粉尘气溶胶监测仪

粉尘、气溶胶与可吸入颗粒物有何区别？ 差别在于粒径的大小吗？

粉尘检测仪的工作原理主要是光吸收、光散射、β射线和交流静电感应原理。目前，对粉尘监测方法主要有过滤称重法，x射线衍射法，散射光法，压电天平法，β射线粉尘测量法和光透法等等。重量法作为粉尘测量的最常见的方法，需配备万分之一至十万分之一的电子天平。虽然测量的精度较高，是粉尘测量的标准方法。但工作程序较多，耗时较长，受滤膜阻尘效率、泵的效能、采样时的压力损失、采样气路漏气、分析天平误差等的影响。该法满足不了自动、连续、无人操作以及数据的自动记录和传输的需要。X射线衍射法只能检测大气中游离的二氧化硅，不能进行全面检测。[b]Lambert-Beer定律[/b]当光束通过含尘空气时，会发生吸收和散射。由于粉尘的散射和吸收作用，光在原来传播方向上的光强会有一定程度的衰减，即粉尘的消光作用。但是消光的方法不适用于低浓度的情况。因为空气中的粉尘浓度较低时，在小区域体积内(当光束传播距离较短)时，光的衰减对含尘空气粉尘浓度是不敏感的。在这种情况下的测量系统既要很灵敏，还要有很大的动态范围是非常困难的。而且对于探测器的选用，光源的稳定和系统的噪声抑制要求都很高。所以在这种情况下，利用光吸收原理直接测悬浮粉尘浓度是不好的。[img]http://www.vertpedia.com/UploadFile/201349135022284.jpg[/img][b]光吸收法测量原理[/b]当光波通过线性物质时，会与物质发生相互作用，光波一部分被介质吸收，转化为热能；一部分被介质散射，偏离了原来的传播方向，剩下的部分仍按原来的传播方向通过介质。透过部分的光强与入射光强之间符合朗伯一比尔定律。光吸收型粉尘浓度传感器以朗伯一比尔定律为基础，通过测量入射光强与出射光强，经过计算得到粉尘浓度。该法具有在高粉尘浓度情况下测量准确的特点。[b]光散射法测量原理[/b]含尘气流可以认为是空气中散布着固体颗粒的气溶胶，当光束通过含尘空气时，会发生吸收和散射，从而使光在原来传播方向上的光强减弱，粉尘浓度传感器就是通过探测变化的光信号，经过换算而实现粉尘浓度测量的。粉尘仪通过采气泵将待测气溶胶吸入检测舱，待测气溶胶在分支处分流成为两部分，一部分经过一个高效过滤器后被过滤为干净的空气，作为保护鞘气来保护传感器室的元器件不受待测气体污染。另一部分气溶胶，作为待测样品直接进入传感器室。传感器室中，主要元器件为激光二极管、透镜组和光电检测器。检测时，首先由激光二极管发出的激光，通过透镜组形成一个薄层面光源。薄层光照射在流经传感器室的待测气溶胶时，会产生散射，通过光电探测器来检测光的散射光强。光电探测器受光照之后产生电信号，正比于气溶胶的质量浓度。然后乘以电压校准系数，这个系数通过测定特定浓度的气溶胶来得到。通常用来做标定的测试气溶胶是亚利桑那试验粉尘(或ISO12103-1，A1试验粉尘)。采用光散射法测量空气中的粉尘浓度，具有快速、简便、连续测量的特点。因此这种利用光散射理论的方法已越来越多的应用于分析粉尘的浓度。[b]β射线吸收法[/b]β射线吸收法的基本原理为：射线通过介质层时，由于介质层的吸收作用，其射线强度将会减弱，减弱程度与介质层的质量厚度(单位面积上介质质量)有关，其减弱关系在一定范围内大致遵从指数衰减规律。利用此原理，检测仪内的放射源产生的β射线通过粉尘粒子时，粉尘粒子吸收β射线，根据粉尘吸收β射线的量与粉尘质量成线性关系计算并显示粉尘浓度。一般β射线粉尘测量仪系统，由β射线探测、粉尘采样、信号处理与单片机(微处理器)系统组成。β源采用一般14C，β射线由G—M计数器（探测器）探测，[color=#333333]粉尘仪[/color]用滤膜夹将待测滤膜置于放射源与计数器之间进行测量。所得脉冲信号经过放大成形后，经单道脉冲幅度分析器分析，选择对应射线幅度的电压脉冲信号转变为数字脉冲信号。数字脉冲信号的计数由单片机(微处理器)系统实现。该系统对数据进行处理、显示，并通过其键盘和LCD／LED显示器实现人机对话，满足参数设置与粉尘浓度测量结果输出，即滤膜重量(mg)及粉尘浓度测量数据，可以自动显示在单片机(微处理器)系统的液晶或发光二极管显示器上。β射线粉尘测量仪系统的工作流程，可分为三个具体步骤：(1)首先，透过空白滤纸样品介质的G射线，由G—M探测器探测。经过脉冲信号放大成形与单道脉冲幅度分析器后，由单片机(微处理器)系统分析处理，并记录透过空白滤纸样品介质B射线的强度。(2)在空白滤纸样品测量过程的同时，由单片机(微处理器)系统控制的抽气泵系统，以恒定流量通过采气气路抽入一定量的被采样空气，其气体中颗粒不断吸附在被测滤纸样品面上，其吸附量与控制采样抽气时问有关。(3)经过一定的采样抽气时间后，对吸附气体颗粒(粉尘)的被测滤纸样品的探测、处理，与透过空白滤纸样品介质I3射线强度的测量过程相同。β射线测尘仪应用β射线吸收技术来测量大气中粉尘的质量浓度，其测量结果可与经典的标准方法—称重法等效；它可以减少样品的处理时间和受污染的机会，不会带来人为误差且无误差积累，不需要经常校准和调零，能实现自动连续监测，监测过的样品可以保留，因而得到了比较广泛的应用。[b]摩擦电法测量粉尘浓度[/b]摩擦电法测量粉尘浓度是近10年来国际上受重视的一种粉尘浓度在线测量方法。该方法是对运动的颗粒与插入流场的金属电极之间由于碰撞、摩擦产生等量的符号相反的静电荷进行测量，来考察与粉尘浓度的关系，其特点是灵敏度高、结构简单、免维护。

黑碳监测仪BCA-I是基于光学衰减法的监测仪器，可连续实时监测大气中黑碳气溶胶的质量浓度。其工作原理是利用吸附在带状石英滤纸上的黑碳气溶胶在不同光学波段的吸收特性不同，实现对黑碳气溶胶的总量监测。它主要由光学系统、气体采样系统、走纸机构、数据采集与处理系统等组成。 仪器工作时，在抽气泵的驱动下，环境空气以恒定的流速连续地被抽入仪器的气体监测室，经滤纸过滤后，黑碳颗粒附着在透光均匀的石英纤维滤纸上。每隔一个时间周期，仪器开/关测量光源和参考光源一次，分别测量透过滤纸的气溶胶采样区和参考区的光强。根据光强信号，计算每个测量周期的采样区的光学衰减增量，得到该测量周期内收集的黑碳气溶胶质量，再除以这段时间的采样空气体积，即可以计算出采样空气流中的平均黑碳浓度。BCA-I的测量循环周期如下：（1） 打开光源，让系统稳定；（2） 测量光源照射时采样点和参考点的光强信号（SB和RB）；（3） 测量仪器的空气流量F；（4） 测量仪器内的温度T；（5） 关闭光源；（6） 进行计算，显示数据，数据写入存储器，并通过串口发送至上位机；（7） 等待下一个测量周期（回到步骤（1））的开始。 当累积衰减量达到一定数值时，系统认为滤纸上黑碳颗粒沉积量已经达到一定数量，需要进行换纸以便继续测量，此时，系统将自动控制进纸电机进行进纸，再又转纸电机进行转纸。换纸期间，为了使气泵在不间断工作的情况下保持滤纸干净，系统控制气体从旁路进气口进入，经过三通电磁阀的旁路通道，最后通过排气口排除仪器外。 由于参考点的滤纸和其它光学器件的透光率在整个测量过程中不会发生变化，所以参考点的测量信号可以用来修正光源光强的微小变化，以提高仪器的准确性。合肥霍金光电生产的七波段黑碳气溶胶监测仪设计思路和技术路线新颖，各项性能指标均达到国际同类产品水平，并在局部功能设计上优于国外同类产品，总体技术处于国内领先水平。合肥霍金光电研发团队在合肥物质科学研究院环境光学中心“七波段碳黑气溶胶分析仪”技术基础理论研究的基础上，通过技术创新、“二次开发”，并依据中国气象局、中国环保局等用户的使用意见，完善了设计与工艺，在机械结构、软件功能、操控界面、数据存储格式及存储容量等方面，使之更符合国内客户的使用习惯，已完全具备了产业化实施的全部条件，首批生产的10台样机全部满足设计要求，与此同时，公司已获得针对检测方法和仪器设计的发明专利。[align=center] [b]表1 BCA7技术指标[/b][/align][table=607][tr][td=1,1,175][size=2]名 称[/size][/td][td=1,1,432][align=center][size=2]技术指标[/size][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,175][size=2]测量范围[/size][/td][td=1,1,432][align=center][size=2]0 ng/m[sup]3[/sup]～1000,000ng/m[sup]3[/sup][/size][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,175][align=center][size=2]测量精度[/size][/align][/td][td=1,1,432][align=center][size=2]5％[/size][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,175][align=center][size=2]系统噪声[/size][/align][/td][td=1,1,432][align=center][size=2]≤100 ng/m[sup]3[/sup][/size][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,175][size=2]光源波长[/size][/td][td=1,1,432][align=center][size=2]370nm，470nm，520nm，590nm，660nm，880nm，950nm[/size][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,175][size=2]数字输入/输出[/size][/td][td=1,1,432][align=center][size=2]RS-232接口[/size][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,175][size=2]仪器显示[/size][/td][td=1,1,432][align=center][size=2]8行液晶显示屏[/size][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,175][size=2]采样流量[/size][/td][td=1,1,432][align=center][size=2]1～8升/分（内置泵，可调）[/size][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,175][size=2]数据存储介质、容量[/size][/td][td=1,1,432][align=center][size=2]（1）内部存储器、11天以上[/size][size=2]（2）USB接口，一年以上(可选)[/size][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,175][size=2]通信方式[/size][/td][td=1,1,432][align=center][size=2]GPS 通信（可选）[/size][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,175][size=2]操作环境[/size][/td][td=1,1,432][align=center][size=2]-30～40℃，一般室内环境[/size][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,175][size=2]电源[/size][/td][td=1,1,432][align=center][size=2]220V±22V，50Hz±1Hz[/size][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,175][size=2]重量[/size][/td][td=1,1,432][align=center][size=2]21公斤[/size][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,175][size=2]机箱尺寸[/size][/td][td=1,1,432][align=center][size=2]约440mm×260mm×320mm[/size][/align][/td][/tr][/table]