CN108931464B - 一种高精度自动pm2.5成分分析装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度自动PM2.5成分分析装置，包括外壳、进气管、储气腔、过滤膜、第一PM2.5测试室、第二PM2.5测试室、气体混合腔体和第三PM2.5测试室；其中，所述储气腔（3）的上方设有温湿度调节室（9）。本发明所述的高精度自动PM2.5成分分析装置，改变了传统的PM2.5检测仪只设置一个检测室进行PM2.5检测的结构，由于存在温度或者湿度等环境差异，将造成测得的数据不准确，本申请的温湿度调节室将测量的气体全部调节为常温常压下的气体，然后通过三个PM2.5检测室分别测得PM2.5的数值，大大提高了测量的准确程度。本申请的工作方法简单易行，只需通过外壳上的按钮设定测试模式，即可进行自动检测，并将数据显示在液晶显示屏上。
Description
技术领域
本发明属于环保设备领域，特别涉及一种高精度自动PM2.5成分分析装置。本发明还涉及一种高精度自动PM2.5成分分析装置的工作方法。
背景技术
近年来，随着空气质量的急剧恶化，悬浮颗粒物浓度质量越来越受到人们的重视。其中粒径在2.5μm以下的颗粒物(PM 2.5)称为可吸入肺颗粒物，对重金属及气态污染物等的吸附作用明显，同时还可成为病毒和细菌的载体，对人体健康产生极大危害，已引起了全球广泛的关注，使得PM 2.5的监测技术成为悬浮颗粒检测技术中的研究热点。
颗粒物的检测方法主要有：称重法，β射线吸收法，微量振荡天平法和光散射法。前面三种微颗粒物检测方法属于取样方法测量，对取样条件要求高、单电测量和检测速度慢，不能满足实时测量的要求。光散射法属于非取样法，具有非接触性测量，不破坏被测颗粒结构和特性，测量范围广，响应速度快等优点，被国内外广泛应用。
光散射：空气样品经入口被连续吸入暗室，一定粒径范围的颗粒物在暗室中与入射光作用，产生散射光，在颗粒物性质一定的条件下，颗粒物的散射光强度与其质量浓度成正比，散射光经光电传感器进行光信号转变成电信号，经放大后再转换成脉冲信号，利用脉冲信号便可测定空气中颗粒物的浓度。
上述采用光散射法对颗粒浓度进行检测，但是气体进入检测腔会发生扩散，检测精度不准确。
发明内容
发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种高精度自动PM2.5成分分析装置，其结构设计合理，易于生产，解决了由于温湿度的不同而造成的PM2.5测量过程中数值不准确的问题，提高了PM2.5测量的准确性。本发明还提供一种高精度自动PM2.5成分分析装置的工作方法，工作原理简单易行。
技术方案：一种高精度自动PM2.5成分分析装置，包括外壳、进气管、储气腔、过滤膜、第一PM2.5测试室、第二PM2.5测试室、气体混合腔体和第三PM2.5测试室，所述进气管设置在外壳上，并且进气管连通储气腔和外界空气，所述储气腔的下端部设有第一排气口，所述过滤膜设置在第一排气口上，所述第一PM2.5测试室和第二PM2.5测试室设置在储气腔下方，并且第一PM2.5测试室和第二PM2.5测试室与储气腔之间设有第一排气管，所述第一排气口与第一排气管连接，所述第一PM2.5测试室和第二PM2.5测试室的下端部设有第二排气管，所述气体混合腔体设置在第一PM2.5测试室和第二PM2.5测试室下方，并且第二排气管的下端部伸入气体混合腔体内，所述第三PM2.5测试室设置在气体混合腔体下方，所述气体混合腔体的下端面设有第二排气口，所述第二排气口将气体混合腔体和第三PM2.5测试室连通。
进一步的，上述的高精度自动PM2.5成分分析装置，所述储气腔的上方设有温湿度调节室，所述温湿度调节室的上端部与进气管连通，并且温湿度调节室的下端部与储气腔连通。
进一步的，上述的高精度自动PM2.5成分分析装置，所述温湿度调节室上设有第三排气管，所述第三排气管的两端分别伸入温湿度调节室与储气腔中，所述第三排气管内设有第一阀门，所述第三排气管内设有第一气泵。
进一步的，上述的高精度自动PM2.5成分分析装置，所述储气腔的上端顶板上设有一组搅拌风扇。
进一步的，上述的高精度自动PM2.5成分分析装置，所述第一排气管上设有三通接头，所述三通接头上分别连接有第一排气管、第四排气管和第五排气管，所述第一排气管与储气腔连接，所述第四排气管与第一PM2.5测试室连通，所述第五排气管与第二PM2.5测试室连通，所述三通接头内设有第二阀门，所述第四排气管和第五排气管内设有第二气泵。
进一步的，上述的高精度自动PM2.5成分分析装置，所述第一PM2.5测试室和第二PM2.5测试室包括激光发射器和光电检测器，所述激光发射器设置在第一PM2.5测试室和第二PM2.5测试室的顶板上，所述光电检测器竖直设置在激光发射器的两侧。
进一步的，上述的高精度自动PM2.5成分分析装置，所述第一PM2.5测试室和第二PM2.5测试室的下端部设有第二排气管，所述第二排气管的下端部伸入气体混合腔体中，所述第二排气管内设有第三阀门和第三气泵。
进一步的，上述的高精度自动PM2.5成分分析装置，所述第三PM2.5测试室内设有压电式传感器，所述第二排气口内设有第四阀门和第四气泵。
进一步的，上述的高精度自动PM2.5成分分析装置，所述外壳上设有液晶显示屏、一组工作指示灯、蜂鸣器、按钮开关、一组按钮和功能选择键。
本发明还提供一种高精度自动PM2.5成分分析装置的工作方法，包括以下步骤：
1）外界空气通过进气管进入温湿度调节室，气体达到设定的温度和湿度值；
2）气体进入储气腔中，气体通过过滤膜分别进入第一PM2.5测试室和第二PM2.5测试室内；
3）第一PM2.5测试室和第二PM2.5测试室启动进行气体的PM2.5值检测，分别得出第一PM2.5测试室和第二PM2.5测试室内气体的PM2.5值分别为a和b；
4）第一PM2.5测试室和第二PM2.5测试室内的气体通过第二排气管进入气体混合腔体内；
5）在气体混合腔体内混合均匀的气体进入第三PM2.5测试室，第三PM2.5测试室进行气体的PM2.5值检测，得出气体的PM2.5值c；
6）PM2.5成分分析装置的控制系统对a、b和c的数值进行对比，按照PM2.5值的标准计量单位计算，如果a、b和c三个数值小数点前和小数点后前两位数值均相同，则判定a、b和c三个数字小数点前的数字加上小数点后两位为当前气体的PM2.5的检测值；
7）步骤6）中，如果a、b和c三个数字小数点前的数字加上小数点后两位均不同，则将a、b和c三个数字加权求平均值，所得数字为d，保留d的小数点前的数字和小数点后前两位的数字为当前气体的PM2.5的检测值；
8）检测完成后进行PM2.5成分分析装置的清洁，重复步骤1）-7），进行PM2.5的检测。
上述技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：本发明所述的高精度自动PM2.5成分分析装置，改变了传统的PM2.5检测仪只设置一个检测室进行PM2.5检测的结构，由于存在温度或者湿度等环境差异，将造成测得的数据不准确，本申请的温湿度调节室将测量的气体全部调节为常温常压下的气体，然后通过三个PM2.5检测室分别测得PM2.5的数值，大大提高了测量的准确程度。
附图说明
图1为本发明所述的高精度自动PM2.5成分分析装置的结构示意图；
图2为本发明所述的高精度自动PM2.5成分分析装置的外形结构示意图。
图中：外壳1、液晶显示屏11、工作指示灯12、蜂鸣器13、按钮开关14、按钮15、功能选择键16、进气管2、储气腔3、第一排气口31、第一排气管32、搅拌风扇33、三通接头34、第四排气管35、第五排气管36、第二阀门37、第二气泵38、过滤膜4、第一PM2.5测试室5、激光发射器51、光电检测器52、第三阀门54、第三气泵55、第二PM2.5测试室6、第二排气管61、气体混合腔体7、第二排气口71、第四阀门72、第四气泵73、第三PM2.5测试室8、压电式传感器81、温湿度调节室9、第三排气管91、第一阀门92、第一气泵93。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例
如图1所示的高精度自动PM2.5成分分析装置，包括外壳1、进气管2、储气腔3、过滤膜4、第一PM2.5测试室5、第二PM2.5测试室6、气体混合腔体7和第三PM2.5测试室8，所述进气管2设置在外壳1上，并且进气管2连通储气腔3和外界空气，所述储气腔3的下端部设有第一排气口31，所述过滤膜4设置在第一排气口31上，所述第一PM2.5测试室5和第二PM2.5测试室6设置在储气腔3下方，并且第一PM2.5测试室5和第二PM2.5测试室6与储气腔3之间设有第一排气管32，所述第一排气口31与第一排气管32连接，所述第一PM2.5测试室5和第二PM2.5测试室6的下端部设有第二排气管61，所述气体混合腔体7设置在第一PM2.5测试室5和第二PM2.5测试室6下方，并且第二排气管61的下端部伸入气体混合腔体7内，所述第三PM2.5测试室8设置在气体混合腔体7下方，所述气体混合腔体7的下端面设有第二排气口71，所述第二排气口71将气体混合腔体7和第三PM2.5测试室8连通。其中，储气腔3的上方设有温湿度调节室9，所述温湿度调节室9的上端部与进气管2连通，并且温湿度调节室9的下端部与储气腔3连通。设置的温湿度调节室9将不同温度或者湿度条件下的气体调节为同等条件下的气体，便于保持测量本体外界环境一致。温湿度调节室9上设有第三排气管91，所述第三排气管91的两端分别伸入温湿度调节室9与储气腔3中，所述第三排气管91内设有第一阀门92，所述第三排气管91内设有第一气泵93。此外，在储气腔3的上端顶板上设有一组搅拌风扇33。气体通过过滤膜4的过程中，将大颗粒物质阻隔在第一PM2.5测试室5和第二PM2.5测试室6外，但是难免有小颗粒附着在大颗粒上，或者由于大颗粒阻隔过滤膜4，造成部分小颗粒不能进入第一PM2.5测试室5和第二PM2.5测试室6，因此，关闭储气腔3的进气口和出气口，启动搅拌风扇33，使得储气腔3中气体混合均匀，再次打开储气腔3的出气口向第一PM2.5测试室5和第二PM2.5测试室6导入气体，可反复重复此过程，尽可能将小颗粒全部导入第一PM2.5测试室5和第二PM2.5测试室6，提高准确度。再次，第一排气管32上设有三通接头34，所述三通接头34上分别连接有第一排气管32、第四排气管35和第五排气管36，所述第一排气管32与储气腔3连接，所述第四排气管35与第一PM2.5测试室5连通，所述第五排气管36与第二PM2.5测试室6连通，所述三通接头34内设有第二阀门37，所述第四排气管35和第五排气管36内设有第二气泵38。进一步的，第一PM2.5测试室5和第二PM2.5测试室6包括激光发射器51和光电检测器52，所述激光发射器51设置在第一PM2.5测试室5和第二PM2.5测试室6的顶板上，所述光电检测器52竖直设置在激光发射器51的两侧。设置的第一PM2.5测试室5和第二PM2.5测试室6可单独进行气体PM2.5值的检测，并将数据存储至PM2.5成分分析装置的数据处理单元。第一PM2.5测试室5和第二PM2.5测试室6的下端部设有第二排气管61，所述第二排气管61的下端部伸入气体混合腔体7中，所述第二排气管61内设有第三阀门54和第三气泵55。第三PM2.5测试室8内设有压电式传感器81，所述第二排气口71内设有第四阀门72和第四气泵73。第三PM2.5测试室8不同于第一PM2.5测试室5和第二PM2.5测试室6采用激光测量PM2.5的值，而是采用敏感元件压电式传感器81测量，采用两种测试方法结合，进一步提高PM2.5数值的准确性。
另外，如图2所示的外壳1上设有液晶显示屏11、一组工作指示灯12、蜂鸣器13、按钮开关14、一组按钮15和功能选择键16。
基于上述结构的基础上，一种高精度自动PM2.5成分分析装置的工作方法，包括以下步骤：
1）外界空气通过进气管2进入温湿度调节室9，气体达到设定的温度和湿度值；
2）气体进入储气腔3中，气体通过过滤膜4分别进入第一PM2.5测试室5和第二PM2.5测试室6内；
3）第一PM2.5测试室5和第二PM2.5测试室6启动进行气体的PM2.5值检测，分别得出第一PM2.5测试室5和第二PM2.5测试室6内气体的PM2.5值分别为a和b；
4）第一PM2.5测试室5和第二PM2.5测试室6内的气体通过第二排气管61进入气体混合腔体7内；
5）在气体混合腔体7内混合均匀的气体进入第三PM2.5测试室8，第三PM2.5测试室8进行气体的PM2.5值检测，得出气体的PM2.5值c；
6）PM2.5成分分析装置的控制系统对a、b和c的数值进行对比，按照PM2.5值的标准计量单位计算，如果a、b和c三个数值小数点前和小数点后前两位数值均相同，则判定a、b和c三个数字小数点前的数字加上小数点后两位为当前气体的PM2.5的检测值；
7）步骤6）中，如果a、b和c三个数字小数点前的数字加上小数点后两位均不同，则将a、b和c三个数字加权求平均值，所得数字为d，保留d的小数点前的数字和小数点后前两位的数字为当前气体的PM2.5的检测值；
8）检测完成后进行PM2.5成分分析装置的清洁，重复步骤1）-7），进行PM2.5的检测。
本申请的详细工作原理为：打开按钮开关14，进气管2开始吸入气体，气体首先进入温湿度调节室9，根据功能选择键16提前设定的温湿度值，对气体进行温湿度调节，调节完毕，气体自动导入储气腔3中，并且打开第二阀门37，第二气泵38将气体分别导入第一PM2.5测试室5和第二PM2.5测试室6，关闭第二阀门37和第一阀门92，启动搅拌风扇33，使得储气腔3中剩余气体搅拌均匀，再次打开第二阀门37，将气体继续导入第一PM2.5测试室5和第二PM2.5测试室6，启动激光发射器51，光电检测器52检测散射的光信号值，并将数值分别传送至数据处理单元，将第一PM2.5测试室5和第二PM2.5测试室6的气体通过第二排气管61排到气体混合腔体7中，气体在气体混合腔体7中混合，并通过第四阀门72和第四气泵73将气体导入第三PM2.5测试室8中，采用压电晶体测量PM2.5的数值，并将数据传送至数据处理单元，数据处理单元比较第一PM2.5测试室5、第二PM2.5测试室6和第三PM2.5测试室8中测得的PM2.5的数值，根据设定得出此次测量的PM2.5的数值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种高精度自动PM2.5成分分析装置，其特征在于：包括外壳（1）、进气管（2）、储气腔（3）、过滤膜（4）、第一PM2.5测试室（5）、第二PM2.5测试室（6）、气体混合腔体（7）和第三PM2.5测试室（8），所述进气管（2）设置在外壳（1）上，并且进气管（2）连通储气腔（3）和外界空气，所述储气腔（3）的下端部设有第一排气口（31），所述过滤膜（4）设置在第一排气口（31）上，所述第一PM2.5测试室（5）和第二PM2.5测试室（6）设置在储气腔（3）下方，并且第一PM2.5测试室（5）和第二PM2.5测试室（6）与储气腔（3）之间设有第一排气管（32），所述第一排气口（31）与第一排气管（32）连接，所述第一PM2.5测试室（5）和第二PM2.5测试室（6）的下端部设有第二排气管（61），所述气体混合腔体（7）设置在第一PM2.5测试室（5）和第二PM2.5测试室（6）下方，并且第二排气管（61）的下端部伸入气体混合腔体（7）内，所述第三PM2.5测试室（8）设置在气体混合腔体（7）下方，所述气体混合腔体（7）的下端面设有第二排气口（71），所述第二排气口（71）将气体混合腔体（7）和第三PM2.5测试室（8）连通；
其中，所述储气腔（3）的上方设有温湿度调节室（9），所述温湿度调节室（9）的上端部与进气管（2）连通，并且温湿度调节室（9）的下端部与储气腔（3）连通，所述温湿度调节室（9）上设有第三排气管（91），所述第三排气管（91）的两端分别伸入温湿度调节室（9）与储气腔（3）中，所述第三排气管（91）内设有第一阀门（92），所述第三排气管（91）内设有第一气泵（93）。
2.根据权利要求1所述的高精度自动PM2.5成分分析装置，其特征在于：所述储气腔（3）的上端顶板上设有一组搅拌风扇（33）。
3.根据权利要求1所述的高精度自动PM2.5成分分析装置，其特征在于：所述第一排气管（32）上设有三通接头（34），所述三通接头（34）上分别连接有第一排气管（32）、第四排气管（35）和第五排气管（36），所述第一排气管（32）与储气腔（3）连接，所述第四排气管（35）与第一PM2.5测试室（5）连通，所述第五排气管（36）与第二PM2.5测试室（6）连通，所述三通接头（34）内设有第二阀门（37），所述第四排气管（35）和第五排气管（36）内设有第二气泵（38）。
4.根据权利要求1所述的高精度自动PM2.5成分分析装置，其特征在于：所述第一PM2.5测试室（5）和第二PM2.5测试室（6）包括激光发射器（51）和光电检测器（52），所述激光发射器（51）设置在第一PM2.5测试室（5）和第二PM2.5测试室（6）的顶板上，所述光电检测器（52）竖直设置在激光发射器（51）的两侧。
5.根据权利要求1所述的高精度自动PM2.5成分分析装置，其特征在于：所述第一PM2.5测试室（5）和第二PM2.5测试室（6）的下端部设有第二排气管（61），所述第二排气管（61）的下端部伸入气体混合腔体（7）中，所述第二排气管（61）内设有第三阀门（54）和第三气泵（55）。
6.根据权利要求1所述的高精度自动PM2.5成分分析装置，其特征在于：所述第三PM2.5测试室（8）内设有压电式传感器（81），所述第二排气口（71）内设有第四阀门（72）和第四气泵（73）。
7.根据权利要求1所述的高精度自动PM2.5成分分析装置，其特征在于：所述外壳（1）上设有液晶显示屏（11）、一组工作指示灯（12）、蜂鸣器（13）、按钮开关（14）、一组按钮（15）和功能选择键（16）。
8.根据权利要求1-7任一项所述的高精度自动PM2.5成分分析装置的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）外界空气通过进气管（2）进入温湿度调节室（9），气体达到设定的温度和湿度值；
2）气体进入储气腔（3）中，气体通过过滤膜（4）分别进入第一PM2.5测试室（5）和第二PM2.5测试室（6）内；
3）第一PM2.5测试室（5）和第二PM2.5测试室（6）启动进行气体的PM2.5值检测，分别得出第一PM2.5测试室（5）和第二PM2.5测试室（6）内气体的PM2.5值分别为a和b；
4）第一PM2.5测试室（5）和第二PM2.5测试室（6）内的气体通过第二排气管（61）进入气体混合腔体（7）内；
5）在气体混合腔体（7）内混合均匀的气体进入第三PM2.5测试室（8），第三PM2.5测试室（8）进行气体的PM2.5值检测，得出气体的PM2.5值c；
6）PM2.5成分分析装置的控制系统对a、b和c的数值 进行对比，按照PM2.5值的标准计量单位计算，如果a、b和c三个数值小数点前和小数点后前两位数值均相同，则判定a、b和c三个数字小数点前的数字加上小数点后两位为当前气体的PM2.5的检测值；
7）步骤6）中，如果a、b和c三个数字小数点前的数字加上小数点后两位均不同，则将a、b和c三个数字加权求平均值，所得数字为d，保留d的小数点前的数字和小数点后前两位的数字为当前气体的PM2.5的检测值；
8）检测完成后进行PM2.5成分分析装置的清洁，重复步骤1）-7），进行PM2.5的检测。
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