專利名稱：一種基于振蕩天平的顆粒物差分濃度測量系統(tǒng)及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顆粒物濃度測量系統(tǒng)及其測量方法，尤其是涉及一種基于振蕩天平的顆粒物差分濃度測量系統(tǒng)及其測量方法。
背景技術(shù)：
空氣中的總懸浮顆粒物TSP(Total Suspended Particulate)是指漂浮在空氣中的固態(tài)和液態(tài)顆粒物的總稱，其粒徑范圍約為O. 1-100 μ m。通常把動(dòng)力學(xué)直徑在10 μ m以下的顆粒物稱為PMltl，又稱為可吸入顆粒物或飄塵，它們是可在大氣中長期飄浮的懸浮微粒。尤其對(duì)于動(dòng)力學(xué)粒徑在5 μ m以內(nèi)呼吸性顆粒物，由于粒徑小能被直接吸入呼吸道內(nèi)造成危害，尤其是動(dòng)力學(xué)粒徑在2. 5μπι以內(nèi)的細(xì)粒子中，鉛(Ph)、錳(Mn)、鎘(cd)、銻(sh)、砷(As)、鎳(Ni)、硫酸鹽、多環(huán)芳烴等含量較高，在空氣中持留時(shí)間長，易將污染物帶到很 遠(yuǎn)的地方使污染范圍擴(kuò)大?？晌腩w粒物在大氣中還可為化學(xué)反應(yīng)提供反應(yīng)床，是氣溶膠化學(xué)中研究的重點(diǎn)對(duì)象，已被定為空氣質(zhì)量監(jiān)測的一個(gè)重要指標(biāo)?？諝庵械念w粒物對(duì)環(huán)境的有害影響還有散射陽光、降低大氣的能見度等?？晌腩w粒物被人吸入后，會(huì)累積在呼吸系統(tǒng)中，引發(fā)許多疾病。對(duì)粗顆粒物的暴露可侵害呼吸系統(tǒng)，誘發(fā)哮喘病。細(xì)顆粒物可能引發(fā)心臟病、肺病、呼吸道疾病，降低肺功能等。因此，對(duì)于老人、兒童和己患心肺病者等敏感人群，風(fēng)險(xiǎn)是較大的。另外，環(huán)境空氣中的顆粒物還是降低能見度的主要原因，并會(huì)損壞建筑物表面。目前應(yīng)用最廣的顆粒物濃度的測量方法為用β源、微量振蕩天平與激光光源的方法進(jìn)行測量。對(duì)顆粒物的監(jiān)測分析方法還有稱重測量法，即質(zhì)量法，總懸浮顆粒物的濃度以每立方米空氣中總懸浮顆粒物的毫克數(shù)表示，用標(biāo)準(zhǔn)大容量顆粒采樣器在采樣效率接近100%濾膜上采集己知體積的顆粒物，恒溫恒濕條件下，稱量采樣前后采樣膜的質(zhì)量變化來確定采集到的顆粒物質(zhì)量，再除以采樣體積，得到顆粒物的質(zhì)量濃度。稱重測量的方法的準(zhǔn)確度、精確度和可靠性很好，但目前普遍使用的是利用電子天平手工稱重，不僅耗費(fèi)人力，而且存在手工誤差，且不能實(shí)現(xiàn)顆粒物濃度監(jiān)測的自動(dòng)化和實(shí)時(shí)性。目前對(duì)大氣顆粒物的自動(dòng)監(jiān)測均以手工方法為標(biāo)準(zhǔn)，而無論是用β源、微量振蕩天平還是激光光源的方法，環(huán)境空氣濕度的變化、VOC以及銨鹽類顆粒物均能對(duì)測量結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。通常的方法是先對(duì)含塵氣流進(jìn)行除濕處理，再進(jìn)行濃度測量，然而在除濕過程中，由于因濕度變化容易引起的顆粒物測量濃度誤差。另外自動(dòng)監(jiān)測方法所使用的濾膜所處的環(huán)境與手工采樣的環(huán)境也不一樣，特別是對(duì)揮發(fā)性顆粒物測量產(chǎn)生很大的誤差。因此，研究大氣顆粒物的自動(dòng)監(jiān)測方法，發(fā)展高靈敏度、操作簡便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用且易于維護(hù)的大氣顆粒物自動(dòng)監(jiān)測設(shè)備，在大氣環(huán)境監(jiān)測研究領(lǐng)域具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的一種基于振蕩天平的顆粒物差分濃度測量系統(tǒng)，其特征在于，包括至少兩根含塵氣流通道，分別為顆粒物去塵通道以及顆粒物含塵通道；所述顆粒物去塵通道一端設(shè)有第一進(jìn)氣管口，另一端設(shè)有第一濃度檢測部件；所述顆粒物含塵通道一端設(shè)有第二進(jìn)氣管口，另一端設(shè)有第二濃度檢測部件；所述顆粒物去塵通道上還設(shè)有用于濾塵的顆粒物過濾裝置。在上述的一種基于振蕩天平的顆粒物差分濃度測量系統(tǒng)，所述的顆粒物去塵通道包括上部含塵氣流通道以及下部含塵氣流通道，上述第一進(jìn)氣管口設(shè)在上部含塵氣流通道一端，所述上部含塵氣流通道另一端通過上述顆粒物過濾裝置與所述下部含塵氣流通道一端連通；上述第一濃度檢測部件設(shè)置在所述下部含塵氣流通道的另一端。在上述的一種基于振蕩天平的顆粒物差分濃度測量系統(tǒng)，所述顆粒物過濾裝置包括一個(gè)內(nèi)部設(shè)有濾膜的顆粒物過濾器以及用于放置顆粒物過濾器并能開合的濾膜放置殼體，所述顆粒物過濾器內(nèi)的濾膜濾徑為O. I μ m 22 μ m。在上述的一種基于振蕩天平的顆粒物差分濃度測量系統(tǒng)，還包括一具有溫度探頭的溫度控制裝置，上述濾膜放置在該裝置內(nèi)。 在上述的一種基于振蕩天平的顆粒物差分濃度測量系統(tǒng)，所述第一濃度檢測部件和第二濃度檢測部件均為微量振蕩天平法的顆粒物濃度監(jiān)測設(shè)備。一種權(quán)利要求I所述的基于振蕩天平的顆粒物差分濃度測量系統(tǒng)的測量方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1，濃度校準(zhǔn)步驟取下顆粒物過濾膜片，將第一進(jìn)氣管口和第二進(jìn)氣管口通入零氣，調(diào)整第一濃度檢測部件和第二濃度檢測部件使其在通入零氣時(shí)的測量數(shù)據(jù)一致；將第一進(jìn)氣管口和第二進(jìn)氣管口通入含塵采樣氣流，調(diào)整第一濃度檢測部件和第二濃度檢測部件使其在通入采樣氣時(shí)測量的濃度與標(biāo)準(zhǔn)采樣器的濃度一致；步驟2，將被測顆粒物通入第一進(jìn)氣管口和第二進(jìn)氣管口，定義第一進(jìn)氣管口的被測顆粒物流量為Q1，第一進(jìn)氣管口的被測顆粒物流量為Q2，第一濃度檢測部件檢測顆粒物濃度為Λ P1= Λ Pp第一濃度檢測部件檢測顆粒物濃度為Λ P2=A ρ#+Λ Pp其中，ΛΡ#為顆粒物因含水或共模干擾產(chǎn)生濃度，顆粒物的濃度，則APi = AP2-APp步驟3，在安裝過濾膜片前使用手工方法對(duì)采樣膜片進(jìn)行稱重，測量其初重。自動(dòng)監(jiān)測儀運(yùn)行一定時(shí)間后，可取下過濾膜片，使用手工方法對(duì)采樣膜片進(jìn)行稱重，測量其末重，相減得增重值?？赏ㄟ^該增重對(duì)自動(dòng)監(jiān)測儀記錄的平均濃度進(jìn)行核準(zhǔn)，并校正濃度數(shù)據(jù)。因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.通過差分的方法不需要通過除濕就能減小因濕度變化引起的顆粒物測量濃度誤差；2.通過差分的方法能減小因工模干擾引起的顆粒物測量濃度誤差。3.該方法可提供一種與手工采樣方法相同的顆粒物采集環(huán)境，能有效地減少與手工采樣值的誤差。4.本方法將手工采樣與自動(dòng)監(jiān)測有機(jī)組合在一起，可能通過對(duì)過濾膜片的稱重核準(zhǔn)并校正自動(dòng)監(jiān)測儀器的濃度數(shù)據(jù)，因此也可作為自動(dòng)監(jiān)測儀器運(yùn)行質(zhì)量保證的一部分。


附圖I是本發(fā)明的一種主視結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2是圖I中A處的放大結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明，圖中，顆粒物去塵通道I、顆粒物含塵通道2、第一進(jìn)氣管口 3、第二進(jìn)氣管口 4、上部含塵氣流通道5、下部含塵氣流通道6、第一濃度檢測部件7、第二濃度檢測部件8、濾膜9、恒溫裝置10、溫度探頭11。實(shí)施例I :首先，介紹下本基于振蕩天平的顆粒物差分濃度測量系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖I所示，本系統(tǒng)包括兩路含塵氣流通道，分別為顆粒物去塵通道I以及顆粒物含塵通道2 ;顆粒物去塵通道I 一端設(shè)有第一進(jìn)氣管口 3，另一端設(shè)有第一濃度檢測部件7 ;顆粒物含塵通道2 —端設(shè)有第二進(jìn)氣管口 4，另一端設(shè)有第二濃度檢測部件8 ;顆粒物去塵通道I上還設(shè)有顆粒物過濾裝置。顆粒物去塵通道I包括上部含塵氣流通道5以及下部含塵氣流通道6，第一進(jìn)氣管口 3設(shè)在上部含塵氣流通道5 —端，上部含塵氣流通道5另一端通過上述顆粒物過濾裝置與下部含塵氣流通道6 —端連通；第一濃度檢測部件7設(shè)置在下部含塵氣流通道6的另一 端。本系統(tǒng)中，顆粒物過濾裝置包括一個(gè)內(nèi)部設(shè)有濾膜9的顆粒物過濾器以及用于放置顆粒物過濾器并能開合的濾膜放置殼體，顆粒物過濾器內(nèi)的濾膜濾徑為O. I μ m 22 μ m，顆粒物去塵通道I內(nèi)的煙塵通過煙塵過濾裝置后到達(dá)第一濃度檢測部件7內(nèi)，在本實(shí)施例中，在煙塵過濾裝置上還可以加裝一個(gè)具有溫度探頭11的恒溫裝置10，將濾膜放置殼體設(shè)置在恒溫裝置10內(nèi)，當(dāng)然，該恒溫裝置10并不是必須部件，煙塵過濾裝置也可以在不恒溫的條件下進(jìn)行工作，并且，恒溫裝置均采用傳統(tǒng)的恒溫技術(shù)即可。在本實(shí)施例中，第一濃度檢測部件7和第二濃度檢測部件8均為微量振蕩天平法的顆粒物濃度監(jiān)測設(shè)備。在本實(shí)施例中，如圖2所示，濾膜9可以采用雙層濾膜9，進(jìn)行雙層過濾，使測量結(jié)果更精準(zhǔn)，當(dāng)然也可以采用三層甚至更多層的濾膜形式進(jìn)行。下面具體介紹采用本實(shí)施例中的基于振蕩天平的顆粒物差分濃度測量系統(tǒng)來測量顆粒物濃度的測量方法，包括以下步驟步驟I，濃度校準(zhǔn)步驟，取下顆粒物過濾膜片，先通過零氣對(duì)兩個(gè)通道的濃度測量進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn)，具體方法是將第一進(jìn)氣管口 3和第二進(jìn)氣管口 4通入零氣后，待零氣通入第一濃度檢測部件7和第二濃度檢測部件8，調(diào)整第一濃度檢測部件7和第二濃度檢測部件8使其測量數(shù)據(jù)一致；再通過采樣氣對(duì)兩個(gè)通道的濃度測量進(jìn)行濃度校準(zhǔn)，具體方法是將第一進(jìn)氣管口 3和第二進(jìn)氣管口 4通入采樣氣后，待采樣氣通入第一濃度檢測部件7和第二濃度檢測部件8，參考標(biāo)準(zhǔn)采樣器所測濃度，調(diào)整第一濃度檢測部件7和第二濃度檢測部件8使其濃度一致；步驟2，將被測顆粒物通入第一進(jìn)氣管口 3和第二進(jìn)氣管口 4，定義第一進(jìn)氣管口 3的流量為Q1，第二進(jìn)氣管口 4的流量為Q2其中，Q1可以與Q2相等，也可以不等，即顆粒物去塵通道I和顆粒物含塵通道2內(nèi)流量可以相同可以不同；第一濃度檢測部件7檢測濃度為Λ P1= Λ P #，第二濃度檢測部件8檢測濃度為ΛΡ2=ΛΡ# + ΛΡρ其中，ΛΡ#為顆粒物因含水或共模干擾產(chǎn)生濃度，ΛΡ&為顆粒物濃度，則AP^ = AP2-APp步驟3，在安裝過濾膜片前使用手工方法對(duì)采樣膜片進(jìn)行稱重，測量其初重。自動(dòng)監(jiān)測儀運(yùn)行一定時(shí)間后，取下過濾膜片，使用手工方法對(duì)采樣膜片進(jìn)行稱重，測量其末重，相減得增重值。通過增重值對(duì)自動(dòng)監(jiān)測儀記錄的平均濃度進(jìn)行核準(zhǔn)，并修正濃度數(shù)據(jù)。在本實(shí)施例中，采用微量振蕩天平法的顆粒物濃度監(jiān)測設(shè)備是采用的傳統(tǒng)的微量振蕩天平法，在此不再贅述該法的具體方案。應(yīng)當(dāng)注意的是其中至少有一路含塵氣流通道上一定要設(shè)置有顆粒物過濾裝置。當(dāng)采用一路含塵氣流通道時(shí)，可通過切換閥門使用分時(shí)測量的方法測量，即先通過切換閥門使含塵氣流通過顆粒物過濾裝置再進(jìn)入濃度檢測部件，測量濃度△ P1= ΔΡ7Κ,然后切換閥門使含塵氣流直接進(jìn)入濃度檢測部件，測量濃度Λ P2=Pp通過Λ Pf AP2-AP1計(jì)算最終濃度。本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替 代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。盡管本文較多地使用了顆粒物去塵通道I、顆粒物含塵通道2、第一進(jìn)氣管口 3、第二進(jìn)氣管口 4、上部含塵氣流通道5、下部含塵氣流通道6、第一濃度檢測部件7、第二濃度檢測部件8、濾膜9、恒溫裝置10等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。
權(quán)利要求
1.一種基于振蕩天平的顆粒物差分濃度測量系統(tǒng)，其特征在于，包括至少兩根含塵氣流通道，分別為顆粒物去塵通道(I)以及顆粒物含塵通道(2);所述顆粒物去塵通道(I) 一端設(shè)有第一進(jìn)氣管口(3)，另一端設(shè)有第一濃度檢測部件(7);所述顆粒物含塵通道(2) —端設(shè)有第二進(jìn)氣管口(4)，另一端設(shè)有第二濃度檢測部件(8);所述顆粒物去塵通道(I)上還設(shè)有用于濾塵的顆粒物過濾裝置，第一進(jìn)氣管口(3)以及第二進(jìn)氣管口(4)均接有PM2. 5切割器或PMl. O切割器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于振蕩天平的顆粒物差分濃度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述的顆粒物去塵通道(I)包括上部含塵氣流通道(5)以及下部含塵氣流通道(6)，上述第一進(jìn)氣管口(3)設(shè)在上部含塵氣流通道(5)—端，所述上部含塵氣流通道(5)另一端通過上述顆粒物過濾裝置與所述下部含塵氣流通道(6) —端連通；上述第一濃度檢測部件(7)設(shè)置在所述下部含塵氣流通道(6)的另一端。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于振蕩天平的顆粒物差分濃度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述顆粒物過濾裝置包括一個(gè)內(nèi)部設(shè)有濾膜(9)的顆粒物過濾器以及用于放置顆粒物過濾器并能開合的濾膜放置殼體，所述顆粒物過濾器內(nèi)的濾膜濾徑為O. I μ m 22 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于振蕩天平的顆粒物差分濃度測量系統(tǒng)，其特征在于，還包括一具有溫度探頭(11)的控溫裝置(10)，上述濾膜放置殼體設(shè)置在控溫裝置(10)內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于振蕩天平的顆粒物差分濃度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述第一濃度檢測部件(7)和第二濃度檢測部件(8)均為微量振蕩天平顆粒物濃度測量設(shè)備。
6.一種權(quán)利要求I所述的一種基于振蕩天平的顆粒物差分濃度測量系統(tǒng)的測量方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟I，濃度校準(zhǔn)步驟，取下顆粒物過濾膜片，先通過零氣對(duì)兩個(gè)通道的濃度測量進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn)，具體方法是將第一進(jìn)氣管口 3和第二進(jìn)氣管口 4通入零氣后，待零氣通入第一濃度檢測部件7和第二濃度檢測部件8，調(diào)整第一濃度檢測部件7和第二濃度檢測部件8使其測量數(shù)據(jù)一致；再通過采樣氣對(duì)兩個(gè)通道的濃度測量進(jìn)行濃度校準(zhǔn)，具體方法是將第一進(jìn)氣管口 3和第二進(jìn)氣管口 4通入采樣氣后，待采樣氣通入第一濃度檢測部件7和第二濃度檢測部件8，參考標(biāo)準(zhǔn)采樣器所測濃度，調(diào)整第一濃度檢測部件7和第二濃度檢測部件8使其濃度一致； 步驟2，將被測顆粒物通入第一進(jìn)氣管口(3)和第二進(jìn)氣管口(4)，定義第一進(jìn)氣管口(3)的被測顆粒物流量為Q1，第二進(jìn)氣管口(4)的被測顆粒物流量為Q2，第一濃度檢測部件(7 )檢測顆粒物增重為Λ P1= Λ P水，第一濃度檢測部件(8 )檢測顆粒物增重為Λ P2= Λ P水+ ΛΡ塵，其中，ΛΡ水為顆粒物的含水量，ΛΡ塵為顆粒物的含塵量，則ΛΡ塵= AP2-AP1; 步驟3，在安裝過濾膜片前使用手工方法對(duì)采樣膜片進(jìn)行稱重，測量其初重，自動(dòng)監(jiān)測儀運(yùn)行一定時(shí)間后，取下過濾膜片，使用手工方法對(duì)采樣膜片進(jìn)行稱重，測量其末重，相減得增重值，通過增重值對(duì)自動(dòng)監(jiān)測儀記錄的平均濃度進(jìn)行核準(zhǔn)，并修正自動(dòng)監(jiān)測儀的濃度數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于振蕩天平的顆粒物差分濃度測量系統(tǒng)及測量方法，包括至少兩根含塵氣流通道，分別為顆粒物去塵通道(1)以及顆粒物含塵通道(2)；所述顆粒物去塵通道(1)一端設(shè)有第一進(jìn)氣管口(3)，另一端設(shè)有第一濃度檢測部件(7)；所述顆粒物含塵通道(2)一端設(shè)有第二進(jìn)氣管口(4)，另一端設(shè)有第二濃度檢測部件(8)；所述顆粒物去塵通道(1)上還設(shè)有用于濾塵的顆粒物過濾裝置。具有如下優(yōu)點(diǎn)通過差分的方法不需要通過除濕就能減小因濕度變化引起的顆粒物測量濃度誤差；通過差分的方法能減小因工模干擾引起的顆粒物測量濃度誤差。可提供一種與手工采樣方法相同的顆粒物采集環(huán)境，能有效地減少與手工采樣值的誤差。
文檔編號(hào)G01N5/04GK102841034SQ20121036271
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月18日
發(fā)明者李虹杰, 李金平, 張培生, 陳建新, 李愷驊 申請人:武漢市天虹儀表有限責(zé)任公司