下次检测的准确性。

实施时，所述步骤d中电荷量与进气含有的PM2.5质量之间的对应函数关系为事先试验获得，试验时先获取多组被检测对象的空气（多组指即不同时间内或不同空间位置采集得到的空气），每组包括两份相同单位体积和相同PM2.5含量的空气（即同一时间和同一空间点采用的两份相同单位体积的空气），其中一份空气采用权利要求1或2所述的测量特定场所PM2.5的装置测得其被电离产生的电荷量（即和上述方法中步骤测量电荷量步骤方式一致）；另一份空气经过干燥和能够过滤掉直径大于2.5颗粒物的滤膜过滤后，再经过PM2.5粘附膜吸附住气体中PM2.5颗粒，再检测PM2.5粘附膜质量变化获得和电荷量对应的PM2.5质量（优选采用电子天平检测），得到电荷量与进气含有的PM2.5质量之间的对应函数关系。

这样，可以保证得到的对应函数关系的准确性和可靠性。

Claims (5)

1.一种测量特定场所PM2.5的装置，其特征在于，包括一个测量容器，所述测量容器内壁的两侧平行设置有两个金属材料的集尘板，两个集尘板并联在一个测量电源的两端使得两个集尘板构成正负电极，两个集尘板还并列设置有一个电容，集尘板到电容之间的连接导线上还安装有一个电流测量记录装置；所述测量容器的一端中部还设置有进风通道，进风通道内设置有进气泵、干燥层、能够过滤直径大于2.5                                               颗粒物的滤膜以及进风开关阀；测量容器另一端设置有出风通道，出风通道上设置有抽真空装置和抽风开关阀；所述测量容器内位于进风通道入口处还设置有电离电极，所述电离电极和电离电源相连并用于对进气实现电离。

2.如权利要求1所述的测量特定场所PM2.5的装置，其特征在于，所述电离电极由一对平行间隔设置的金属丝环绕布置在一个漏斗形支架上，所述漏斗形支架形成的漏斗开放侧正对进风通道设置。

3.一种测量特定场所PM2.5的方法，其特征在于，包括以下步骤：a、先获取如权利要求1或2所述的测量特定场所PM2.5的装置；b、关闭进气开关阀，打开抽风开关阀和抽真空装置对测量容器进行抽真空，抽真空完毕后关闭抽风开关阀和抽真空装置；c、打开进风开关阀和进气泵，同时接通电离电极工作，接通集尘板所在电路使得集尘板之间形成集尘用电场，往测量容器输入单位体积的待检测空气，待检测空气在进风通道内进行干燥并过滤掉直径大于2.5的颗粒物，然后在进风通道进口处被电离电极电离，使得空气中固体颗粒物带电并进入测量容器内腔后被吸附在两侧的集尘板上；d、靠电流测量记录装置测量并记录输入待检测空气之前到待检测空气输入结束整个过程中电流变化量，计算得到产生该电流变化量所需的电荷量；e、再根据电荷量与进气含有的PM2.5质量之间的对应函数关系即可算得被测空气的PM2.5含量。

4.如权利要求3所述的测量特定场所PM2.5的方法，其特征在于，还包括步骤f：测量完毕后，关闭电离电极以及集尘板所在电路，同时打开抽风开关阀和抽真空装置以及进风开关阀和进气泵，靠风流吹走吸附在集尘板上的灰尘，以待下次使用。

5.如权利要求3所述的测量特定场所PM2.5的方法，其特征在于，所述步骤d中电荷量与进气含有的PM2.5质量之间的对应函数关系为事先试验获得，试验时先获取多组被检测对象的空气，每组包括两份相同单位体积和相同PM2.5含量的空气，其中一份空气采用权利要求1或2所述的测量特定场所PM2.5的装置测得其被电离产生的电荷量；另一份空气经过干燥和能够过滤掉直径大于2.5颗粒物的滤膜过滤后，再经过PM2.5粘附膜吸附住气体中PM2.5颗粒，再检测PM2.5粘附膜质量变化获得和电荷量对应的PM2.5质量，得到电荷量与进气含有的PM2.5质量之间的对应函数关系。