KR20210016624A - 상이한 입경 입자상 물질의 질량 농도를 동시에 측정하는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고정밀도로 상이한 입경 입자상 물질의 질량 농도를 동시에 측정하는 방법 및 장치에 관한 것이고, 상기 방법은 레이저 산란 원리를 이용하여 공기 중 상이한 입경 범위 입자상 물질을 측정한다. 작은 입경 입자상 물질을 큰 입경 입자상 물질로 오판한 수량의 보정 계수를 계산하는 단계 S1; 및 보정 계수에 따라 측정한 작은 입경 입자상 물질의 수량 또는 큰 입경 입자상 물질의 수량 및 질량 농도를 보정하는 단계 S2를 포함한다, 상기 방법은 상이한 입경 범위 입자상 물질 사이의 교차 간섭을 제거할 수 있고; 대응되는 장치는 구조가 간단하고 PM 1.0, PM 2.5, PM 10에 대해 동시 온라인 측정을 진행할 수 있으며, 측정 정밀도가 높고 원가가 낮다.

Description

상이한 입경 입자상 물질의 질량 농도를 동시에 측정하는 방법 및 장치
본 발명은 공기질 측정 기술분야에 관한 것이고, 특히 고정밀도로 상이한 입경 입자상 물질의 질량 농도를 동시에 측정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 몇 년간 "초미세먼지"가 자주 발생하면서 국내외에서 입자상 물질이 큰 관심을 받고 있으며, 입자상 물질 측정을 위해 "환경 공기질 표준(GB 3095-2012)"을 발표하였다. 국제적으로 널리 사용되는 입자상 물질 모니터링 방법에는 주로 중량법, β선 흡수법, TEOM(Tapered element oscillating microbalance) 및 광 산란법이 있다. 입자상 물질 모니터링 시스템의 가격은 약 50 만 위안에 달하며 전국에 수천 대의 모니터링 시스템이 설치되어 있으며, 국가환경부의 웹 사이트는 전국의 입자상 물질 오염 수준을 실시간으로 공개하고 있다.
단기적으로는 초미세먼지를 극복하기 어려운 상황에서 실내 공기 청정기의 수요가 높아지고 있을뿐만 아니라 자동차 에어컨 정화 시스템도 점차 일부 자동차의 기본 옵션이 되었다. 또한 입자상 물질 배출에 대한 빅 데이터를 형성하기 위해 그리드 기반 IoT 모니터링도 입자상 물질 배출 및 추적을 제어하는 중요한 수단이다. 이러한 "초미세먼지 제거" 방법 중 환경 부서에서 사용하는 고가의 모니터링 시스템은 보급이 어렵기 때문에 실내외 응용을 위한 다중 채널 동시 출력이 가능한 고정밀도, 저비용 입자상 물질 센서의 개발이 시급하다.
중국이 세계 최대 공기 청정기 시장이 되면서 중국에서 생산된 고정밀도, 저비용 입자상 물질 센서도 속속 등장하고 있다. 이러한 센서는 대부분 레이저 산란 원리(LED 또는 레이저 적외선 광원 사용)를 사용하고, 레이저 산란 원리를 기반으로 한 저비용 실내 공기질 센서(Indoor Air Quality, IAQ))의 측정 정밀도는 높은 수준에 도달했다. 예를 들어 문헌 US8009290B2 및 CN105021501B는 레이저 산란 원리를 사용하여 단일 채널 감지를 달성할 수 있다. 하나의 센서는 한 번에 단일 입경의 입자상 물질 질량 농도만 출력할 수 있고, 다채널 입자상 물질을 동시에 측정할 경우 상이한 입경 사이는 서로 교차 간섭이 발생하여 다채널 입자상 물질에 대한 동시 측정이 불가능하며(PM 1.0, PM 2.5 및 PM 10이 동시에 출력 됨), PM 1.0, PM 2.5 또는 PM 10 중 하나의 파라미터만 출력된다. 현재 국제 자동차 제조업체는 모두 PM 1.0, PM 2.5 및 PM 10.0을 동시에 측정해야 하고, 한국공기질정화협회의 표준도 실내에 사용되는 공기정화기, 에어컨이 PM 1.0, PM 2.5 및 PM 10.0을 동시에 표시할 것을 요구하고 있다. 예를 들어, 문헌 CN103257095B에서 PM 2.5와 PM 10의 동시 샘플링 및 측정을 실현하기 위해 2 단계 커터를 사용하지만 커터 구조가 복잡하고 부피가 크고 가격이 비싸며 실시간 온라인 측정이 불가능하여 소형화 및 가정에 보급이 어렵다. 예를 들어, 문헌 CN206223607U에서 적어도 두 개의 감광 센서를 포함하는 측정 요소는 PM 2.5, PM 10의 동시 측정을 실현할 수도 있지만 비용이 높고 부피가 크며 유지 관리가 많고 사용이 불편하다.
레이저 산란 원리를 이용한 측정 과정에서 공기질 측정 장치의 레이저 초점 근처의 광도 분포가 고르지 않기 때문에 초점의 상이한 위치에 산란 된 동일한 입자상 물질의 광 강도가 다르기 때문에 공기질 측정 장치의 광전 프로브가 입자상 물질 입경에 대한 오판이 발생하기 쉽고, 상이한 입경 사이에 교차 간섭이 발생하여 입자상 물질 농도 측정 결과가 정확하지 않을 수 있다. 공기 중 입자상 물질의 분포는 복잡한 바, 주로 입자상 물질 직경(입경으로 약칭) 범위가 0.3 μm ~ 10 μm인 입자상 물질을 포함하는데, 업계에서는 일반적으로 입경 범위가 0.3μm < d1 ≤ 1μm 인 입자상 물질을 PM 1.0라고 하고, 입경 범위가 0.3μm < d2 ≤ 2.5μm 인 입자상 물질을 PM 2.5라고 하며, 입경 범위가 0.3μm < d3 ≤ 10μm인 입자상 물질을 PM 10라고 한다. 공기 중 입자상 물질 질량 농도를 측정할 때는 상이한 입경 입자상 물질 사이의 교차 간섭을 제거하는 것이 아주 중요하기에 이는 본 기술분야에서 시급히 해결해야 할 기술적 과제이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 상이한 입경 입자상 물질 사이의 교차 간섭을 제거하여 입자상 물질 농도 측정의 정확성을 대폭 향상시킬 수 있는 고정밀도로 상이한 입경 입자상 물질의 질량 농도를 동시에 측정하는 방법 및 장치를 제공한다.
일 양태에 따르면, 본 발명은 상이한 입경 입자상 물질의 질량 농도를 동시에 측정하는 방법을 제공하고, 이는 작은 입경 입자상 물질을 큰 입경 입자상 물질로 오판한 수량의 보정 계수를 계산하는 단계 S1; 및 보정 계수에 따라 측정한 작은 입경 입자상 물질의 수량 또는 큰 입경 입자상 물질의 수량 및 질량 농도를 보정하는 단계 S2를 포함하고, 상기 큰 입경 입자상 물질은 상기 작은 입경 입자상 물질 입경 최댓값보다 큰 입자상 물질이다.
또한, 상기 단계 S1에서 작은 입경 입자상 물질을 큰 입경 입자상 물질로 오판한 수량의 보정 계수를 계산하는 것은, 작은 입경 입자상 물질만 포함하는 피측정 기류를 수집하고, 다채널 공기질 측정 장치를 통해 피측정 기류 중 상이한 입경 입자상 물질의 수량을 측정하여, 상이한 입경 범위 입자상 물질의 전체 수량, 큰 입경 입자상 물질의 수량을 얻는 단계 S11; 및 큰 입경 입자상 물질의 수량을 상이한 입경 범위 입자상 물질의 전체 수량으로 나누어, 작은 입경 입자상 물질을 큰 입경 입자상 물질로 오판한 수량의 보정 계수를 얻는 단계 S12를 포함한다.
또한, 상기 단계 S1에서 보정 계수에 따라 측정한 작은 입경 입자상 물질의 수량을 보정하는 것은, 다채널 공기질 측정 장치를 통해 피측정 기체 중 상이한 입경 입자상 물질의 수량를 측정하여, 상이한 입경 범위 입자상 물질의 전체 수량, 큰 입경 입자상 물질의 수량을 얻는 단계 S13; 단계 S12에서 얻은 작은 입경 입자상 물질을 큰 입경 입자상 물질로 오판한 수량의 보정 계수, 단계 S13에서 얻은 상이한 입경 범위 입자상 물질의 전체 수량, 큰 입경 입자상 물질의 수량에 따라, 피측정 기체 중 큰 입경 입자상 물질의 실제 수량에 대해 보정 계산을 진행하고, 피측정 기체 중 큰 입경 입자상 물질의 실제 수량 = S13 중 큰 입경 입자상 물질의 수량 - S13 중 상이한 입경 범위 입자상 물질의 전체 수량 x S12 중 보정 계수인 단계 S14; 및 단계 S13에서 얻은 상이한 입경 범위 입자상 물질의 전체 수량, S14에서 얻은 피측정 기체 중 큰 입경 입자상 물질의 실제 수량에 따라, 피측정 기체 중 작은 입경 입자상 물질의 실제 수량을 얻고, 피측정 기체 중 작은 입경 입자상 물질의 실제 수량 = S13 중 상이한 입경 범위 입자상 물질의 전체 수량 - S15에서 얻은 공기 중 큰 입경 입자상 물질의 실제 수량인 단계 S15를 포함한다.
또한, 단계 S11을 통해 수집한 작은 입경 입자상 물질은 표준 입자 발생기를 통해 생성되거나, 및/또는 담배 연소를 통해 생성된다.
또한, 얻은 상이한 입경 범위 입자상 물질의 전체 수량 = 작은 입경 입자상 물질의 전체 수량이고, 큰 입경 입자상 물질의 수량은 작은 입경 입자상 물질 전체 수량 중 일부가 오판된 수량이다.
또한, 상기 단계 S1에서 작은 입경 입자상 물질을 큰 입경 입자상 물질로 오판한 수량의 보정 계수를 계산하는 것은,
작은 입경 입자상 물질만 포함하는 피측정 기류를 수집하고, 상기 피측정 기류에 대해 입자상 물질의 수량을 측정하여 측정 결과를 얻는 단계 S21; 및
측정 결과에 따라 작은 입경 입자상 물질을 입경 범위가 상기 작은 입경 입자상 물질 입경 최댓값보다 크고 상기 큰 입경 입자상 물질 입경 최댓값보다 작거나 같은 입자상 물질로 오판한 수량의 비율, 즉 작은 입경 입자상 물질을 큰 입경 입자상 물질로 오판한 수량의 보정 계수를 얻는 단계 S22를 포함한다.
또한, 상기 단계 S1에서 보정 계수에 따라 측정한 큰 입경 입자상 물질의 수량 및 질량 농도를 보정하는 것은, 표준 공기질 측정 장치를 사용하여 상기 피측정 기류 중 작은 입경 입자상 물질의 질량 농도를 측정하고, 단계 S21에 측정한 상기 작은 입경 입자상 물질의 수량에 따라 상기 작은 입경 입자상 물질의 수량과 그 질량 농도 사이의 제1 관련 계수를 얻는 단계 S23; 작은 입경 입자상 물질의 입경 최댓값, 제1 관련 계수 및 큰 입경 입자상 물질의 입경 최댓값에 따라, 입경 범위가 상기 작은 입경 입자상 물질 입경 최댓값보다 크고 상기 큰 입경 입자상 물질 입경 최댓값보다 작거나 같은 입자상 물질의 수량과 그 질량 농도 사이의 제2 관련 계수를 얻는 단계 S24; 및 상기 작은 입경 입자상 물질을 큰 입경 입자상 물질로 오판한 수량의 보정 계수, 제1 관련 계수 및 제2 관련 계수에 따라, 다채널 공기질 측정 장치에 대해 캘리브레이션을 진행하고, 계산 및 보정 측정을 거쳐 큰 입경 입자상 물질의 질량 농도를 얻어 보정 후의 큰 입경 입자상 물질의 질량 농도를 얻는 단계 S25를 포함한다.
또한, 상기 단계 S21에서, 상기 피측정 기류에 대해 입자상 물질의 수량을 측정하는 방법은, 다채널 입자상 물질 측정 장치를 사용하여 상기 피측정 기류를 측정하고, 상기 다채널 입자상 물질 측정 장치 중의 광전 센서가 출력한 전압 펄스의 피크값을 통계하며, 소정 샘플 수를 포함하는 전압 펄스의 피크 값의 최댓값을 대응되는 입경 범위의 입자상 물질의 전압 임계값으로 취하여, 작은 입경 입자상 물질의 전압 임계값 및 큰 입경 입자상 물질의 전압 임계값을 얻으며, 펄스의 피크 값이 상기 작은 입경전압 임계값보다 작거나 같은 펄스를 작은 입경 입자상 물질로 판단하고, 펄스의 피크 값이 상기 작은 입경전압 임계값보다 크고 상기 큰 입경전압 임계값보다 작거나 같은 펄스를 큰 입경 입자상 물질로 판단한다.
또한, 상기 단계 S22에서, 상기 작은 입경 입자상 물질을 큰 입경 입자상 물질로 오판한 수량의 보정 계수 = 입경 범위가 작은 입경 입자상 물질 입경 최댓값보다 크고 큰 입경 입자상 물질 입경 최댓값보다 작거나 같은 입자상 물질의 수량 / 작은 입경 입자상 물질의 수량이다.
또한, 상기 단계 S23에서, 상기 작은 입경 입자상 물질의 수량과 그 질량 농도 사이의 제1 관련 계수 = 표준 공기질 측정 장치로 측정하여 얻은 피측정 기류 중의 작은 입경 입자상 물질의 질량 농도 / 작은 입경 입자상 물질의 수량이다.
또한, 상기 단계 S24에서, 상기 입경 범위가 상기 작은 입경 입자상 물질 입경 최댓값보다 크고 상기 큰 입경 입자상 물질 입경 최댓값보다 작거나 같은 입자상 물질의 수량과 그 질량 농도 사이의 제2 관련 계수 = 제1 관련 계수 * (큰 입경 입자상 물질의 입경 최댓값 / 작은 입경 입자상 물질의 입경 최댓값)3이다.
또한, 상기 단계 S25에서, 상기 큰 입경 입자상 물질의 질량 농도 = 제2 관련 계수 * (측정한 상기 큰 입경 입자상 물질의 수량 - 상기 작은 입경 입자상 물질의 수량 * 상기 작은 입경 입자상 물질을 큰 입경 입자상 물질로 오판한 수량의 보정 계수) + 캘리브레이션 후의 작은 입경 입자상 물질의 질량 농도이다.
또한, 단계 S21 중의 작은 입경 입자상 물질은 표준 입자 발생기를 통해 생성되거나, 및/또는 담배 연소를 통해 생성된다.
또한, 단계 S11, 단계 S21에서, 상기 작은 입경 입자상 물질의 입경 최댓값은 1 μm 또는 2.5 μm이고, 상기 큰 입경 입자상 물질의 입경 최댓값은 2.5 μm 또는 10 μm이다.
또한, 상기 작은 입경 입자상 물질은 PM 1.0이고, 상기 큰 입경 입자상 물질은 PM 2.5 및/또는 PM 10이다.
또한, 상기 작은 입경 입자상 물질은 PM 2.5이고, 상기 큰 입경 입자상 물질은 PM 10이다.
상이한 입경 입자상 물질의 질량 농도를 동시에 측정하는 장치는 광전 센서 및 캘리브레이션 모듈을 포함하고, 상기 캘리브레이션 모듈은 상술한 방법을 통해 캘리브레이션을 진행한다.
본 발명의 유익한 효과는 아래와 같다. 레이저 산란 원리를 이용하여 공기 중 상이한 입경 범위 입자상 물질을 측정하고, 다채널 공기질 측정 장치를 이용하여 담배 중 입자상 물질 입경 분포 수량을 측정하며, 보정 계수를 계산하여 공기 중 상이한 입경 범위 입자상 물질의 수량을 보정하여, 작은 입경 입자상 물질을 큰 입경 입자상 물질로 오판한 수량이 상이한 입경의 입자상 물질의 수량과 실제 입자상 물질 농도 사이의 계수 관계에 대한 간섭을 제거하고, 다채널 공기질 측정 장치에 대해 캘리브레이션을 진행한다. 본 발명에 따른 방법 및 장치는 상이한 입경 입자상 물질의 질량 농도에 대한 동시 온라인 측정이 가능하고, 측정 정밀도가 높고 원가가 낮다.
도 1은 본 발명에서 상이한 입경 범위 입자상 물질 사이의 교차 간섭을 제거하는 전반 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에서 큰 입경 입자상 물질이 작은 입경 입자상 물질에 대한 간섭을 제거하는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에서 작은 입경 입자상 물질이 큰 입경 입자상 물질에 대한 간섭을 제거하는 흐름도이다.
도 4는 입경 범위가 1 μm이하인 입자상 물질을 측정하여 얻은 전압 값 도면이다.
도 5는 도 4의 전압 값 도면의 전압 진폭 구간 분포도이다.
도 6은 도 4의 전압 값 도면의 전압 진폭의 더 세밀화된 구간 분포도이다.
도 7은 본 발명에 따른 고정밀도로 상이한 입경 입자상 물질의 질량 농도를 동시에 측정하는 장치의 구조도이다.
아래 실시예와 도면을 참조하여 본 발명의 과제의 해결수단을 구체적으로 설명한다.
배경기술에 설명된 바와 같이, 공기질 측정 장치 중 레이저 초점 근처의 광도 분포가 고르지 않기 때문에, 동일한 입경 입자상 물질이 초점의 상이한 위치에서 산란된 광도가 달라, 공기질 측정 장치의 광전 프로브가 입자상 물질 입경에 대한 오판이 발생하기 쉽고, 상이한 입경 사이에 교차 간섭이 발생하여 입자상 물질 농도 측정 결과가 정확하지 않을 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 상이한 입경 범위 입자상 물질 사이의 교차 간섭을 제거하는 도면이고, 이는 아래와 같은 단계를 포함한다.
단계 S1: 작은 입경 입자상 물질을 큰 입경 입자상 물질로 오판한 수량의 보정 계수를 계산한다.
단계 S2: 보정 계수에 따라 측정한 작은 입경 입자상 물질의 수량 또는 큰 입경 입자상 물질의 수량 및 질량 농도를 보정한다.
상기 큰 입경 입자상 물질은 상기 작은 입경 입자상 물질 입경 최댓값보다 큰 입자상 물질이다.
도 2를 참조하면, 이는 본 발명의 상이한 입경 범위 입자상 물질 사이의 교차 간섭을 제거하는 실시예 1이고, 실시예 1은 큰 입경 입자상 물질로 오판된 작은 입경 입자상 물질이 작은 입경 입자상 물질의 수량에 대한 간섭을 제거할 수 있다. 실시예 1을 참조하여 설명을 진행한다.
실시예 1
도 1, 도 2에 도시된 바를 참조한다.
단계 S11: 작은 입경 입자상 물질만 포함하는 피측정 기류를 수집하고, 본 실시예에서 작은 입경 입자상 물질은 표준 입자 발생기를 통해 생성되며, 입자 발생기 등 기기가 없어 대응되는 입자상 물질을 생성할 수 없을 경우 담배 연소를 통해 생성된 기체 및 입자상 물질을 직접 피측정 기체 및 피측정 입자상 물질로 할 수도 있다. 담배 연소 후 생성된 입자상 물질의 직경은 기본적으로 1 um보다 작거나 같고 담배 연소를 통해 생성하며, 다채널 공기질 측정 장치를 통해 담배 연소를 통해 생성된 피측정 기류 중 상이한 입경 입자상 물질의 수량을 측정하면 표 1과 같다.
담배 중 상이한 입경 범위의 입자상 물질의 수량
입경 분포
범위		 0.3 μm < d3 ≤ 10 μm 1 μm < d4 ≤ 10 μm 2.5 μm < d5 ≤ 10 μm
보정 전 N 10568 N大1 120 N大2 11
보정 후 N’ 10568 N大1' 0 N大2' 0
표 1과 같이, 다채널 공기질 측정 장치를 통해 측정한 결과에 따르면, 입경 범위 0.3 μm < d3 ≤ 10 μm 입자 수
Figure pct00001
은 10568이고; 입경 범위 1 μm < d4 ≤ 10 μm 입자 수
Figure pct00002
은 120이며; 입경 범위 2.5 μm < d5 ≤ 10 μm 입자 수
Figure pct00003
는 11이다. 이상적인 상태에서 표준 입자 발생기 또는 담배 중 입자상 물질 입자 수는 모두 0.3 μm < d1 ≤ 1 μm의 작은 입경 범위에 분포되어야 한다. 따라서 이상적인 상태에서 다채널 공기질 측정 장치를 통해 측정한 0.3 μm < d3 ≤ 10 μm 입경 범위의 전체 입자 수는 0.3 μm < d1 ≤ 1 μm 입경 범위의 입자 수와 같아야 하는데, 실제 테스트에서 1 μm < d4 ≤ 10 μm 및 2.5 μm < d5 ≤ 10 μm 입경 범위 내에 입자 수 출력이 있는 바. 이는 측정한 1 μm 이상 입자 수가 0.3 μm < d3 ≤ 10 μm 입경 범위의 전체 입자 수 중의 일부가 오판된 수량임을 설명한다.
S12: 이상 데이터를 통해 작은 입경 입자상 물질을 큰 입경 입자상 물질로 오판한 수량의 보정 계수
Figure pct00004
를 계산한다.
Figure pct00005
따라서, 입경 범위 1 μm < d4 ≤ 10 μm의 보정 계수는
Figure pct00006
이다.
따라서, 입경 범위 2.5 μm < d5 ≤ 10 μm의 보정 계수는 K2.5이고
Figure pct00007
이다.
담배 환경(이상적인 상태)에서, 입경 범위가 0.3 μm < d3 ≤ 10 μm인 입자 수는 전체 수량 = 입경 범위가 0.3 μm < d1 ≤ 1 μm 수량이고, 입자 전체 수량
Figure pct00008
은 변하지 않으며, 즉 보정 후의 입자 전체 수량은 보정 전의 입자 전체 수량과 같다.
Figure pct00009
:
담배에서 다채널 공기질 측정 장치를 사용하여 측정 및 보정을 진행하고, 보정 후의 1 μm < d4 ≤ 10 μm 및 2.5 μm < d5 ≤ 10 μm 입경 범위 내에는 입자 수 출력이 없다.
단계 S13: 다채널 공기질 측정 장치를 통해 공기 중 상이한 입경 입자상 물질의 수량를 측정한 결과는 표 2와 같다.
공기 중 상이한 입경 범위의 입자상 물질의 수량
입경 분포
범위		 0.3 μm < d3 ≤ 10 μm 1 μm < d4 ≤ 10 μm 2.5 μm < d5 ≤ 10 μm
보정 전 n 10037 n大1 216 n大2 17
보정 후 n’ 10037 n大1' 102 n大2' 7
표 2와 같이, 다채널 공기질 측정 장치를 통해 측정한 결과에 따르면, 0.3 μm < d3 ≤ 10 μm 입경 범위 내 입자 전체 수량 n은 10037이고; 1 μm < d4 ≤ 10 μm 입경 범위 내 입자 수
Figure pct00010
는 216이며; 2.5 μm < d5 ≤ 10 μm 입경 범위 내 입자 수
Figure pct00011
는 17이다.
단계 S14: 단계 S12에 따라 담배에서 결정한 보정 계수
Figure pct00012
단계 S13에서 얻은 n(n은 상이한 입경 범위 입자상 물질의 전체 수량), 단계 S13에서 얻은
Figure pct00013
공기 중 큰 입경 입자상 물질의 실제 수량
Figure pct00014
에 따라 보정 계산을 진행한다.
Figure pct00015
따라서 입경 범위 1 μm < d4 ≤ 10 μm의 측정 데이터
Figure pct00016
는 216이고, 보정 후의 수량은
Figure pct00017
이다.
따라서 입경 범위 2.5 μm < d5 ≤ 10 μm의 측정 데이터
Figure pct00018
는 17이고, 보정후 수량은
Figure pct00019
이다.
보정 후 입자 전체 수량은 변하지 않고,
Figure pct00020
이다.
단계 S15: 단계 S13에서 얻은 n(n은 상이한 입경 범위 입자상 물질의 전체 수량), S14에서 얻은 보정 후의 공기 중 큰 입경 입자상 물질의 실제 수량
Figure pct00021
에 따라, 보정 후의 공기 중 작은 입경 입자상 물질의 실제 수량
Figure pct00022
을 얻고, 작은 입경 범위가 0.3 μm < d1 ≤ 1 μm인 작은 입경 입자상 물질의 수량
Figure pct00023
의 보정 후의 데이터는
Figure pct00024
이다.
상기 단계를 통해, 큰 입경 입자상 물질로 오판된 작은 입경 입자상 물질이 작은 입경 입자상 물질 및 큰 입경 입자상 물질의 수량에 대한 영향을 제거한다.
도 1, 3, 4, 및 5를 참조하면, 본 발명이 상이한 입경 범위 입자상 물질 사이의 교차 간섭을 제거하는 방법의 실시예 2이다. 실시예 2는 큰 입경 입자상 물질로 오판된 작은 입경 입자상 물질이 큰 입경 입자상 물질의 수량 및 질량 농도에 대한 간섭을 제거하고 실시예 2를 참조하여 설명한다.
실시예 2
도 1, 3, 4, 및 5에 도시된 바를 참조한다.
본 실시예에서 입경 범위가 0.3 μm < d1 ≤ 1 μm인 입자상 물질 (PM 1.0)를 제1 입경 입자상 물질로 하고, 입경 범위가 0.3 μm < d2 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질을 제2 입경 입자상 물질(PM 2.5)로 하며, 다채널 공기질 측정 장치가 제1 입경 입자상 물질 및 제2 입경 입자상 물질 2가지 입자상 물질의 수량 및 질량 농도를 동시에 측정하는 경우를 예로 들어 설명한다. 그러나 다채널 공기질 측정 장치는 다른 2가지 입자상 물질의 수량 및 질량 농도를 동시에 측정할 수도 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 작은 입경 입자상 물질이 큰 입경 입자상 물질에 대한 간섭을 제거하는 방법을 제공하고, 이는 아래와 같은 단계를 포함한다.
단계 S21: 제1 입경 입자상 물질만 포함하는 피측정 기류를수집하고, 다채널 공기질 측정 장치를 이용하여 상기 피측정 기류를 측정하여, 해당 피측정 기류 중 입자상 물질의 수량 분포를 얻는다.
다채널 공기질 측정 장치를 예로 들면, 이는 상이한 측정 채널이 설치되고 사이한 측정 채널에서 상이한 유형, 상이한 입경의 입자상 물질의 수량을 동시에 측정할 수 있다.
구체적으로 단계 S21에, 표준 입자 발생기를 사용하여 제1 입경 입자상 물질을 포함하는 피측정 기류를 생성하고, 상기 피측정 기류는 제1 입경 입자상 물질(예를 들면 0.3 μm < d1 ≤ 1 μm)만 포함하고 다른 입경이 제1 입경 입자상 물질의 입경 최댓값보다 큰 입자상 물질을 포함하지 않기에, 제1 입경 입자상 물질을 입경 범위가 제1 입경 입자상 물질의 입경 최댓값보다 크고 제2 입경 입자상 물질의 입경 최댓값보다 작거나 같은 입자상 물질로 오판한 수량을 측정할 수 있다.
다채널 공기질 측정 장치 중의 광전 센서는 오판이 발생할 수 있기에(레이저 초점 중심 및 중심 근처의 광도가 제일 크기에 초점 중심 및 중심 근처를 지나는 제1 입경 입자상 물질을 입경 범위가 제1 입경 입자상 물질의 입경 최댓값보다 큰 입자상 물질로 오판하게 된다), 측정 결과에는 제1 입경 입자상 물질의 수량
Figure pct00025
을 얻게 되는 외에 또 제1 입경 입자상 물질 중에서 입경이 제1 입경 입자상 물질의 입경 최댓값보다 크고 제2 입경 입자상 물질의 입경 최댓값보다 작거나 같은 입자상 물질(입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질)의 수량
Figure pct00026
도 포함된다.
또한, 도 4는 상기 입경 범위0.3 μm < d1 ≤ 1 μm(제1 입경 입자상 물질)만 포함하는 피측정 기류가 다채널 공기질 측정 장치를 흘러 지나갈 때, 다채널 공기질 측정 장치의 광전 센서가 소정 시간 내에 지속적으로 측정하는 출력 전압 펄스를 보여준다. 도 4에 도시된 바와 같이, 전압 펄스의 피크 값은 0 ~ 4000 mV 사이이고, 여기서 각각의 전압 펄스는 하나의 입자상 물질에 대응된다. 이론적으로, 입자상 물질의 입경이 클 수록 대응되는 전압 펄스의 피크 값이 크다. 오차를 감소하기 위해, 소정 비율의 샘플 수를 포함하는 대응되는 전압 펄스의 피크 값을 포함하는 최댓값을 전압 임계값으로 취하여, 각각의 입경 입자상 물질은 모두 대응되는 상이한 전압 임계값을 구비한다. 구체적으로, 입경 범위가 0.3 μm < d1 ≤ 1 μm인 입자상 물질에 대해, 상기 다채널 입자상 물질 측정 장치 중의 광전 센서가 출력한 전압 펄스의 피크 값을 통계하면, 소정 샘플 수, 예를 들면 98.7 %를 포함하는 펄스에 대응되는 전압 펄스의 피크 값의 최댓값이 300 mV이기에, 입경 범위가 0.3 μm < d2 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질에 대응되는 전압 임계값은 0 mV보다 크거나 같고, 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질에 대응되는 전압 임계값은 300 mV보다 크거나 같음을 발견하였다.
도 5의 피크값이 0 mV보다 크거나 같은 전압 펄스를 0.3 μm < d2 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질로 판단하고, 피크값이 300 mV보다 크거나 같은 전압 펄스를 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질로 판단할 수 있다.여러 번의 측정을 거쳐, 도 4 중의 데이터를 여러 번 통계하면 표 3과 같은 4 그룹의 상이한 입경 범위의 입자상 물질에 대응되는 수량을 얻을 수 있다.
4 그룹의 상이한 입경 범위의 입자상 물질의 수량
Figure pct00027
(0.3 μm < d2 ≤ 2.5 μm)
Figure pct00028
(1 μm < d6 ≤ 2.5 μm)
30361 350
21274 248
10688 120
5309 57
표 3의 데이터를 정리하면 표 4의 4 그룹의 데이터를 얻을 수 있다.
정리 후의 4 그룹의 데이터
Figure pct00029
(0.3 μm < d2 ≤ 2.5 μm)
Figure pct00030
(1 μm < d6 ≤ 2.5 μm)
Figure pct00031
(0.3 μm < d1 ≤ 1 μm)
30361 350 30011
21274 248 21026
10688 120 10568
5309 57 5252
이밖에, 본 실시예에서 담배 연소를 통해 생성된 기류를 직접 피측정 기류로 할 수도 있는데, 담배 연소 후 생성된 입자상 물질 입경이 기본적으로 1 μm보다 작거나 같기에 입경 범위가 1 μm보다 큰 입자상 물질을 거의 포함하지 않으므로, 담배 연소를 통해 생성된 기류가 제1 입경 입자상 물질만 포함한다고 볼 수 있다.
단계 S22: 단계 S11에서 획득한 입자상 물질의 수량 결과에 따라 제1 입경 입자상 물질 중 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질로 오판된 비율을 얻는다.
여러 번의 검증을 거쳐, 동일한 공기질 측정 장치에서 제1 입경 입자상 물질(PM 1.0)를 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질로 오판하는 비율
Figure pct00032
은 일정하다. 아울러 여러 번의 실험을 거쳐
Figure pct00033
대
Figure pct00034
는 거의 무시할 수 있기에, 간단히 하면
Figure pct00035
이다. 표 4 중의 데이터에 따라 계산하면
Figure pct00036
는 약 1.15 %이다.
구체적으로, 도 4 중의 데이터에 대해 통계 계산을 진행하여 도 5에 도시된 통계 결과를 얻는다. 도 4를 참조하면 전압 피크 값이 0에서 300 mV 사이의 입자상 물질의 비율은 98.8 %이고, 전압 피크 값이 300 mV보다 크거나 같은 입자상 물질의 비율은 1.2 %이며, 즉 제1 입경 입자상 물질(PM 1.0)에서 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질로 오판된 입자상 물질 비율은
Figure pct00037
이고, 해당 비율은 표 4에 따라 계산한
Figure pct00038
와 기본적으로 같다.
단계 S23: 표준 공기질 측정 장치를 사용하여 상기 피측정 기류 중 제1 입경 입자상 물질의 질량 농도
Figure pct00039
를 측정하고, 단계 S22에서 얻은 제1 입경 입자상 물질의 수량
Figure pct00040
에 따라, 제1 입경 입자상 물질의 수량과 그 질량 농도 사이의 제1 관련 계수
Figure pct00041
를 얻는다.
이론적으로, 동일한 측정 환경에서 동일한 입경의 입자상 물질의 수량과 그 질량 농도 사이는 정비례 관계를 이루고, 표준 공기질 측정 장치를 통해 상기 피측정 기류 중 제1 입경 입자상 물질(PM 1.0)의 질량 농도를 측정하고 측정 결과를
Figure pct00042
로 하며, 제1 입경 입자상 물질의 수량과 그 질량 농도 사이의 계수를 제1 관련 계수
Figure pct00043
로 하며,
Figure pct00044
이다.
본 실시예에서, 여러 번의 측정을 거쳐 표 5의 4 그룹의 제1 입경 입자상 물질(PM 1.0)의 질량 농도와 그 수량 데이터를 얻는다.
제1 입경 입자상 물질의 질량 농도와 그 수량 데이터
Figure pct00045
(0.3 μm < d1 ≤ 1 μm)
Figure pct00046
(0.3 < d1 ≤ 1 μm)
30011 294
21026 207
10568 104
5252 52
상기 제1 관련 계수
Figure pct00047
의 계산식에 따라 입경 범위가 0.3 μm < d1 ≤ 1 μm인 제1 입경 입자상 물질(PM 1.0)의 수량과 그 질량 농도 사이의 제1 관련 계수
Figure pct00048
임을 얻을 수 있다.
단계 S24: 제1 입경 입자상 물질의 입경 최댓값, 제1 관련 계수
Figure pct00049
및 제2 입경 입자상 물질의 입경 최댓값에 따라, 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질의 수량과 그 질량 농도 사이의 제2 관련 계수
Figure pct00050
를 얻는다.
상이한 입경 입자상 물질의 수량과 그 질량 농도 사이의 관련 계수가 다르고, 상이한 입경 입자상 물질의 관련 계수와 그 입경의 세제곱과 근사하게 정비례를 이룬다. 여기서 제1 입경 입자상 물질의 입경 최댓값을
Figure pct00051
로 하고, 제2 입경 입자상 물질의 입경 최댓값을
Figure pct00052
로 하면, 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질 및 그 질량 농도 사이의 제2 관련 계수
Figure pct00053
이다.
Figure pct00054
및
Figure pct00055
의 계산식에 따라 표 6의 제1 관련 계수
Figure pct00056
와 제2 관련 계수
Figure pct00057
데이터를 얻을 수 있다.
4 그룹의 제1 관련 계수 K소 와 제2 관련 계수K대의 데이터
Figure pct00058
(0.3 μm < d1 ≤ 1 μm)
Figure pct00059
(1 μm < d6 ≤ 2.5 μm)
0.00980 0.1531
0.00984 0.1538
0.00984 0.1538
0.00990 0.1547
단계 S25: 앞 단계에서 계산한 제1 입경 입자상 물질 중 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질로 오판한 비율
Figure pct00060
, 제1 관련 계수
Figure pct00061
및 제2 관련 계수
Figure pct00062
에 따라, 다채널 공기질 측정 장치에 대해 캘리브레이션을 진행하고, 다채널 공기질 측정 장치를 통래 다양한 입자상 물질의 질량 농도를 측정할 수 있다.
다채널 공기질 측정 장치로 입자상 물질 측정을 진행하는 구체적인 과정은 아래와 같다. 임의의 피측정 기류를 수집하고 본 실시예에서는 PM 1.0 및 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질을 동시에 포함하는 피측정 기류를 예로 들어 설명한다. 다채널 공기질 측정 장치를 통해 상기 피측정 기류를 측정하고, 얻은 입경 범위가 0.3 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질의 수량을
Figure pct00063
로 하고, 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질(제1 입경 입자상 물질(PM 1.0) 중 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm로 오판된 입자상 물질 및 실제 존재하는 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질을 포함) 수량을
Figure pct00064
로 하며, 계산을 거쳐 입경 범위가 0.3 μm < d1 ≤ 1 μm인 입자상 물질의 수량을
Figure pct00065
로 하고, 제1 입경 입자상 물질 중 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질로 오판된 수량을
Figure pct00066
로 하며; 보정 후의 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질의 수량은
Figure pct00067
이다.
보정 후의 입경 범위가 0.3 μm < d1 ≤ 1.0 μm인 입자상 물질의 수량은
Figure pct00068
이다.
캘리브레이션 후의
Figure pct00069
및 계산하여 얻은
Figure pct00070
에 따라 제1 입경 입자상 물질(PM 1.0)의 질량 농도
Figure pct00071
를 얻고,
Figure pct00072
이며;
Figure pct00073
,
Figure pct00074
,
Figure pct00075
,
Figure pct00076
및
Figure pct00077
에 따라 입경 범위가 0.3 μm < d2 ≤ 2.5 μm인 모든 입자상 물질(PM 2.5)의 질량 농도
Figure pct00078
를 얻으며,
Figure pct00079
이다.
본 실시예에서, 다채널 공기질 측정 장치를 사용하여 PM 1.0(즉 입경 범위가 0.3 μm < d1 ≤ 1 μm인 제1 입경 입자상 물질) 및 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질을 동시에 포함하는 피측정 기류를 측정하여, 표 7의 입자상 물질 데이터를 얻는다. 표준 분진 농도 측정 장치를 사용하여 같은 종류 기류 중 PM 1.0 및 PM 2.5의 농도를 측정하고, 동시에
Figure pct00080
의 계산 방식에 따라 표 8의질량 농도 데이터를 얻는다.
측정을 거쳐 얻은 PM 2.5와 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질의 수량
Figure pct00081
(0.3 μm < d2 ≤ 2.5 μm)
Figure pct00082
(1 μm < d6 ≤ 2.5 μm)
Figure pct00083
(0.3 μm < d1 ≤ 1 μm)
Figure pct00084
(1 μm < d6 ≤ 2.5 μm)
Figure pct00085
(1 μm < d6 ≤ 2.5 μm)
Figure pct00086
(0.3 μm < d1 ≤ 1 μm)
30830 631 30199 347 284 30546
22121 438 21683 249 189 21932
10253 216 10037 115 101 10152
5193 97 5096 59 38 5155
표준 의기 측정 및 본 실시예의 방법을 통해 얻은 질량 농도 데이터
표준 의기로 측정한 질량 농도 간섭 제거 전 질량 농도 간섭 제거 후 질량 농도
PM 1.0
μg/m3 		PM 2.5
μg/m3 		PM 1.0
μg/m3 		PM 2.5
μg/m3 		PM 1.0
μg/m3 		PM 2.5
μg/m3
295 340 296 393 299 342
210 241 212 279 215 244
100 114 98 131 99 114
52 57 50 65 51 57
상기 표를 참조하면, 캘리브레이션을 거친 다채널 분진 농도 측정 장치로 측정한 PM 1.0의 질량 농도의 측정 정밀도가 높고, PM 1.0이 PM 2.5에 대한 간섭을 제거한 후의 PM 2.5의 질량 농도는 직접 측정한 PM 2.5의 질량 농도보다 정밀도가 더 높다.
상기 단계를 통해, 큰 입경으로 오판된 작은 입경 입자상 물질이 큰 입경 입자상 물질의 질량 농도에 대한 영향을 제거한다.
PM 1.0 및 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질을 동시에 포함하는 피측정 기류는 담배 연기와 먼지에 A1 분진(ISO12103-1 A1 Ultra fine Test Dust)을 더한 것으로부터 얻을 수 있다.
실시예 3
도 1, 3, 4, 6을 참조한다.
본 실시예에서 입경 범위가 0.3 μm < d1 ≤ 1 μm인 입자상 물질(PM 1.0)를 제1 입경 입자상 물질로 하고, 입경 범위가 0.3 μm < d2 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질을 제2 입경 입자상 물질(PM 2.5)로 하며, 입경 범위가 0.3 μm < d3 ≤ 10 μm인 입자상 물질(PM 10)를 제3 입경 입자상 물질로 하고, 다채널 공기질 측정 장치가 제1 입경 입자상 물질, 제2 입경 입자상 물질 및 제3 입경 입자상 물질 3가지 입자상 물질의 수량 및 질량 농도를 동시에 측정하는 경우를 예로 들어 설명한다. 그러나 다채널 공기질 측정 장치는 다른 몇 가지 입자상 물질의 수량 및 질량 농도를 동시에 측정할 수도 있다.
본 실시예 3과 실시예 2의 다른 점은 아래와 같다.
단계 S21에서, 다채널 공기질 측정 장치 중의 광전 센서는 오판이 발생할 수 있기에, 측정 결과에는 제1 입경 입자상 물질(PM 1.0)의 수량
Figure pct00087
을 얻게 되는 외에 또 제1 입경 입자상 물질(PM 1.0) 중에서 입경이 제1 입경 입자상 물질의 입경 최댓값보다 크고 제2 입경 입자상 물질의 입경 최댓값보다 작거나 같은 입자상 물질(즉 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질)의 수량
Figure pct00088
및 제1 입경 입자상 물질 중에서 입경이 제2 입경 입자상 물질의 입경 최댓값보다 크고 제3 입경 입자상 물질의 입경 최댓값보다 작거나 같은 입자상 물질(즉 입경 범위가 2.5 μm < d5 ≤ 10 μm인 입자상 물질)의 수량
Figure pct00089
도 포함된다.
실시예 2와 유사하게, 여러 번의 측정을 진행하고 측정 결과를 정리하여 표 9의 4 그룹의 상이한 입경 범위에 대응되는 입자상 물질의 수량 데이터를 얻는다.
4 그룹의 상이한 입경 범위에 대응되는 입자상 물질의 수량
Figure pct00090
(0.3 μm < d3 ≤ 10 μm)
Figure pct00091
(1 μm < d6 ≤ 10 μm)
Figure pct00092
(2.5 μm < d5 ≤ 10 μm)
Figure pct00093
(0.3 μm < d1 ≤ 1 μm)
Figure pct00094
(1 μm < d4 ≤ 2.5 μm)
30391 380 30 30011 350
21295 269 21 21026 248
10699 131 11 10568 120
5314 62 5 5252 57
단계 S22에서, 실시예 1을 참조하면 제1 입경 입자상 물질(PM 1.0)가 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질로 오판되는 비율
Figure pct00095
은 1.1 %로 일정하고; 제1 입경 입자상 물질(PM 1.0)가 입경 범위가 2.5 μm < d5 ≤ 10 μm인 입자상 물질로 오판되는 비율
Figure pct00096
도 약 0.1 %로 일정함을 알 수 있다.
구체적으로, 도 4 중의 데이터를 통계하여 도 6의 통계 결과를 얻는다. 도 6을 참조하면 98.7 %의 입자상 물질에 대응되는 전압값이 300 mV보다 작거나 같고, 1.14 %의 입자상 물질에 대응되는 전압값이300 mV내지 1000 mV 사이이고, 즉 제1 입경 입자상 물질을 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질로 오판하는 비율은
Figure pct00097
이며; 0.1 %의 입자상 물질에 대응되는 전압값이 1000 mV 내지 4000 mV 사이이고, 즉 제1 입경 입자상 물질을 입경 범위가 2.5 μm < d5 ≤ 10 μm인 입자상 물질로 오판하는 비율은
Figure pct00098
이다.
단계 S23: 표준 공기질 측정 장치를 사용하여 상기 피측정 기류 중 제1 입경 입자상 물질의 질량 농도를 측정하고, 단계 S11에서 얻은 제1 입경 입자상 물질의 수량에 따라, 제1 입경 입자상 물질의 수량과 그 질량 농도 사이의 제1 관련 계수
Figure pct00099
를 얻는다.
단계 S24: 제1 입경 입자상 물질의 입경 최댓값, 제1 관련 계수
Figure pct00100
제2 입경 입자상 물질의 입경 최댓값 및 제3 입경 입자상 물질의 입경 최댓값에 따라, 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질의 수량과 그 질량 농도 사이의 제2 관련 계수
Figure pct00101
를 얻고; 입경 범위가 2.5 μm < d5 ≤ 10 μm인 입자상 물질의 수량과 그 질량 농도 사이의 제3 관련 계수
Figure pct00102
를 얻는다.
구체적으로, 제1 입경 입자상 물질의 입경 최댓값을
Figure pct00103
로 하고, 제2 입경 입자상 물질의 입경 최댓값을
Figure pct00104
로 하며, 제3 입경 입자상 물질의 입경 최댓값을
Figure pct00105
로 하면, 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질 및 그 질량 농도 사이의 제2 관련 계수
Figure pct00106
이고, 입경 범위가 2.5 μm < d5 ≤ 10 μm인 입자상 물질의 수량과 그 질량 농도 사이의 제3 관련 계수
Figure pct00107
이다. 이로써 표 5의 제1 관련 계수
Figure pct00108
제2 관련 계수
Figure pct00109
제3 관련 계수
Figure pct00110
의 데이터를 얻는다.
표 10: 4 그룹의 제1 관련 계수
Figure pct00111
,제2 관련 계수
Figure pct00112
및 제3 관련 계수
Figure pct00113
의 데이터
관련 계수K소,K대,K대2의 데이터
Figure pct00114
(0.3 μm < d1 ≤ 1 μm)
Figure pct00115
(1 μm < d6 ≤ 2.5 μm)
Figure pct00116
(2.5 μm < d5 ≤ 10 μm)
0.00980 0.1531 9.796
0.00984 0.1538 9.845
0.00984 0.1538 9.841
0.00990 0.1547 9.901
단계 S25: 앞 단계에서 계산한 제1 입경 입자상 물질 중 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질로 오판한 비율
Figure pct00117
, 제1 입경 입자상 물질을 입경 범위가 2.5 μm < d5 ≤ 10 μm인 입자상 물질로 오판한 비율
Figure pct00118
,제1 관련 계수
Figure pct00119
, 제2 관련 계수
Figure pct00120
및 제3 관련 계수
Figure pct00121
에 따라, 다채널 공기질 측정 장치에 대해 캘리브레이션을 진행하고, 다채널 공기질 측정 장치를 통래 다양한 입자상 물질의 질량 농도를 측정할 수 있다.
구체적인 측정 과정은 아래와 같다. 제1 입경 입자상 물질, 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질 및 입경 범위가 2.5 μm < d5 ≤ 10 μm인 입자상 물질을 포함하는 피측정 기류를 수집하고 다채널 공기질 측정 장치를 통해 측정을 진행한다. 측정 후 얻은 입경 범위가 0.3 μm < d ≤ 10 μm인 입자상 물질의 수량을
Figure pct00122
로 하고, 입경 범위가 1 μm < d ≤ 10 μm인 입자상 물질의 수량을
Figure pct00123
로 하며, 제1 입경 입자상 물질(0.3 μm < d1 ≤ 1 μm)의 수량
Figure pct00124
을 계산할 수 있고, 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질(제1 입경 입자상 물질 중 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질로 오판된 입자상 물질 및 실제 존재하는 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질을 포함)의 수량을
Figure pct00125
로 하고; 입경 범위가 2.5 μm < d5 ≤ 10 μm인 입자상 물질(제1 입경 입자상 물질 중 입경 범위가 2.5 μm < d5 ≤ 10 μm인 입자상 물질로 오판된 입자상 물질 및 실제 존재하는 입경 범위가 2.5 μm < d5 ≤ 10 μm인 입자상 물질을 포함)의 수량을
Figure pct00126
로 하며, 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질(제1 입경 입자상 물질 중 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질로 오판된 입자상 물질 및 실제 존재하는 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질을 포함) 수량을
Figure pct00127
계산할 수 있다.
제1 입경 입자상 물질 중 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질로 오판된 수량을
Figure pct00128
로 하고, 제1 입경 입자상 물질 중 입경 범위가 2.5 μm < d5 ≤ 10 μm인 입자상 물질로 오판된 수량을
Figure pct00129
로 하며; 보정 후의 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질의 수량은
Figure pct00130
이고; 보정 후의 입경 범위가 2.5 μm < d5 ≤ 10 μm인 입자상 물질의 수량은
Figure pct00131
이고; 보정 후의 입경 범위가 0.3 μm < d1 ≤ 1 μm인 입자상 물질의 수량은
Figure pct00132
이다.
Figure pct00133
,
Figure pct00134
에 따라 캘리브레이션 후의 제1 입경 입자상 물질(PM 1.0)의 질량 농도
Figure pct00135
를 계산하면
Figure pct00136
이고;
Figure pct00137
,
Figure pct00138
,
Figure pct00139
,
Figure pct00140
,및
Figure pct00141
에 따라 제2 입경 입자상 물질(PM 2.5)의 질량 농도
Figure pct00142
를 계산하면
Figure pct00143
이다.
유사하게,
Figure pct00144
,
Figure pct00145
,
Figure pct00146
,
Figure pct00147
및
Figure pct00148
에 따라 제3 입경 입자상 물질(PM 10)의 질량 농도
Figure pct00149
를 계산하고
Figure pct00150
이다.
본 실시예에서, 다채널 공기질 측정 장치를 사용하여 PM 1.0(즉 입경 범위가 d1 ≤ 1 μm인 제1 입경 입자상 물질), 입경 범위가 1 μm < d6 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질 및 입경 범위가 2.5 μm < d5 ≤ 10 μm인 입자상 물질)를 동시에 포함하는 피측정 기류를 측정하고, 얻은 측정 데이터를 정리하여 표 11의 상이한 입경 범위의 입자상 물질의 수량을 얻으며, 표준 분진 농도 측정 장치를 사용하여 같은 종류 기류 중 PM 1.0, PM 2.5 및 PM 10의 농도를 측정하여 표 12의 질량 농도 데이터를 얻는다.
상이한 입경 범위의 입자상 물질의 수량
Figure pct00151
(0.3 μm < d1 ≤ 1 μm)
Figure pct00152
(1 μm < d6 ≤ 2.5 μm)
Figure pct00153
(1 μm < d6 ≤ 2.5 μm)
Figure pct00154
(1 μm < d6 ≤ 2.5 μm)
Figure pct00155
(2.5 μm < d5 ≤ 10 μm)
Figure pct00156
(2.5 μm < d5 ≤ 10 μm)
Figure pct00157
(2.5 μm < d5 ≤ 10 μm)
30199 631 352 279 47 30 17
21683 438 256 182 34 22 12
10037 216 114 102 17 10 7
5096 97 55 42 9 5 4
표준 의기 측정 및 본 실시예의 방법을 통해 얻은 PM 1.0, PM 2.5 및 PM 10의 질량 농도
표준 의기로 측정한 질량 농도 간섭 제거 전 질량 농도 간섭 제거 후 질량 농도
PM 2.5
μg/m3 		PM 10
μg/m3 		PM 1.0
μg/m3 		PM 2.5
μg/m3 		PM 10
μg/m3 		PM 1.0
μg/m3 		PM 2.5
μg/m3 		PM 10
μg/m3
340 516 296 392 853 296 339 503
241 363 213 281 616 213 242 363
114 178 99 132 299 99 114 179
57 92 50 65 155 50 57 98
상기 표를 참조하면, 캘리브레이션을 거친 다채널 분진 농도 측정 장치로 측정한 PM 1.0의 질량 농도의 측정 정밀도가 높고, PM 1.0이 PM 2.5에 대한 간섭을 제거한 후의 PM 2.5의 질량 농도는 직접 측정한 PM 2.5의 질량 농도보다 정밀도가 더 높으며, PM 1.0이 PM 10에 대한 간섭을 제거한 후의 PM 10의 질량 농도는 직접 측정한 PM 10의 질량 농도보다 정밀도가 더 높다.
측정 결과는 고농도의 PM 1.0(제1 입경 입자상 물질)가 저농도의 PM 2.5(제2 입경 입자상 물질) 및 PM 10(제3 입경 입자상 물질)의 질량 농도에 대한 간섭을 제거함으로써, 해당 기술방안은 분진 농도 측정 결과의 정밀도를 대폭 향상시킬 수 있다.
실시예 4
도 7을 참조하면, 고정밀도로 상이한 입경 입자상 물질의 질량 농도를 동시에 측정하는 장치에 있어서, 상기 장치는 광전 센서(31) 및 캘리브레이션 모듈(32)을 포함하고, 상기 캘리브레이션 모듈(32)은 실시예 1 및 실시예 2 중 어느 하나의 실시 형태에 따른 방법을 통해 캘리브레이션을 진행한다.
본 발명에서 설명된 구체적인 실시예는 본 발명의 사상에 대한 예시적 설명이다. 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 설명된 구체적인 실시예에 대해 다양한 수정 또는 보충 또는 유사한 방식으로 대체될 수 있으며, 이런 것들은 모두 본 발명의 사상 또는 첨부된 청구범위에 정의된 범위를 벗어나지 않는다.
모순되지 않는 한 본 문에서 상기 실시예 및 실시예 중의 특징은 서로 조합될 수 있다.
상술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시예일 뿐, 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 원칙 내에서 진행한 모든 수정, 등가 교환, 개선 등은 모두 본 발명의 보호 범위에 속한다.

Claims (17)

  1. 상이한 입경 입자상 물질의 질량 농도를 동시에 측정하는 방법에 있어서,
    작은 입경 입자상 물질을 큰 입경 입자상 물질로 오판한 수량의 보정 계수를 계산하는 단계 S1; 및
    보정 계수에 따라 측정한 작은 입경 입자상 물질의 수량 또는 큰 입경 입자상 물질의 수량 및 질량 농도를 보정하는 단계 S2를 포함하고,
    상기 큰 입경 입자상 물질은 상기 작은 입경 입자상 물질 입경 최댓값보다 큰 입자상 물질인 것을 특징으로 하는 상이한 입경 입자상 물질의 질량 농도를 동시에 측정하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 S1에서 작은 입경 입자상 물질을 큰 입경 입자상 물질로 오판한 수량의 보정 계수를 계산하는 것은,
    작은 입경 입자상 물질만 포함하는 피측정 기류를 수집하고, 다채널 공기질 측정 장치를 통해 피측정 기류 중 상이한 입경 입자상 물질의 수량을 측정하여, 상이한 입경 범위 입자상 물질의 전체 수량, 큰 입경 입자상 물질의 수량을 얻는 단계 S11; 및
    큰 입경 입자상 물질의 수량을 상이한 입경 범위 입자상 물질의 전체 수량으로 나누어, 작은 입경 입자상 물질을 큰 입경 입자상 물질로 오판한 수량의 보정 계수를 얻는 단계 S12를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단계 S1에서 보정 계수에 따라 측정한 작은 입경 입자상 물질의 수량을 보정하는 것은,
    다채널 공기질 측정 장치를 통해 피측정 기체 중 상이한 입경 입자상 물질의 수량를 측정하여, 상이한 입경 범위 입자상 물질의 전체 수량, 큰 입경 입자상 물질의 수량을 얻는 단계 S13;
    단계 S12에서 얻은 작은 입경 입자상 물질을 큰 입경 입자상 물질로 오판한 수량의 보정 계수, 단계 S13에서 얻은 상이한 입경 범위 입자상 물질의 전체 수량, 큰 입경 입자상 물질의 수량에 따라, 피측정 기체 중 큰 입경 입자상 물질의 실제 수량에 대해 보정 계산을 진행하고, 피측정 기체 중 큰 입경 입자상 물질의 실제 수량 = S13 중 큰 입경 입자상 물질의 수량 - S13 중 상이한 입경 범위 입자상 물질의 전체 수량 x S12 중 보정 계수인 단계 S14; 및
    단계 S13에서 얻은 상이한 입경 범위 입자상 물질의 전체 수량, S14에서 얻은 피측정 기체 중 큰 입경 입자상 물질의 실제 수량에 따라, 피측정 기체 중 작은 입경 입자상 물질의 실제 수량을 얻고, 피측정 기체 중 작은 입경 입자상 물질의 실제 수량 = S13 중 상이한 입경 범위 입자상 물질의 전체 수량 - S15에서 얻은 공기 중 큰 입경 입자상 물질의 실제 수량인 단계 S15를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    단계 S11을 통해 수집한 작은 입경 입자상 물질은 표준 입자 발생기를 통해 생성되거나, 및/또는 담배 연소를 통해 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    얻은 상이한 입경 범위 입자상 물질의 전체 수량 = 작은 입경 입자상 물질의 전체 수량이고, 큰 입경 입자상 물질의 수량은 작은 입경 입자상 물질 전체 수량 중 일부가 오판된 수량인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단계 S1에서 작은 입경 입자상 물질을 큰 입경 입자상 물질로 오판한 수량의 보정 계수를 계산하는 것은,
    작은 입경 입자상 물질만 포함하는 피측정 기류를 수집하고, 상기 피측정 기류에 대해 입자상 물질의 수량을 측정하여 측정 결과를 얻는 단계 S21; 및
    측정 결과에 따라 작은 입경 입자상 물질을 입경 범위가 상기 작은 입경 입자상 물질 입경 최댓값보다 크고 상기 큰 입경 입자상 물질 입경 최댓값보다 작거나 같은 입자상 물질로 오판한 수량의 비율, 즉 작은 입경 입자상 물질을 큰 입경 입자상 물질로 오판한 수량의 보정 계수를 얻는 단계 S22를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단계 S1에서 보정 계수에 따라 측정한 큰 입경 입자상 물질의 수량 및 질량 농도를 보정하는 것은,
    표준 공기질 측정 장치를 사용하여 상기 피측정 기류 중 작은 입경 입자상 물질의 질량 농도를 측정하고, 단계 S21에 측정한 상기 작은 입경 입자상 물질의 수량에 따라 상기 작은 입경 입자상 물질의 수량과 그 질량 농도 사이의 제1 관련 계수를 얻는 단계 S23;
    작은 입경 입자상 물질의 입경 최댓값, 제1 관련 계수 및 큰 입경 입자상 물질의 입경 최댓값에 따라, 입경 범위가 상기 작은 입경 입자상 물질 입경 최댓값보다 크고 상기 큰 입경 입자상 물질 입경 최댓값보다 작거나 같은 입자상 물질의 수량과 그 질량 농도 사이의 제2 관련 계수를 얻는 단계 S24; 및
    상기 작은 입경 입자상 물질을 큰 입경 입자상 물질로 오판한 수량의 보정 계수, 제1 관련 계수 및 제2 관련 계수에 따라, 다채널 공기질 측정 장치에 대해 캘리브레이션을 진행하고, 계산 및 보정 측정을 거쳐 큰 입경 입자상 물질의 질량 농도를 얻어 보정 후의 큰 입경 입자상 물질의 질량 농도를 얻는 단계 S25를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 단계 S21에서, 상기 피측정 기류에 대해 입자상 물질의 수량을 측정하는 방법은,
    다채널 입자상 물질 측정 장치를 사용하여 상기 피측정 기류를 측정하고, 상기 다채널 입자상 물질 측정 장치 중의 광전 센서가 출력한 전압 펄스의 피크값을 통계하며, 소정 샘플 수를 포함하는 전압 펄스의 피크 값의 최댓값을 대응되는 입경 범위의 입자상 물질의 전압 임계값으로 취하여, 작은 입경 입자상 물질의 전압 임계값 및 큰 입경 입자상 물질의 전압 임계값을 얻으며, 펄스의 피크 값이 상기 작은 입경전압 임계값보다 작거나 같은 펄스를 작은 입경 입자상 물질로 판단하고, 펄스의 피크 값이 상기 작은 입경전압 임계값보다 크고 상기 큰 입경전압 임계값보다 작거나 같은 펄스를 큰 입경 입자상 물질로 판단하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 단계 S22에서, 상기 작은 입경 입자상 물질을 큰 입경 입자상 물질로 오판한 수량의 보정 계수 = 입경 범위가 작은 입경 입자상 물질 입경 최댓값보다 크고 큰 입경 입자상 물질 입경 최댓값보다 작거나 같은 입자상 물질의 수량 / 작은 입경 입자상 물질의 수량인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 단계 S23에서, 상기 작은 입경 입자상 물질의 수량과 그 질량 농도 사이의 제1 관련 계수 = 표준 공기질 측정 장치로 측정하여 얻은 피측정 기류 중의 작은 입경 입자상 물질의 질량 농도 / 작은 입경 입자상 물질의 수량인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 단계 S24에서, 상기 입경 범위가 상기 작은 입경 입자상 물질 입경 최댓값보다 크고 상기 큰 입경 입자상 물질 입경 최댓값보다 작거나 같은 입자상 물질의 수량과 그 질량 농도 사이의 제2 관련 계수 = 제1 관련 계수 * (큰 입경 입자상 물질의 입경 최댓값 / 작은 입경 입자상 물질의 입경 최댓값)3인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 단계 S25에서, 상기 큰 입경 입자상 물질의 질량 농도 = 제2 관련 계수 * (측정한 상기 큰 입경 입자상 물질의 수량 - 상기 작은 입경 입자상 물질의 수량 * 상기 작은 입경 입자상 물질을 큰 입경 입자상 물질로 오판한 수량의 보정 계수) + 캘리브레이션 후의 작은 입경 입자상 물질의 질량 농도인 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제6항에 있어서,
    단계 S21 중의 작은 입경 입자상 물질은 표준 입자 발생기를 통해 생성되거나, 및/또는 담배 연소를 통해 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제6항에 있어서,
    단계 S11, 단계 S21에서, 상기 작은 입경 입자상 물질의 입경 최댓값은 1 μm 또는 2.5 μm이고, 상기 큰 입경 입자상 물질의 입경 최댓값은 2.5 μm 또는 10 μm인 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 작은 입경 입자상 물질은 PM 1.0이고, 상기 큰 입경 입자상 물질은 PM 2.5 및/또는 PM 10인 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 작은 입경 입자상 물질은 PM 2.5이고, 상기 큰 입경 입자상 물질은 PM 10인 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 광전 센서 및 캘리브레이션 모듈을 포함하고, 상기 캘리브레이션 모듈은 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 방법을 통해 캘리브레이션을 진행하는 것을 특징으로 하는 상이한 입경 입자상 물질의 질량 농도를 동시에 측정하는 장치.
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