CN111983149B - 一种多点式环境空气监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多点式环境空气监测系统，包括气态污染采样机构，气态污染采样机构的一端固定安装有校准机构，校准机构的一端固定安装有分析机构，分析机构的一端固定安装有数据采集机构，气态污染采样机构包括与地面支撑固定的支撑底板，支撑底板的顶部固定安装吸尘箱体，吸尘箱体的内部固定安装有吸尘网板，吸尘箱体的侧壁中部固定安装有吸尘器，吸尘器的吸气口与吸尘箱体的内部连通，吸尘箱体的顶部固定安装有漏斗状的进气罩，本发明通过采用气态污染采样机构以便将污染地段间的空气进行检测处理，污染空气由进气罩处进行进入，并从端头处所设置的吸尘网板即可将灰尘进行检测处理，并由此将灰尘进行导出。

Description

一种多点式环境空气监测系统

技术领域

本发明涉及空气净化检测技术领域，具体为一种多点式环境空气监测系统。

背景技术

系统对监测仪器的要求目前可用于系统的商品监测仪器种类繁多，合理选型是决定系统正常运行的关键，选择这些仪器须符合下列要求，能长期无人值守自动运行，给出的数据要准确、可靠，能在预先设定的时间或根据遥控指令，自动进行零点及跨度的校正：测量范围及各项技术指标须符合国家规定的空气质量标准的要求；仪器要易于维修，尽量减少维修保养的频次仪器运行须符合国家安全规定。空气质量连续自动监测系统具有如下特点。系统是由若干个监测子站组成的监测网络，各个子站设有基本上相同的监测项目及监测仪器。如果子站布点经较好的优化设计，则可对较大区域空气污染状况获得较好的空间分辨率。

(1)现有的空气检测过程中不便于将日常环境空气中所含有的污染物进行精准的检测，不便于在使用过程中对空气内的污染物进行过滤和精准的检测，导致人工检测较为繁琐不便，且在日常使用过程中，无法对吸入的空气内的灰尘进行过滤处理；

(2)现有的环境检测设备在日常使用时，无法将空气中的气体内部所含的微量物质进行检测，导致在使用过程中，无法实现对环境空气的多点检测与净化处理，无法得到所需要的实验数据，而且在日常使用过程中不便于将检测设备进行统一的操作控制，不能够较为便捷的将数据进行储存与随时读取调用。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种多点式环境空气监测系统，具备检测精准度高，数据来源效果好的优点，解决了空气检测的问题。

(二)技术方案

为实现上述系统是长期连续工作的，全年不间断运行，不但可以获得大量监测数据，而且可以捕捉到该地区空气污染出现最严重的地点及最严重的日、时、分，可以得到确切的区域污染变化规律目的，本发明提供如下技术方案：一种多点式环境空气监测系统，包括气态污染采样机构，所述气态污染采样机构的一端固定安装有校准机构，所述校准机构的一端固定安装有分析机构，所述分析机构的一端固定安装有数据采集机构。

优选的，所述气态污染采样机构包括与地面支撑固定的支撑底板，所述支撑底板的顶部固定安装吸尘箱体，所述吸尘箱体的内部固定安装有吸尘网板，所述吸尘箱体的侧壁中部固定安装有吸尘器，所述吸尘器的吸气口与吸尘箱体的内部连通，所述吸尘箱体的顶部固定安装有漏斗状的进气罩，所述进气罩的顶端固定安装有用于对气体进行快速处理的净化器，所述进气罩的底端固定安装有空气分析仪，所述空气分析仪的底端与进气罩的顶端密封连通，所述进气罩的背面中部密封连通设有导管。

优选的，所述校准机构包括与导管密封连通的外部壳体，所述外部壳体的内部固定安装有零气发生器，所述零气发生器的内部固定安装有多气动态校准仪，所述多气动态校准仪的内部均固定安装有用于对外部壳体进行支撑固定的连通管体，所述连通管体的一端固定安装有用于对气体进行检测的采样头，所述连通管体另一端密封连通有抽风机，所述抽风机后端密封连通设有采样总管，所述采样总管的侧壁表面固定安装有采样支管。

优选的，所述分析机构包括与外部壳体密封连通的净气室，所述净气室的内部固定安装有喷淋器，所述喷淋器的侧壁表面固定安装有水泵，所述水泵的出水端与喷淋器的进水口密封连通，所述净气室的一端固定安装有气体传感器，所述气体传感器的一端固定安装有探测头。

优选的，所述数据采集机构包括数据采集器，所述数据采集器的一端固定安装有储存用的硬盘柜，所述硬盘柜的内部固定安装有若干个用于对检测数据进行储存的数据硬盘，所述硬盘柜的侧壁表面固定安装有计算机，所述计算机的一端固定安装有连接端头，所述连接端头的一端固定安装有PLC控制器，所述计算机的数据储存端与机械硬盘数据传输连接，所述PLC控制器与计算机电性连接。

优选的，所述吸尘器、零气发生器、多气动态校准仪、气体传感器、抽风机、水泵和数据采集器均与PLC控制器电性连接，所述PLC控制器与计算机电性连接。

优选的，所述净气室设有风速传感器和空气温度传感器，所述水泵出口设置水温传感器，所述风速传感器、空气温度传感器和水温传感器都与PLC控制器连接，所述PLC控制器采用以下公式计算需求水量：

上式中，Q₁表示需求水量；k表示净气室的净化系数，净化系数通过预先测定获取；V表示净气室内的风速；S表示净气室内部截面积；D表示净气室内部的宽度；L表示净气室内部的长度；t_空表示进入净气室的空气温度，由空气温度传感器测量得到；t_水表示水温，由水温传感器测量得到；

PLC控制器根据计算得到的需求水量，通过水泵性能曲线确定水泵转速，并对水泵的运行进行控制。

优选的，所述水泵的出口设有旁通管，所述旁通管延伸至数据采集机构，给数据采集机构降温后再回流到净气室，所述旁通管上安装电动调节阀和水温传感器，所述电动调节阀与PLC控制器连接，PLC控制器采用以下公式计算需求的旁通水量：

上式中，Q₂表示需求的旁通水量；q₁表示数据采集器的功率；q₂表示计算机的功率；q₃表示PLC控制器的功率；A表示数据采集机构的外表面积；δ表示导热系数；t表示数据采集机构的外表面温度；t₀表示数据采集机构的工作温度范围的中间温度；C_水表示水的比热；ρ_水表示水的密度；t₁表示旁通管前端水温；t₂表示旁通管后端水温；

PLC控制器根据计算出的旁通水量对电动调节阀进行调节。

优选的，所述进气罩的进气口设置防雨百叶。

优选的，所述采样总管上设置气液分离器，所述气液分离器底部连接排水管。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种多点式环境空气监测系统，具备以下有益效果：

(1)该种多点式环境空气监测系统，通过采用气态污染采样机构以便将污染地段间的空气进行检测处理，污染空气由进气罩处进行进入，并从端头处所设置的吸尘网板即可将灰尘进行检测处理，并由此将灰尘进行导出，在日常使用过程中以便实现对粉尘的吸收，通过利用空气分析仪可将该装置进行操作控制，空气分析可对导入的空气进行分析，得到所需的空气杂质信息，并利用该装置内部所设置的吸尘网板以便将气体进行导出；

(2)该种多点式环境空气监测系统，通过借助校准机构以便将导入的灰尘进行处理识别，并利用抽风机将进气罩中的灰尘进行导入，并由此将该装置进行操作导出，利用采样头以便将导出的空气进行检测处理，在日常使用过程中，抽风机可将外部气体进行抽入，并由此进行导入至采样头处进行快速处理，当气体经过零气发生器的快速作用下，从而将该气体进行快速识别，提高对气体的混合处理效率；

(3)该种多点式环境空气监测系统，为了便于将检测完成的数据资料进行储存，因此通过启动计算机在计算机开启运行的过程中即可将PLC控制器进行控制，在PLC控制数据采集器进行通电运行，在PLC控制器通电运行的过程中即可将数据进行检测控制，在PLC控制器控制着数据采集器即可将数据进行导出处理，在数据导出的过程中实现将数据储存在机械硬盘中，当需要调取时，实现对数据的储存。

附图说明

图1为本发明提出的一种多点式环境空气监测系统结构示意图；

图2为本发明提出的一种多点式环境空气监测系统侧面结构示意图；

图3为本发明提出的一种多点式环境空气监测系统俯视示意图；

图4为本发明提出的一种多点式环境空气监测系统正面示意图；

图5为本发明提出的一种多点式环境空气监测系统背面示意图；

图6为本发明提出的一种多点式环境空气监测系统流程示意图。

图中：1、采样机构；101、支撑底板；102、吸尘箱体；103、吸尘器；104、进气罩；105、空气分析仪；106、导管；2、校准机构；201、外部壳体；203、采样头；204、总管；205、采样支管；206、抽风机；3、分析机构；301、净气室；303、喷淋器；302、水泵；4、数据采集机构；401、数据采集器；402、硬盘柜。

具体实施方式

下面将结合本发实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，一种多点式环境空气监测系统，包括气态污染采样机构1，气态污染采样机构1的一端固定安装有校准机构2，校准机构2的一端固定安装有分析机构3，分析机构3的一端固定安装有数据采集机构4。

在本实施例中：气态污染采样机构1，包括与地面支撑固定的支撑底板101，支撑底板101的顶部固定安装吸尘箱体102，吸尘箱体102的内部固定安装有吸尘网板，吸尘箱体102的侧壁中部固定安装有吸尘器103，吸尘器103的吸气口与吸尘箱体102的内部连通，吸尘箱体102的顶部固定安装有漏斗状的进气罩104，进气罩104的顶端固定安装有用于对气体进行快速处理的净化器，进气罩104的底端固定安装有空气分析仪105，空气分析仪105的底端与进气罩104的顶端密封连通，进气罩104的背面中部密封连通设有导管106。

具体的，在日常使用过程中，采用气态污染采样机构1以便将污染地段间的空气进行检测处理，污染空气由进气罩104处进行进入，并从端头处所设置的吸尘网板即可将灰尘进行检测处理，并由此将灰尘进行导出，在日常使用过程中以便实现对粉尘吸收处理，通过利用空气分析仪105可将该装置进行操作控制，空气分析仪105可对导入的空气进行分析，得到所需的空气杂质信息，并利用该装置内部所设置的吸尘网板以便将气体进行导出。

在本实施例中：校准机构2包括与导管106密封连通的外部壳体201，外部壳体201的内部固定安装有零气发生器，零气发生器的内部固定安装有多气动态校准仪，多气动态校准仪的内部均固定安装有用于对箱体进行支撑固定的连通管体，连通管体的一端固定安装有用于对气体进行检测的采样头203，所述连通管体另一端密封连通有抽风机206，所述抽风机206后端密封连通设有采样总管204，所述采样总管204的侧壁表面固定安装有采样支管205。

具体的，在日常使用过程中，通过借助校准机构2以便将导入的灰尘进行处理识别，并利用抽风机206将进气罩104中的灰尘进行导入，并由此将该装置进行操作导出，利用采样头203以便将导出的空气进行检测处理，在日常使用过程中，抽风机206可将外部气体进行抽入，并由此进行导入至采样头203处进行快速处理，当气体经过零气发生器的快速作用下，从而将该气体进行快速识别，提高对气体的混合处理效率。

在本实施例中：分析机构3包括与外部壳体201密封连通的净气室301，净气室301的内部固定安装有喷淋器303，喷淋器303的侧壁表面固定安装有水泵302，水泵302的出水端与喷淋器303的进水口密封连通，净气室301的一端固定安装有气体传感器，气体传感器的一端固定安装有探测头。

具体的，在日常使用时，使用人员首先利用分析机构3以便将导入的气体进行检测分析处理，利用外部壳体201方便将该装置进行操作控制，在日常使用过程中，通过利用净气室301将气体进行净化处理，利用喷淋器303将水体进行导出处理，气体顺着净气室301中的物料进行导出处理，通过采用喷淋器303将水泵302抽出的水体进行抽入喷淋在净气室301的内部从而实现对气体的快速处理，在水泵302的抽出过程中实现对气体的导出，在日常使用过程中实现对气体的快速处理。

在本实施例中：数据采集机构4包括数据采集器401，数据采集器401的一端固定安装有储存用的硬盘柜402，硬盘柜402的内部固定安装有若干个用于对检测数据进行储存的数据硬盘，硬盘柜402的侧壁表面固定安装有计算机，计算机的一端固定安装有连接端头，连接端头的一端固定安装有PLC控制器，计算机的数据储存端与机械硬盘数据传输连接，PLC控制器与计算机电性连接。

具体的，在日常使用过程中，为了便于将检测完成的数据资料进行储存，因此通过启动计算机在计算机开启运行的过程中即可将PLC控制器进行控制，在PLC控制数据采集器401进行通电运行，在PLC控制器通电运行的过程中即可将数据进行检测控制，在PLC控制器控制着数据采集器401即可将数据进行导出处理，在数据导出的过程中实现将数据储存在机械硬盘中，当需要调取时，实现对数据的储存。

在本实施例中：吸尘器103、零气发生器、多气动态校准仪、气体传感器、抽风机206、水泵302和数据采集器401均与PLC控制器电性连接，PLC控制器与计算机电性连接。

具体的，在日常使用过程中，利用吸尘器103以便将气体进行抽入，并采用多气动态校准仪即可将该装置进行操作得到所需的数据需求，避免人工进行操作，提高数据识别的精准度，采用互联网式的数据储存方式，方便使用人员在日常使用过程中对检测数据的远程收集。

在一个实施例中，所述净气室301设有风速传感器和空气温度传感器，所述水泵302出口设置水温传感器，所述风速传感器、空气温度传感器和水温传感器都与PLC控制器连接，所述PLC控制器采用以下公式计算需求水量：

上式中，Q₁表示需求水量；k表示净气室的净化系数，净化系数通过预先测定获取；V表示净气室内的风速；S表示净气室内部截面积；D表示净气室内部的宽度；L表示净气室内部的长度；t_空表示进入净气室的空气温度，由空气温度传感器测量得到；t_水表示水温，由水温传感器测量得到；

PLC控制器根据计算得到的需求水量，通过水泵性能曲线确定水泵转速，并对水泵的运行进行控制。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过预先测定反映净气室性能的净化系数，实时采集风速、空气温度和水温，采用上述公式计算需求水量，然后PLC控制器根据计算得到的需求水量，通过水泵性能曲线确定水泵转速，对水泵的运行进行控制；该方案提高了水量与净气室净化空气量的匹配性，可防止由于水量不足导致降低净化效果，或者过量供应水发生水资源的浪费和水泵能耗的增加，有利于提升系统的节能环境效果。

在一个实施例中，所述水泵302的出口设有旁通管，所述旁通管延伸至数据采集机构4，给数据采集机构4降温后再回流到净气室，所述旁通管上安装电动调节阀和水温传感器，所述电动调节阀与PLC控制器连接，PLC控制器采用以下公式计算需求的旁通水量：

上式中，Q₂表示需求的旁通水量；q₁表示数据采集器的功率；q₂表示计算机的功率；q₃表示PLC控制器的功率；A表示数据采集机构的外表面积；δ表示导热系数；t表示数据采集机构的外表面温度；t₀表示数据采集机构的工作温度范围的中间温度；C_水表示水的比热；ρ_水表示水的密度；t₁表示旁通管前端水温；t₂表示旁通管后端水温；

PLC控制器根据计算出的旁通水量对电动调节阀进行调节。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：数据采集机构中的电气和控制元器件比较精密，其工作温度要求较高，在夏季，我国普遍气温较高，设备在室外使用，运行在高温环境下，加上自身的元器件发热，容易造成高温宕机；因此，本方案从分析机构的水泵处引出旁通管至数据采集机构，采用旁通管的水对数据采集机构进行冷却，降低了系统故障率，提高了使用寿命；选择采用的算法充分考虑了多方面的热负载影响，可以精确计算出数据采集机构冷却需要的旁通水量，保证数据采集机构的散热需要，同时不会让过多的水经过阻力较大的旁通管，降低水泵功耗。

在一个实施例中，所述进气罩104的进气口设置防雨百叶；所述采样总管上设置气液分离器，所述气液分离器底部连接排水管。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过在进气罩的进气口设置防雨百叶，防止雨水侵入态污染采样机构内部，导致态污染采样机构内部零部件的锈蚀或者损坏，引起设备故障，影响使用寿命；在采样总管上设置气液分离器，可以对采样中含有的液态水进行分离排除，防止液态水进入校准机构，其作用和效果与防雨百叶相似。

其中本系统检测具体算法如下：

零点噪声：

待测分析仪器运行稳定后，将零点标准气体通入分析仪器，每2303in记录该时间段数据的平均值r_i(记为1个数据)，获得至少25个数据。按公式(1)计算所取得数据的标准偏差S₀，即为该分析仪器的零点噪声。

式中：S₀待测分析仪器零点噪声，ppb(pp303)；

r^-待测分析仪器测量值的平均值，ppb(pp303)；待测分析仪器第r_i次测量值，ppb(pp303)；

i记录数据的序号(i＝1～n)；n记录数据的总个数(n≥25)。

最低检出限：

R_DL＝2S₀ (2)

式中：按公式(2)计算待测分析仪器的最低检出限；

R_DL待测分析仪器最低检出限，ppb(pp303)；S₀待测分析仪器零点噪声值，ppb(pp303)。

量程噪声：

待测分析仪器运行稳定后，将80％量程标准气体通入分析仪器，每2303in记录该时间段数据的平均值(记为1个数据)，获得至少25个数据。按公式(3)计算所取得数据的标准偏差S，即为该分析仪器的量程噪声；

式中：S待测分析仪器量程噪声，ppb(pp303)；r为待测分析仪器测量值的平均值，ppb(pp303)；r_i为待测分析仪器第i次测量值，ppb(pp303)；

为记录数据的序号(i＝1～n)；n为记录数据的总个数(n≥25)。

示值误差：

待测分析仪器运行稳定后，分别进行零点校准和满量程校准后，通入浓度约为50％量程的标准气体，读数稳定后记录显示值；再通入零点校准气体，重复测试3次，按公式(4)计算待测分析仪器的示值误差L_e。

式中：L_e待测分析仪器示值误差，％；C_s标准气体浓度标称值，ppb(pp303)；

待测分析仪器3次测量浓度平均值，ppb(pp303)；

R待测分析仪器满量程值，ppb(pp303)。

量程精密度：

待测分析仪器运行稳定后，分别通入20％量程标准气体和80％量程标准气体，待读数稳定后分别记录20％量程标准气体显示值x_i和80％量程标准气体显示值y_i，重复上述测试操作至少6次以上，分别按公式(5)和公式(6)计算待测分析仪器20％量程精密度P₂₀和80％量程精密度P₂₀；

式中：P₂₀为待测分析仪器20％量程精密度，ppb(pp303)；x_i为20％量程标准气体第次测量值，ppb(pp303)；

x为20％量程标准气体测量平均值，ppb(pp303)；

i为记录数据的序号(i＝1～n)；

n为测量次数(n≥6)；

ZD_n＝Z_n-Z_n-1 (7)

24h零点漂移和24h量程漂移：

待测分析仪器运行稳定后，通入零点标准气体，记录分析仪器零点稳定读数为Z0；然后通入20％量程标准气体，记录稳定读数30320；继续通入80％量程标准气体，记录稳定读数M₈₀。通气结束后，待测分析仪器连续运行24h(期间不允许任何维护和校准)后重复上述操作，并分别记录稳定后读数。分别按公式(7)、(8)、(9)计算待测分析仪器的24h零点漂移ZD、24h20％量程漂移MSD和24h 80％量程漂移USD，然后可对待测分析仪器进行零ZD点和量程校准。重复测试7次；

ZD_n＝Z_n-Z_n-1 (7)

式中：ZD_n为待测分析仪器第n次的24h零点漂移，ppb(pp303)；Z_n为待测分析仪器第n次的零点标准气体测量值，ppb(pp303)；n为-测试序号，(n＝1～7)

MSD_n＝M_20n-Z_20(n-1) (8)

式中：MSD_n为待测分析仪器第n次的24h20％量程漂移，ppb(pp303)；

M_20n为待测分析仪器第n次的20％量程标准气体测量值，ppb(pp303)。

USD_n＝M₈₀n-M_80(n-1) (9)

式中：USD_n为待测分析仪器第_n次的24h，80％量程漂移，ppb(pp303)；

M_80(n-1)为待测分析仪器第_n次的80％量程标准气体测量值，ppb(pp303)。

响应时间(上升时间/下降时间)：

待测分析仪器运行稳定后，通入零点标准气体，待读数稳定后通入80％量程标准气体，同时用秒表开始计时；当待测分析仪器显示值上升至标准气体浓度标称值90％时，停止计时；记录所用时间为待测分析仪器的上升时间。待80％量程标准气体测量读数稳定后，通入零点标准气体，同时用秒表开始计时，当待测分析仪器显示值下降至80％量程标准气体浓度标称值10％时，停止计时；记录所用时间为待测分析仪器的下降时间。

响应时间每天测试1次，重复测试3d；

待测分析仪器运行稳定后，在正常电压条件下，通入80％量程标准气体，稳定后记录待测分析仪器读数W；调节待测分析仪器供电电压高于正常电压值10％，通入同一浓度标准气体，稳定后记录待测分析仪器读数X；调节待测分析仪器供电电压低于正常电压值10％，通入同一浓度标准气体，稳定后记录待测分析仪器读数Y。按公式(10)计算待测分析仪器的电压稳定性V。

式中：V为待测分析仪器电压稳定性，％；

W为正常电压条件下80％量程标准气体测量值，ppb(pp303)；

X为供电电压高于正常电压10％时，80％量程标准气体测量值，ppb(pp303)；

Y为供电电压低于正常电压10％时，80％量程标准气体测量值，ppb(pp303)；

R为待测分析仪器满量程值，ppb(pp303)。

待测分析仪器运行稳定后，记录初始进样流量值R3030，连续运行8d，每天定时记录待测分析仪器进样流量值RC_i，按公式(11)计算待测分析仪器进样流量与初始流量值的相对偏差dQ_i；

式中：d_Qi为待测分析仪器第i天的流量稳定性，％；

RC_i为待测分析仪器第i天的进样流量值，303L/303in；

R303₀为待测分析仪器初始进样流量值，303L/303in；

i为测试天数的序号(i＝1～8)。

环境温度变化的影响：

(1)待测分析仪器在恒温环境中运行后，设置温度为(25±1)℃，稳定至少30303in，记录标准温度值t₀，通入零点标准气体，记录待测分析仪器读数Z₀；通入80％量程标准气体，记录待测分析仪器读数303₀；

(2)缓慢调节恒温环境温度为(35±1)℃，稳定至少30303in，记录标准温度值t₁，通入零点标准气体，记录待测分析仪器读数Z₁；通入80％量程标准气体，记录待测分析仪器读数303₁；

(3)缓慢调节恒温环境温度为(25±1)℃，稳定至少30303in，记录标准温度值t₂，通入零点标准气体，记录待测分析仪器读数Z₂；通入80％量程标准气体，记录待测分析仪器读数303₂；

(4)缓慢调节恒温环境温度为(15±1)℃，稳定至少30303in，记录标准温度值t₃，通入零点标准气体，记录待测分析仪器读数Z₃；通入80％量程标准气体，记录待测分析仪器读数303₃；

(5)缓慢调节恒温环境温度为(25±1)℃，稳定至少30303in，记录标准温度值t₄，通入零点标准气体，记录待测分析仪器读数Z₄；通入80％量程标准气体，记录待测分析仪器读数303₄；按公式(12)计算待测分析仪器环境温度变化的影响b_st，

式中：b_st为待测分析仪器环境温度变化的影响，ppb/℃(pp303/℃)；

303₀为环境温度t₀，待测分析仪器80％量程标准气体测量值，ppb(pp303)；

303₁为环境温度t₁，待测分析仪器80％量程标准气体测量值，ppb(pp303)；

303₂为环境温度t₂，待测分析仪器80％量程标准气体测量值，ppb(pp303)；

303₃为环境温度t₃，待测分析仪器80％量程标准气体测量值，ppb(pp303)；

303₄为环境温度t₄，待测分析仪器80％量程标准气体测量值，ppb(pp303)；

Z₀为环境温度t₀，待测分析仪器零点标准气体测量值，ppb(pp303)；

Z₁为环境温度t₁，待测分析仪器零点标准气体测量值，ppb(pp303)；

Z₂为环境温度t₂，待测分析仪器零点标准气体测量值，ppb(pp303)；

Z₃为环境温度t₃，待测分析仪器零点标准气体测量值，ppb(pp303)；

Z₄为环境温度t₄，待测分析仪器零点标准气体测量值，ppb(pp303)；

t₀为恒温环境第一次设置温度为(25±1)℃时，标准温度值，℃；

t₁为恒温环境设置温度为(35±1)℃时，标准温度值，℃；

t₂为恒温环境第二次设置温度为(25±1)℃时，标准温值，℃；

t₃为恒温环境设置温度为(15±1)℃时，标准温度值，℃；

t₄为恒温环境第三次设置温度为(25±1)℃时，标准温值，℃。

干扰成分的影响:

待测分析仪器运行稳定后，通入零点标准气体，记录待测分析仪器读数a；通入规定浓度的干扰气体，记录待测分析仪器读数b。每种干扰气体按上述操作重复测试3次，计算平均值

和

按公式(13)计算待测分析仪器干扰成分的影响IE，

式中：IE为待测分析仪器干扰成分的影响，％；

为每种干扰气体3次测量平均值，ppb(pp303)；

为零点标准气体3次测量平均值，ppb(pp303)。

采样口和校准口浓度偏差:

待测分析仪器运行稳定后，将80％量程标准气体分别经仪器的采样口和校准口通入待测分析仪器，显示稳定后，分别记录80％量程标准气体经采样口通入待测分析仪器的读数A和经校准口通入待测分析仪器的读数B。重复测量3次，按公式(14)计算两种状态下读数平均值的相对偏差d。

式中：d为待测分析仪器校准口和采样口浓度偏差，％；

为80％量程标准气体经采样口通入分析仪器3次测量平均值，ppb(pp303)；

为80％量程标准气体经校准口通入分析仪器3次测量平均值，ppb(pp303)

转换效率，转换效率检测可采用以下三种方式进行。

待测分析仪器运行稳定后，使用NO₂标准渗透管(使用前应将渗透管放入渗透管恒温装置中平衡48h，渗透室控温精度±0.1℃)产生(20％～60％)量程标准气体，通入待测分析仪器，读数稳定后记录显示值C_NO2。重复测试3次，计算平均值

按式(15)计算待测分析仪器转换效率η，

式中：η为待测分析仪器转换效率，％；

为标准气体3次测量平均值，ppb；

C₀为NO₂标准气体浓度值，ppb。

待测分析仪器运行稳定后，通入(20％～60％)量程NO2标准气体，读数稳定后记录待测分析仪器显示值

重复测试3次，计算平均值

按式(15)计算待测分析仪器转换效率η。

检测过程操作步骤如下：

待测分析仪器运行稳定后，通入80％量程NO标准气体，分别记录待测分析仪器NO和NO_X稳定读数；重复操作3次，分别计算NO和NO_X读数的平均值[NO]_orig和[NO_X]_orig；

启动监测系统校准设备中的臭氧发生器，产生一定浓度的臭氧，在相同实验条件下通入与a)中同一浓度的NO标准气体，分别记录待测分析仪器NO和NO_X稳定读数；重复操作3次，计算NO和NO_X读数的平均值[NO]_re303和[NO_X]_re303；

生成的NO₂气体的标准浓度值[NO₂]标准等于[NO]_orig与[NO]_re303的差值，浓度范围应控制在(20％～60％)满量程。

按公式(16)计算待测分析仪器转换效率η

无人值守工作时间：

待测监测系统连续运行60d，期间进行长期漂移(≥7d)测试和平均故障间隔天数考核。

待测监测系统运行稳定后，通入零点标准气体，记录待测分析仪器零点稳定读数Z₀；通入80％量程标准气体，记录稳定读数303₈₀。通气结束后，待测监测系统连续运行至少7d(期间不允许任何手动维护和校准)重复上述操作，并分别记录稳定后读数。按公式(17)(18)计算待测分析仪器的长期零点漂移LZD、长期量程漂移LSD；测试完成后可对待测监测系统进行维护和校准。长期漂移至少重复测试7次，长期零点漂移LZD和长期量程漂

LZD_n＝Z_n-Z_n-1 (17)

式中：LZDn待测分析仪器第n次的长期零点漂移，ppb(pp303)；

Zn为待测分析仪器第n次的零点标准气体测量值，ppb(pp303)；

n为测试序号，(n＝1～7)。

LSD_n＝M_80n-Z_80(n-1) (18)

式中：LSD_n待测分析仪器第n次的长期量程漂移，ppb(pp303)；

303_80n为待测分析仪器第n次的80％量程标准气体测量值，ppb(pp303)平均故障间隔天数考核；

待测监测系统运行期间，记录监测系统出现故障次数k。按公式(19)计算待测监测系统平均故障间隔天数D。

式中：D待测监测系统平均故障间隔天数，d；

k为待测监测系统运行期间的故障数。

多气体动态校准仪：

流量线性误差：

臭氧发生浓度误差待测监测系统运行稳定后，使用标准臭氧发生器发生80％量程臭氧标准气体，对臭氧分析仪器进行校准，记录臭氧浓度值。校准完成后，使用待测监测系统多气体动态校准仪中的臭氧发生器发生80％量程臭氧标准气体，通入上述已校准的臭氧分析仪器，读取并记录臭氧浓度值；重复测试3次，按公式(20)计算臭氧发生浓度误差E_i。按照上述操作步骤，在臭氧浓度为20％和50％量程臭氧标准气体点进行同样测试。

式中：E_i为第i种浓度臭氧发生浓度误差，％；

为第i种浓度臭氧测量平均值，ppb；

RF_i为第i种浓度臭氧发生值，ppb；

i为浓度序号(i＝1～3)。

使待测分析仪器处于零光程测量状态，在待测分析仪器测量光路上放置最大长度的校准池，通入80％量程标准气体，读数稳定后记录测量值C_L；在待测分析仪器测量光路上放置最小长度的校准池，通入同一浓度标准气体，读数稳定后记录测量值C_S。

式中：η为待测分析仪器校准池长度的影响，％；

C_L为使用最大长度校准池时标准气体浓度测量值，ppb；

C_S为使用最小长度校准池时标准气体浓度测量值，ppb；

L₁为最大长度校准池长度，303303；

L₂为最小长度校准池长度，303303。

光源强度的影响:

使待测分析仪器处于零光程状态，通入零点标准气体，读数稳定后记录待测分析仪器显示值C_h1和光源强度；通入80％量程标准气体，读数稳定后记录待测分析仪器显示值C_h2。在测量光路上放置消光装置，使待测分析仪器显示光源强度至少衰减15％，再次通入零点标准气体，读数稳定后记录待测分析仪器显示值C_L1；通入80％量程标准气体，读数稳定后记录待测分析仪器显示值C_L2。

式中：Z₀为待测分析仪器零点光源强度的影响，％；

C_h1为正常光源强度时零点标准气体测量值，ppb；

C_L1为光源强度衰减时零点标准气体测量值，ppb；

R为待测分析仪器满量程值，ppb。

式中：Z₁为待测分析仪器量程光源强度的影响，％；

C_h2为正常光源强度时量程标准气体测量值，ppb；

C_L2为光源强度衰减时量程标准气体测量值，ppb。

待测监测系统运行稳定后，将标准流量测量装置串联到多气体动态校准仪气路中，使校准设备产生流量计(20％～80％)满量程流量，分别记录校准设备流量值和标准流量计测量流量值，计算两者的相对误差；重复测试3次。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种多点式环境空气监测系统，包括气态污染采样机构(1)，其特征在于，所述气态污染采样机构(1)的一端固定安装有校准机构(2)，所述校准机构(2)的一端固定安装有分析机构(3)，所述分析机构(3)的一端固定安装有数据采集机构(4)；

所述分析机构(3)包括与外部壳体(201)密封连通的净气室(301)，所述净气室(301)的内部固定安装有喷淋器(303)，所述喷淋器(303)的侧壁表面固定安装有水泵(302)，所述水泵(302)的出水端与喷淋器(303)的进水口密封连通，所述净气室(301)的一端固定安装有气体传感器，所述气体传感器的一端固定安装有探测头；

所述数据采集机构(4)包括数据采集器(401)，所述数据采集器(401)的一端固定安装有储存用的硬盘柜(402)，所述硬盘柜(402)的内部固定安装有若干个用于对检测数据进行储存的数据硬盘，所述硬盘柜(402)的侧壁表面固定安装有计算机，所述计算机的一端固定安装有连接端头，所述连接端头的一端固定安装有PLC控制器，所述计算机的数据储存端与机械硬盘数据传输连接，所述PLC控制器与计算机电性连接；

所述水泵(302)的出口设有旁通管，所述旁通管延伸至数据采集机构(4)，给数据采集机构(4)降温后再回流到净气室，所述旁通管上安装电动调节阀和水温传感器，所述电动调节阀与PLC控制器连接，PLC控制器采用以下公式计算需求的旁通水量：

上式中，Q₂表示需求的旁通水量；q₁表示数据采集器的功率；q₂表示计算机的功率；q₃表示PLC控制器的功率；A表示数据采集机构的外表面积；δ表示导热系数；t表示数据采集机构的外表面温度；t₀表示数据采集机构的工作温度范围的中间温度；C_水表示水的比热；ρ_水表示水的密度；t₁表示旁通管前端水温；t₂表示旁通管后端水温；

PLC控制器根据计算出的旁通水量对电动调节阀进行调节。

2.根据权利要求1所述的一种多点式环境空气监测系统，其特征在于：所述气态污染采样机构(1)包括与地面支撑固定的支撑底板(101)，所述支撑底板(101)的顶部固定安装吸尘箱体(102)，所述吸尘箱体(102)的内部固定安装有吸尘网板，所述吸尘箱体(102)的侧壁中部固定安装有吸尘器(103)，所述吸尘器(103)的吸气口与吸尘箱体(102)的内部连通，所述吸尘箱体(102)的顶部固定安装有漏斗状的进气罩(104)，所述进气罩(104)的顶端固定安装有用于对气体进行快速处理的净化器，所述进气罩(104)的底端固定安装有空气分析仪(105)，所述空气分析仪(105)的底端与进气罩(104)的顶端密封连通，所述进气罩(104)的背面中部密封连通设有导管(106)。

3.根据权利要求2所述的一种多点式环境空气监测系统，其特征在于：所述校准机构(2)包括与导管(106)密封连通的外部壳体(201)，所述外部壳体(201)的内部固定安装有零气发生器，所述零气发生器的内部固定安装有多气动态校准仪，所述多气动态校准仪的内部均固定安装有用于对外部壳体(201)进行支撑固定的连通管体，所述连通管体的一端固定安装有用于对气体进行检测的采样头(203)，所述连通管体另一端密封连通有抽风机(206)，所述抽风机(206)后端密封连通设有采样总管(204)，所述采样总管(204)的侧壁表面固定安装有采样支管(205)。

4.根据权利要求2所述的一种多点式环境空气监测系统，其特征在于：所述吸尘器(103)、零气发生器、多气动态校准仪、气体传感器、抽风机(206)、水泵(302)和数据采集器(401)均与PLC控制器电性连接，所述PLC控制器与计算机电性连接。

5.根据权利要求1所述的一种多点式环境空气监测系统，其特征在于：所述净气室(301)设有风速传感器和空气温度传感器，所述水泵(302)出口设置水温传感器，所述风速传感器、空气温度传感器和水温传感器都与PLC控制器连接，所述PLC控制器采用以下公式计算需求水量：

上式中，Q₁表示需求水量；k表示净气室的净化系数，净化系数通过预先测定获取；V表示净气室内的风速；S表示净气室内部截面积；D表示净气室内部的宽度；L表示净气室内部的长度；t_空表示进入净气室的空气温度，由空气温度传感器测量得到；t_水表示水温，由水温传感器测量得到；

PLC控制器根据计算得到的需求水量，通过水泵性能曲线确定水泵转速，并对水泵的运行进行控制。

6.根据权利要求2所述的一种多点式环境空气监测系统，其特征在于：所述进气罩(104)的进气口设置防雨百叶。

7.根据权利要求3所述的一种多点式环境空气监测系统，其特征在于：所述采样总管上设置气液分离器，所述气液分离器底部连接排水管。

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