CN108375406A - 一种空气采样体积的计算方法及采样器 - Google Patents

一种空气采样体积的计算方法及采样器 Download PDF

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CN108375406A CN201810122883.1A CN201810122883A CN108375406A CN 108375406 A CN108375406 A CN 108375406A CN 201810122883 A CN201810122883 A CN 201810122883A CN 108375406 A CN108375406 A CN 108375406A
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Abstract

本发明提供了一种空气采样体积的计算方法及采样器，该方法包括：获取空气采样瞬时流量、采样时长、瞬时采样温度以及瞬时采样气压；根据瞬时流量、采样时长、瞬时采样温度、瞬时采样气压、标准状况下的温度以及标准状况下的气压，计算出标准状况下的空气采样体积。基于瞬时流量、瞬时采样温度以及瞬时采样气压，将整个采样过程细分为多个时间段，实时获取采样过程中参数的实际变化，然后根据每个时间段内的实际数值，计算标况下采样体积，无论温度、压力和采样流量如何变化都可以准确的计算出样品采集时的标况下采样体积，提高了样品采集的准确性，降低因采样温度、气压及流量变化造成的采样误差，提高了标况下采样体积计算的准确性。

Description

一种空气采样体积的计算方法及采样器
技术领域
本发明涉及环境及职业卫生监测技术领域，尤其涉及一种空气采样体积的计算方法及采样器。
背景技术
空气中有害物质的浓度单位是毫克每立方米(mg/m3)，国标方法都是通过采样法来检测的，采集物质的量可以通过化验得到相对准确的结果，但是采样体积的误差一直是行业误差的主要来源。由于采样对象是空气，气体的体积受到温度和压力的影响会有很大的变化，所以所有采样体积需要转换成标准状况下(环境卫生0℃，103.3kPa；职业卫生20℃，103.3kPa)来计算浓度，如果整个采样过程流量、温度、压力都没有任何变化，可以通过公式直接计算标况下体积，但是如果流量、温度以及压力任一参数有变化，就不能使用采样时某一时刻的数据来计算最终结果了。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种空气采样体积的计算方法及采样器。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种空气采样体积的计算方法，该方法包括：获取空气采样瞬时流量、采样时长、瞬时采样温度以及瞬时采样气压；根据所述瞬时流量、采样时长、瞬时采样温度、瞬时采样气压、标准状况下的温度以及标准状况下的气压，计算出标准状况下的空气采样体积。
本发明的有益效果是：基于瞬时流量、瞬时采样温度以及瞬时采样气压，将整个采样过程细分为多个时间段，实时获取采样过程中参数的实际变化，然后根据每个时间段内的实际数值，计算标况下采样体积，无论温度、压力和采样流量如何变化都可以准确的计算出样品采集时的标况下采样体积，提高了样品采集的准确性，降低因采样温度、气压及流量变化造成的采样误差，提高了标况下采样体积计算的准确性。
进一步地，所述根据所述瞬时流量、采样时长、瞬时采样温度、瞬时采样气压、标准状况下的温度以及标准状况下的气压，计算出标准状况下的空气采样体积；
其中，计算出标准状况下的空气采样体积的公式为：
其中，V0为标准状况下的空气采样体积，F为空气采样瞬时流量，t为采样时长，T0为标准状况下的温度，P0为标准状况下的气压，为瞬时采样温度，为瞬时采样气压。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过每秒将采样体积转换成当时环境条件下的标况体积然后累加在上一秒计算并累加的标况体积上，最终累加体积为采样样品对应的采样时的标准体积，提高采样时的标准体积计算的准确性。
进一步地，在所述根据所述瞬时流量、采样时长、瞬时采样温度、瞬时采样气压、标准状况下的温度以及标准状况下的气压，计算出标准状况下的空气采样体积方法之后，还包括：根据采样器采样前的滤膜质量、采样后的滤膜质量以及所述标准状况下的空气采样体积，计算出空气中有害物质的浓度。
采用上述进一步方案的有益效果是：基于瞬时流量、瞬时采样温度以及气压，将整个采样过程细分为多个时间段，实时获取采样过程中参数的实际变化，然后根据每个时间段内的实际数值，计算标况下采样体积，进一步计算空气中有害物质的浓度，无论温度、压力和采样流量如何变化都可以准确的计算出样品采集时的标况下采样体积，从而计算出准确的空气中有害物质的浓度，提高了样品采集的准确性，降低因采样温度、气压及流量变化造成的采样误差，提高了标况下采样体积计算的准确性，进而提高空气中有害物质的浓度的准确性。
进一步地，所述计算空气中有害物质的浓度的公式为：
其中，C为空气中有害物质的浓度，m1为采样器采样前的滤膜质量，m2采样后的滤膜质量，V0为标准状况下的空气采样体积。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过每秒将采样体积转换成当时环境条件下的标况体积然后累加在上一秒计算并累加的标况体积上，最终累加体积为采样样品对应的采样时的标准体积，在采样时的标准体积的基础上计算空气中有害物质的浓度，提高空气中有害物质的浓度的测量准确性。
进一步地，所述标准状况下的气压为101.3kPa，在环境卫生标准状况下的温度为273K，在职业卫生标准状况下的温度为293K。
采用上述进一步方案的有益效果是：在不同的卫生标准条件下，使用不同的数值进行标准状况下的空气采样体积的运算，使得本发明实施例的空气采样体积的计算方法适应于各种测量条件，无论温度、压力和采样流量如何变化都可以准确的计算出样品采集时的标况下采样体积，提高了样品采集的准确性，降低因采样温度、气压及流量变化造成的采样误差，提高了标况下采样体积计算的准确性。
本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种采样器，该采样器包括：获取模块以及处理模块，
所述获取模块，用于获取空气采样瞬时流量、采样时长、瞬时采样温度以及瞬时采样气压；
所述处理模块，根据所述瞬时流量、采样时长、瞬时采样温度、瞬时采样气压、标准状况下的温度以及标准状况下的气压，计算出标准状况下的空气采样体积。
本发明的有益效果是：基于瞬时流量、瞬时采样温度以及气压，将整个采样过程细分为多个时间段，实时获取采样过程中参数的实际变化，然后根据每个时间段内的实际数值，计算标况下采样体积，无论温度、压力和采样流量如何变化都可以准确的计算出样品采集时的标况下采样体积，提高了样品采集的准确性，降低因采样温度、气压及流量变化造成的采样误差，提高了标况下采样体积计算的准确性。
进一步地，所述处理模块通过下述公式计算出标准状况下的空气采样体积：
其中，V0为标准状况下的空气采样体积，F为空气采样瞬时流量，t为采样时长，T0为标准状况下的温度，P0为标准状况下的气压，为瞬时采样温度，为瞬时采样气压。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过每秒将采样体积转换成当时环境条件下的标况体积然后累加在上一秒计算并累加的标况体积上，最终累加体积为采样样品对应的采样时的标准体积，提高采样时的标准体积计算的准确性。
进一步地，所述处理模块，还用于：
根据采样器采样前的滤膜质量、采样后的滤膜质量以及所述标准状况下的空气采样体积，计算出空气中有害物质的浓度。
采用上述进一步方案的有益效果是：基于瞬时流量、瞬时采样温度以及气压，将整个采样过程细分为多个时间段，实时获取采样过程中参数的实际变化，然后根据每个时间段内的实际数值，计算标况下采样体积，进一步计算空气中有害物质的浓度，无论温度、压力和采样流量如何变化都可以准确的计算出样品采集时的标况下采样体积，从而计算出准确的空气中有害物质的浓度，提高了样品采集的准确性，降低因采样温度、气压及流量变化造成的采样误差，提高了标况下采样体积计算的准确性，进而提高空气中有害物质的浓度的准确性。
进一步地，所述处理模块通过下述公式计算出空气中有害物质的浓度：
其中，C为空气中有害物质的浓度，m1为采样器采样前的滤膜质量，m2采样后的滤膜质量，V0为标准状况下的空气采样体积。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过每秒将采样体积转换成当时环境条件下的标况体积然后累加在上一秒计算并累加的标况体积上，最终累加体积为采样样品对应的采样时的标准体积，在采样时的标准体积的基础上计算空气中有害物质的浓度，提高空气中有害物质的浓度的测量准确性。
进一步地，所述标准状况下的气压为101.3kPa，在环境卫生标准状况下的温度为273K，在职业卫生标准状况下的温度为293K。
采用上述进一步方案的有益效果是：在不同的卫生标准条件下，使用不同的数值进行标准状况下的空气采样体积的运算，使得本发明实施例的空气采样体积的计算方法适应于各种测量条件，无论温度、压力和采样流量如何变化都可以准确的计算出样品采集时的标况下采样体积，提高了样品采集的准确性，降低因采样温度、气压及流量变化造成的采样误差，提高了标况下采样体积计算的准确性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的空气采样体积的计算方法的示意性流程图之一；
图2为本发明实施例提供的空气采样体积的计算方法的示意性流程图之二；
图3为本发明实施例提供的采样器的示意性结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
标准采样体积是指，在气温为20℃，大气压为101.3kPa(760mmHg)下，采集空气样品的体积，以V0表示。
标准采样体积的计算公式为：
其中，V0为标准采样体积，Vt为在温度为t，大气压为P时的采样体积，t为采样点的气温，P为采样点的大气压。
工作场所空气样品的采样体积，在采样点温度低于5℃和高于35℃、大气压低于98.8kPa和高于103.4kPa时，应按公式(1)将采样体积换算成标准采样体积。
采样时需要测量采样的温度和压力，如果温度和压力在5-35℃和98.8-103.4kPa之间时，可以不考虑气相条件的影响，不转换标准体积，但是如果在这个范围之外的采样环境就必须转换成标准状态下的体积才行，而在实际采样工作中，在很多高原地区气压一直会低于98.8kPa，甚至最低能到60PKa左右，这种情况就必须通过公式(1)转换，但是如果这个采样过程中温度、气压、流量都不稳定，就无法套用某一个温度或压力来计算真实的标况采样体积，只能取近似值并且误差无法控制。
采样器第一计算公式：
V＝Ft…………………………………………….……(2)
其中，V为标准采样体积，F为采样流量，t为采样时间。
采样器第二计算公式：
其中，V为标准采样体积，F为采样流量，t为采样时间。
其中，V0为标准采样体积，F为采样流量，t为采样时间，T0为标准状况下的温度，Tt为采样结束时的温度，Pt为采样结束时的压力，P0为标准状况下的压力。
目前市面上大部分采样器是通过公式(2)得到采样体积，再根据采样温度和压力计算标况采样体积，流量不稳定时会产生误差，温度压力变化时也会产生误差；有部分采样器是可以通过公式(3)得到采样体积，流量波动产生的误差可以控制，但是无法控制温度和压力变化产生的误差；还有少量采样器带有温度和压力传感器通过公式(4)可以计算出标准状况下的采样体积，但是使用的Tt和Pt都是采样结束时的温度和压力，如果采样过程温度压力发生变化时这个V0就无效了；Cougar采样器内置的公式含有三个变量，无论流量、温度、压强是否变化、怎么变化，V0总是采样样品对应的标况下的体积；这个体积正是这个行业几十年来想要又无法实现的体积。
基于上述技术问题，本发明实施例提供了一种空气采样体积的计算方法及采样器，无论采样温度、压力和采样流量如何变化都可以准确的计算出样品采集时的标况下采样体积。
实施例1
如图1所示，图1为本发明实施例提供的空气采样体积的计算方法的示意性流程图之一。本发明实施例提供了一种空气采样体积的计算方法，该方法包括：
110、获取空气采样瞬时流量、采样时长、瞬时采样温度以及瞬时采样气压；
120、根据所述瞬时流量、采样时长、瞬时采样温度、瞬时采样气压、标准状况下的温度以及标准状况下的气压，计算出标准状况下的空气采样体积。其中，本发明可以适用于粉尘、雾霾等环境检测领域。瞬时流量是指，在采样器对空气进行采样的过程中，空气进入采样器进气口的瞬时流量，瞬时可以为无限短的时间，例如，瞬时可以为1秒或0.1秒。
上述方法的实施可以通过采样器来实现，采样器可以为Cougar系列采样器。
本发明的有益效果是：基于瞬时流量、瞬时采样温度以及瞬时采样气压，将整个采样过程细分为多个时间段，实时获取采样过程中参数的实际变化，然后根据每个时间段内的实际数值，计算标况下采样体积，无论温度、压力和采样流量如何变化都可以准确的计算出样品采集时的标况下采样体积，提高了样品采集的准确性，降低因采样温度、气压及流量变化造成的采样误差，提高了标况下采样体积计算的准确性。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例的所述根据瞬时流量、采样时长、瞬时采样温度、瞬时采样气压、标准状况下的温度以及标准状况下的气压，计算出标准状况下的空气采样体积；
其中，计算出标准状况下的空气采样体积的公式为：
其中，V0为标准状况下的空气采样体积，F为空气采样瞬时流量，t为采样时长，T0为标准状况下的温度，P0为标准状况下的气压，为瞬时采样温度，为瞬时采样气压。
Cougar系列采样器在采样的同时可测量采样环境的温度和气压，并通过内置公式(5)将每秒采样体积转换成当时环境条件下的标况体积然后累加在上一秒计算并累加的标况体积上，最终累加体积为采样样品对应的采样时的标准体积。
Cougar系列采样器内置温度、压力传感器以及流量计，每秒记录温度、压力和流量并通过公式(5)计算标准状况下的累计体积。
通过每秒将采样体积转换成当时环境条件下的标况体积然后累加在上一秒计算并累加的标况体积上，最终累加体积为采样样品对应的采样时的标准体积，提高采样时的标准体积计算的准确性。
实施例3
如图2所示，图2为本发明实施例提供的空气采样体积的计算方法的示意性流程图之二。在实施例1的基础上，本实施例的在所述根据瞬时流量、采样时长、瞬时采样温度、瞬时采样气压、标准状况下的温度以及标准状况下的气压，计算出标准状况下的空气采样体积方法之后，还包括：
130、根据采样器采样前的滤膜质量、采样后的滤膜质量以及所述标准状况下的空气采样体积，计算出空气中有害物质的浓度。
基于瞬时流量、瞬时采样温度以及气压，将整个采样过程细分为多个时间段，实时获取采样过程中参数的实际变化，然后根据每个时间段内的实际数值，计算标况下采样体积，进一步计算空气中有害物质的浓度，无论温度、压力和采样流量如何变化都可以准确的计算出样品采集时的标况下采样体积，从而计算出准确的空气中有害物质的浓度，提高了样品采集的准确性，降低因采样温度、气压及流量变化造成的采样误差，提高了标况下采样体积计算的准确性，进而提高空气中有害物质的浓度的准确性。
实施例4
在实施例3的基础上，本实施例的所述计算空气中有害物质的浓度的公式为：
其中，C为空气中有害物质的浓度，m1为采样器采样前的滤膜质量，m2采样后的滤膜质量，V0为标准状况下的空气采样体积。
通过每秒将采样体积转换成当时环境条件下的标况体积然后累加在上一秒计算并累加的标况体积上，最终累加体积为采样样品对应的采样时的标准体积，在采样时的标准体积的基础上计算空气中有害物质的浓度，提高空气中有害物质的浓度的测量准确性。
实施例5
在实施例1至实施例4任一实施例的基础上，本实施例的所述标准状况下的气压为101.3kPa，在环境卫生标准状况下的温度为273K，在职业卫生标准状况下的温度为293K。其中，环境卫生是指，环保或卫生部门在室内、外环境检测时使用的标准；职业卫生标准是指，安监局或检测机构在工作场所有害因素检测时使用的标准；环境卫生：0℃(273K)，101.3kPa；职业卫生：20℃(293K)，101.3kPa。
在不同的卫生标准条件下，使用不同的数值进行标准状况下的空气采样体积的运算，使得本发明实施例的空气采样体积的计算方法适应于各种测量条件，无论温度、压力和采样流量如何变化都可以准确的计算出样品采集时的标况下采样体积，提高了样品采集的准确性，降低因采样温度、气压及流量变化造成的采样误差，提高了标况下采样体积计算的准确性。
实施例6
如图3所示，图3为本发明实施例提供的采样器的示意性结构框图。本发明实施例提供了一种采样器，该采样器包括：获取模210以及处理模块220，
所述获取模块210，用于获取空气采样瞬时流量、采样时长、瞬时采样温度以及瞬时采样气压；
所述处理模块220，根据所述瞬时流量、采样时长、瞬时采样温度、瞬时采样气压、标准状况下的温度以及标准状况下的气压，计算出标准状况下的空气采样体积。其中，本发明可以适用于粉尘、雾霾等环境检测领域。瞬时流量是指，在采样器对空气进行采样的过程中，空气进入采样器进气口的瞬时流量，瞬时可以为无限短的时间，例如，瞬时可以为1秒或0.1秒。此外，获取模块可以为温度传感器、压力传感器以及流量计，所述处理模块集成在所述采样器内部。
上述方法的实施可以通过采样器来实现，采样器可以为Cougar系列采样器。
基于瞬时流量、瞬时采样温度以及气压，将整个采样过程细分为多个时间段，实时获取采样过程中参数的实际变化，然后根据每个时间段内的实际数值，计算标况下采样体积，无论温度、压力和采样流量如何变化都可以准确的计算出样品采集时的标况下采样体积，提高了样品采集的准确性，降低因采样温度、气压及流量变化造成的采样误差，提高了标况下采样体积计算的准确性。
实施例7
在实施例6的基础上，本实施例的所述处理模块220通过下述公式计算出标准状况下的空气采样体积：
其中，V0为标准状况下的空气采样体积，F为空气采样瞬时流量，t为采样时长，T0为标准状况下的温度，P0为标准状况下的气压，为瞬时采样温度，为瞬时采样气压。
Cougar系列采样器在采样的同时可测量采样环境的温度和气压，通过内置公式(5)每秒将采样体积转换成当时环境条件下的标况体积然后累加在上一秒计算并累加的标况体积上，最终累加体积为采样样品对应的采样时的标准体积。
Cougar系列采样器内置温度、压力传感器以及流量计，每秒记录温度、压力和流量并通过公式(5)计算标准状况下的累计体积。
通过每秒将采样体积转换成当时环境条件下的标况体积然后累加在上一秒计算并累加的标况体积上，最终累加体积为采样样品对应的采样时的标准体积，提高采样时的标准体积计算的准确性。
实施例8
在实施例6的基础上，本实施例的所述处理模块220，还用于：根据采样器采样前的滤膜质量、采样后的滤膜质量以及所述标准状况下的空气采样体积，计算出空气中有害物质的浓度。
基于瞬时流量、瞬时采样温度以及气压，将整个采样过程细分为多个时间段，实时获取采样过程中参数的实际变化，然后根据每个时间段内的实际数值，计算标况下采样体积，进一步计算空气中有害物质的浓度，无论温度、压力和采样流量如何变化都可以准确的计算出样品采集时的标况下采样体积，从而计算出准确的空气中有害物质的浓度，提高了样品采集的准确性，降低因采样温度、气压及流量变化造成的采样误差，提高了标况下采样体积计算的准确性，进而提高空气中有害物质的浓度的准确性。
实施例9
在实施例8的基础上，本实施例的所述处理模块220通过下述公式计算出空气中有害物质的浓度：
其中，C为空气中有害物质的浓度，m1为采样器采样前的滤膜质量，m2采样后的滤膜质量，V0为标准状况下的空气采样体积。
通过每秒将采样体积转换成当时环境条件下的标况体积然后累加在上一秒计算并累加的标况体积上，最终累加体积为采样样品对应的采样时的标准体积，在采样时的标准体积的基础上计算空气中有害物质的浓度，提高空气中有害物质的浓度的测量准确性。
实施例10
在实施例6至实施例9任一实施例的基础上，本实施例的所述标准状况下的气压为101.3kPa，在环境卫生标准状况下的温度为273K，在职业卫生标准状况下的温度为293K。
在不同的卫生标准条件下，使用不同的数值进行标准状况下的空气采样体积的运算，使得本发明实施例的空气采样体积的计算方法适应于各种测量条件，无论温度、压力和采样流量如何变化都可以准确的计算出样品采集时的标况下采样体积，提高了样品采集的准确性，降低因采样温度、气压及流量变化造成的采样误差，提高了标况下采样体积计算的准确性。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种空气采样体积的计算方法，其特征在于，该方法包括：
获取空气采样瞬时流量、采样时长、瞬时采样温度以及瞬时采样气压；
根据所述瞬时流量、采样时长、瞬时采样温度、瞬时采样气压、标准状况下的温度以及标准状况下的气压，计算出标准状况下的空气采样体积。
2.根据权利要求1所述的空气采样体积的计算方法，其特征在于,所述根据瞬时流量、采样时长、瞬时采样温度、瞬时采样气压、标准状况下的温度以及标准状况下的气压，计算出标准状况下的空气采样体积；
其中，计算出标准状况下的空气采样体积的公式为：
其中，V0为标准状况下的空气采样体积，F为空气采样瞬时流量，t为采样时长，T0为标准状况下的温度，P0为标准状况下的气压，为瞬时采样温度，为瞬时采样气压。
3.根据权利要求1所述的空气采样体积的计算方法，其特征在于，该方法还包括：
根据采样器采样前的滤膜质量、采样后的滤膜质量以及所述标准状况下的空气采样体积，计算出空气中有害物质的浓度。
4.根据权利要求3所述的空气采样体积的计算方法，其特征在于，所述计算空气中有害物质的浓度的公式为：
其中，C为空气中有害物质的浓度，m1为采样器采样前的滤膜质量，m2采样后的滤膜质量，V0为标准状况下的空气采样体积。
5.根据权利要求1-4任一所述的空气采样体积的计算方法，其特征在于，所述标准状况下的气压为101.3kPa，在环境卫生标准状况下的温度为273K，在职业卫生标准状况下的温度为293K。
6.一种采样器，其特征在于，该采样器包括：获取模块以及处理模块，
所述获取模块，用于获取空气采样瞬时流量、采样时长、瞬时采样温度以及瞬时采样气压；
所述处理模块，根据所述瞬时流量、采样时长、瞬时采样温度、瞬时采样气压、标准状况下的温度以及标准状况下的气压，计算出标准状况下的空气采样体积。
7.根据权利要求6所述的采样器，其特征在于，所述处理模块通过下述公式计算出标准状况下的空气采样体积：
其中，V0为标准状况下的空气采样体积，F为空气采样瞬时流量，t为采样时长，T0为标准状况下的温度，P0为标准状况下的气压，为瞬时采样温度，为瞬时采样气压。
8.根据权利要求6所述的采样器，其特征在于，所述处理模块，还用于：
根据采样器采样前的滤膜质量、采样后的滤膜质量以及所述标准状况下的空气采样体积，计算出空气中有害物质的浓度。
9.根据权利要求8所述的采样器，其特征在于，所述处理模块通过下述公式计算出空气中有害物质的浓度：
其中，C为空气中有害物质的浓度，m1为采样器采样前的滤膜质量，m2采样后的滤膜质量，V0为标准状况下的空气采样体积。
10.根据权利要求6-9任一所述的采样器，其特征在于，所述标准状况下的气压为101.3kPa，在环境卫生标准状况下的温度为273K，在职业卫生标准状况下的温度为293K。
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