CN205333597U - 一种小型化的空气质量监测装置 - Google Patents

Abstract

一种小型化的空气质量监测装置，包括采样管、箱体、气体抽吸流量控制单元、监测单元一、监测单元二、监测单元三和无线数据传输单元，所述采样管和无线数据传输单元位于箱体的上侧，所述箱体的内部设有监测单元一、监测单元二和监测单元三，所述箱体的右侧面设有气体抽吸流量控制单元。本实用新型可监测环境大气中的PM10，PM2.5，CO₂，CO，SO₂，NO，NO₂，NH₃，O₃，VOC浓度，并且成本低，体积小，功耗低，适合进行密集布设网格监测。

Description

一种小型化的空气质量监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种小型化的空气质量监测装置。

背景技术

目前普遍使用的空气质量监测子站可同时自动或手动监测PM2.5，PM10，SO₂，NO₂，O₃，CO六项污染物，其中PM2.5与PM10采用微量石英震荡天平法或者贝塔射线法，SO₂采用脉冲荧光法，NO₂采用化学发光法，O₃采用紫外吸收法，CO采用非色散红外法，但自动空气监测子站体积很大，占地10平方米以上，价格很高，200万人民币左右，如进行密集网络监测成本太高，且选址困难，很难开展，而纯手动监测因为程序复杂，工作量太大，更无法多点进行监测。

实用新型内容

本实用新型主要解决现有空气质量监测装置成本高和笨重等问题。本实用新型是小型化的空气质量监测装置。

本实用新型采用如下技术方案：

一种小型化的空气质量监测装置，包括采样管、箱体、气体抽吸流量控制单元、监测单元一、监测单元二、监测单元三和无线数据传输单元，所述采样管和无线数据传输单元位于箱体的上侧，所述箱体的内部设有监测单元一、监测单元二和监测单元三，所述监测单元一为PM10、PM2.5、CO₂监测单元，监测单元二为SO₂、NO₂、O₃、NH₃监测单元，监测单元三为VOC监测单元，所述箱体的右侧面设有气体抽吸流量控制单元，可将箱体外的气体和颗粒物在设定的流速下抽吸进箱体，经检测后排出箱体。

所述箱体的外部设有采样管，采样管通过流体力学设计能进行颗粒物粒径切割功能，使只有小于等于10微米的颗粒物和气体通过，其他大颗粒与杂物无法通过。

所述监测单元一为激光光散射法测量颗粒物浓度。

所述监测单元二内安装有分别涂抹了Na₂CO₃，Na₂CO³⁺，甘油，NaNO₂，H3PO₄

的4种膜片，能分别进行反应采样后分析得到相应污染物浓度。

所述监测单元三设置感应涂抹了Na₂CO₃，Na₂CO³⁺，甘油，NaNO₂，H3PO₄的4种膜片的传感器。

工作原理：首先要说明，环境气体通过空气动力学直径小于10微米切割头，以一定流速进入装置。装置为一个密闭的箱体。其中配备的3个监测模块互相独立，并且监测模块没有样气损失。

(1)监测单元一：PM10、PM2.5、CO₂监测单元

PM10和PM2.5的分析：原理为激光光散射法。它采用由激光二极管发出的激光光源的聚焦光束照射样气，样气中的颗粒物使部分光产生散射，其中一部分散射光射到光度计，计算其光通量。颗粒物浓度与光通量之间有线性关系，因此通过光通量可以定量颗粒物的浓度。流动的样气进入箱体模块1中光散射检测器的测定腔，由传感器直接读出PM10和PM2.5的浓度，读数频率为1秒钟一次，可测定的浓度范围为0-1000微克每立方米。

CO₂的分析：原理为公知的非色散红外法。检测单元内安装有红外线发射源，CO₂气态分子受到红外辐射照射时，由于吸收了特征波长的红外光，引起分子能级跃迁，产生红外吸收光谱。在一定浓度范围内，吸光度与气体浓度符合朗伯比尔定律，故可根据吸光度传感器测定CO浓度。流动的样气进入箱体模块1中非色散红外检测器的测定腔中，由传感器直接读取CO2的浓度，读数频率为1秒钟一次，可测定的浓度范围为0-2000ppm。

(2)监测单元二：SO₂、NO₂、O₃、NH₃监测单元

SO2、NO₂、O₃、NH₃的分析：采用恒定流速结合无动力反应膜片法。监测单元为一个一端开口的采样器。气体分子按固定流速流过采样器，采样器内有对应分析气体的吸收膜。样气中的SO₂、NO₂、O₃、NH₃分别以SO4^2-、NO^2-、NO^3-和NH⁴⁺的离子形式保存在反应吸收膜上。在固定时间采样后的吸收膜在密封条件下送回实验室用溶液萃取吸收膜后，用离子色谱对溶液中特定的离子浓度进行检测。在已知暴露时间和离子浓度的情况下，可以推算采样时间段内对应气体的平均浓度。其计算公式为

$c=\frac{W}{\mathrm{Kt}}$

式中c为污染气体浓度；W为吸收膜所采集到的污染物的含量；K为采样速率常数；t为采样时间。

(3)监测单元三：VOC监测单元

VOC的分析：采用光离子化检测器(PID，PhotoIonizationDetectors)。样气流经检测器的紫外灯光路时，有机物被紫外光打成正负离子，检测器测量离子化的气体电荷，并转化成电流信号，以此获得VOC浓度值。

(4)无线数据传输单元

模块1和模块3的浓度信号，通过集成了TCP协议的透明DTU数据采集与传输模块进行传输，到指定IP地址的服务器上，该服务器安装了相因的数据库，将数据按既定格式储存并显示。

本实用新型的有益技术效果：

测定气体的种类较多，特别是可以在线测定目前被重视的，但又很难进行在线监测的VOC，在保证较高分析精度的基础上，成本较低、体积小、质量轻，易于维护，适用于大气环境监测的推广使用。

附图说明

图1为所小型化的空气质量监测装置的原理图；

附图标记说明

1采样管；2箱体；3气体抽吸流量控制单元；4监测单元一；5监测单元二；6监测单元三；7无线数据传输单元。

具体实施方式

下面结合附图和本实用新型的优选实施例进一步说明本实用新型。

如图1所示，一种小型化的空气质量监测装置，包括采样管1、箱体2、气体抽吸流量控制单元3、监测单元一4、监测单元二5、监测单元三6和无线数据传输单元7，所述采样管1和无线数据传输单元7位于箱体的上侧，所述箱体的内部设有监测单元一4、监测单元二5和监测单元三6，所述监测单元一4为PM10、PM2.5、CO₂监测单元，监测单元二5为SO₂、NO₂、O₃、NH₃监测单元，监测单元三6为VOC监测单元，所述箱体2的右侧面设有气体抽吸流量控制单元3，可将箱体2外的气体和颗粒物在设定的流速下抽吸进箱体2，经检测后排出箱体2。

所述箱体2的外部设有采样管1，采样管1通过流体力学设计能进行颗粒物粒径切割功能，使只有限定粒径的颗粒物和气体通过，其他大颗粒与杂物无法通过。采样管1只能使粒径为小于等于10微米的颗粒物和气体通过。

所述监测单元一4为光散射法测量颗粒物浓度。

所述监测单元二5内安装有分别涂抹了Na₂CO₃，Na₂CO³⁺，甘油，NaNO₂，H3PO₄的4种膜片能分别进行反应采样后分析得到相应污染物浓度。

所述监测单元三设置感应涂抹了Na₂CO₃，Na₂CO³⁺，甘油，NaNO₂，H3PO₄的4种膜片的传感器进行监测。

工作原理：

首先要说明，环境气体通过空气动力学直径小于10μm切割头，以一定流速进入装置。装置为一个密闭的箱体。其中配备的3个监测模块互相独立，并且监测模块没有样气损失。

(1)监测单元一4：PM10、PM2.5、CO₂监测单元

PM10和PM2.5的分析：原理为公知的光散射法。它采用由激光二极管发出的激光光源的聚焦光束照射样气，样气中的颗粒物使部分光产生散射，其中一部分散射光射到光度计，计算其光通量。颗粒物浓度与光通量之间有线性关系，因此通过光通量可以定量颗粒物的浓度。流动的样气进入箱体模块1中光散射检测器的测定腔，由传感器直接读出PM10和PM2.5的浓度，读数频率为1秒钟一次，可测定的浓度范围为0-1000微克每立方米。

CO2的分析：原理为公知的非色散红外法。CO₂气态分子受到红外辐射照射时，由于吸收了特征波长的红外光，引起分子能级跃迁，产生红外吸收光谱。在一定浓度范围内，吸光度与气体浓度符合朗伯比尔定律，故可根据吸光度传感器测定CO浓度。流动的样气进入箱体模块1中非色散红外检测器的测定腔中，由传感器直接读取CO₂的浓度，读数频率为1秒钟一次，可测定的浓度范围为0-2000ppm。

(2)监测单元二5：SO₂、NO₂、O₃、NH₃监测单元

SO₂、NO₂、O₃、NH₃的分析：采用恒定流速结合无动力反应膜片法。监测单元为一个一端开口的采样器。气体分子按固定流速流过采样器，采样器内有对应分析气体的吸收膜。样气中的SO₂、NO₂、O₃、NH₃分别以SO4^2-、NO^2-、NO^3-和NH⁴⁺的离子形式保存在反应吸收膜上。在固定时间采样后的吸收膜在密封条件下送回实验室用溶液萃取吸收膜后，用离子色谱对溶液中特定的离子浓度进行检测。在已知暴露时间和离子浓度的情况下，可以推算采样时间段内对应气体的平均浓度。其计算公式为

$c=\frac{W}{\mathrm{Kt}}$

式中c为污染气体浓度；W为吸收膜所采集到的污染物的含量；K为采样速率常数；t为采样时间。

(3)监测单元三6：VOC监测单元

VOC的分析：采用光离子化检测器(PID，PhotoIonizationDetectors)。样气流经检测器的紫外灯光路时，有机物被紫外光打成正负离子，检测器测量离子化的气体电荷，并转化成电流信号，以此获得VOC浓度值。

(4)无线数据传输单元

模块1和模块3的浓度信号，通过集成了TCP协议的透明DTU数据采集与传输模块进行传输，到指定IP地址的服务器上，该服务器安装了相因的数据库，将数据按既定格式储存并显示。

本实用新型是一种小型化的空气质量监测装置，测定气体的种类较多，特别是可以在线测定目前被重视的，但又很难进行在线监测的VOC，在保证较高分析精度的基础上，成本较低、体积小、质量轻，易于维护，适用于大气环境监测的推广使用。

以上所述，仅为本实用新型较佳实施例而已，故不能依此限定本实用新型实施的范围，即依本实用新型专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖的范围内。

Claims (1)

1.一种小型化的空气质量监测装置，其特征在于：包括采样管、箱体、气体抽吸流量控制单元、监测单元一、监测单元二、监测单元三和无线数据传输单元，所述采样管和无线数据传输单元位于箱体的上侧，所述箱体的内部设有监测单元一、监测单元二和监测单元三，所述箱体的右侧面设有气体抽吸流量控制单元；所述箱体的外部设有采样管，采样管只能使粒径为小于等于10微米的颗粒物和气体通过；所述监测单元二内安装有分别涂抹了Na₂CO₃，Na₂CO³⁺，甘油，NaNO₂，H3PO₄的4种膜片；所述监测单元三设置感应涂抹了Na₂CO₃，Na₂CO³⁺，甘油，NaNO₂，H3PO₄的4种膜片的传感器。