基于振荡天平原理的矿工个体粉尘连续监测仪的研制

煤矿粉尘质量浓度精准测量是粉尘有效控制的重要前提。传统离线滤膜采样称重法测量周期长、操作繁琐,直读式光吸收/散射测量方法易受环境条件和粉尘性质影响。鉴于此,自主开发了基于振荡天平原理的矿工个体粉尘连续监测仪。通过有限元仿真探讨了振荡元件不同特性对振荡系统响应频率及质量灵敏度的影响,并采用最优梯度优化算法设计了振荡元件材料与形状,制造了一种具有高稳定弹性模量的振荡管,其频率温度系数为3×10^(-5)Hz/℃,受温度影响极小,保证了振荡频率在外界环境温度条件变化时的精确测量。开发了振荡天平质量传感器,设计了数字化自激振荡闭环控制电路,实现了谐振频率的自动控制以及实时输出,传感器质量灵敏度约为1 mg/Hz,质量检测限约为2μg。最终,通过集成呼吸性粉尘采样头、总尘采样头、伴热管、质量传感器、气泵、流量控制与温湿度/压力传感器等部件,研制了国内首款基于振荡天平原理的矿工个体粉尘连续监测仪,粉尘平均质量浓度检测限为0.035 mg/m^(3)。该仪器能够连续提供监测信息,包括当前时刻总尘或呼吸性粉尘质量浓度及当日累积职业接触暴露浓度。该仪器已在某煤矿现场应用,与传统滤膜采样称重法同步对比,2者相对误差仅为5%,表明该仪器可以实现煤矿粉尘质量浓度的快速精确测量,有望替代离线滤膜采样称重法和直读式光学测尘仪。

基于膜法除湿技术的振荡天平干燥管设计

大气颗粒物测量的难点在于湿度控制,通过在振荡天平法大气颗粒物连续监测系统中应用膜法除湿技术,将高湿气溶胶中水分与干燥气体互换,在不损坏颗粒物原有部分的基础上获得长期稳定湿度。通过设计振荡天平干燥管,并搭建测试系统对其进行效果测试,且与对标热电干燥管进行对比实验,结果表明该气体干燥管可很好地实现对大气颗粒物湿度进行控制,比热电干燥管除湿效果更优,可应用于振荡天平法大气颗粒物连续自动监测系统中,使大气颗粒物测量精准度得到提高。

便携式振荡天平法现场测定固定污染源废气中颗粒物的研究

将振荡天平技术与国内污染源废气监测方法标准相结合,建立了废气中颗粒物现场测定方法--便携式振荡天平法。新建方法以重量法为原理,检出限为0.2 mg/m 3,全程伴热以消除湿度干扰,测试前后以标准滤膜量值验证的方式对称量结果进行质量保证,实现了固定污染源废气中颗粒物的快速、准确的测量。方法建立后与国标法《固定污染源废气低浓度颗粒物的测定重量法》(HJ 836—2017)进行实际样品测定比对,结果表明,2种方法无显著性差异。新建方法提高了工作效率,减少了过程误差。

霍尔元件在微量振荡天平监测仪中的应用

本文介绍了线性霍尔传感器在微量振荡天平颗粒物监测仪中的应用,设计了频率检测和振荡管保持等幅振荡的控制电路,实现了振荡管固有频率的连续、精确探测。对比实验表明,该仪器设计合理,满足空气质量在线监测的要求。

微量振荡天平法与激光散射单粒子法在气溶胶观测中的对比试验研究

观测气溶胶质量浓度的仪器基于多种不同的测量原理，为比对不同仪器观测结果的差异，使用两种仪器TEOM-1405s（微量振荡天平原理）和GRIMM180（激光散射单粒子原理），于2011年11月9日-2013年6月30日在广州番禺大气成分观测站开展PM10／PM22.5/M1的同步比对观测试验。将观测结果配合同期气象要素进行分析，结果表明：GRIMM180的运行稳定性明显好于TEOM1405s，TEOM1405s的错误多由干燥器、夹管阀相关故障引起，出错百分比分别在33％和15％以上，其测值小于GRIMM180的数据占总观测量的53．5％。两种仪器观测气溶胶质量浓度存在一定差异，但两者随时问变化的趋势一致，测量的PM10／eM2.5／PM1的相关系数均高于0．60，两种仪器观测的PM1和PM25的统计拟合斜率接近于1，分别为0．99和1．04，而PM，0为1-31。TEOM1405s统计的平均值、均方差和极大值等均偏大于GRIMM180，特别是PM10的结果明显偏高；而极小值均小于GRIMM180。综合认为PM2.5的一致性相对较好，但在高相对湿度情况下，两仪器观测的PM2.5差异（PM№）绝对值较大，主要集中在风速0～2m／s的静小风期间。结合气象因子分析，推测两种仪器测值的差异成因，一方面可能与TEOM1405s考虑了半挥发性物质的补偿相关，另一方面可能与GRIMM180的除湿模块效果不佳以及气溶胶密度假设与实际差异较大，在高湿度、静小风等气象条件下两种仪器的响应与性能相关。

冷凝湿度控制对微振荡天平监测细颗粒物性能的改进

为提高细颗粒物(PM2.5)测量的准确性,尝试采用一种新型的气溶胶冷凝湿度控制器(简称冷凝湿度控制器)作为微振荡天平法颗粒物监测仪(TEOM)的除湿方式,在广东大气超级监测站开展了TEOM自动监测(一台采用传统的加热除湿方式,记为TEOM1405;另一台采用冷凝湿度控制器除湿,记为TEOM1405+除湿)和手工监测结果的对比。结果表明,根据PM2.5日均值相关性的拟合结果,TEOM1405监测较手工监测结果总体偏低约13%,加装冷凝湿度控制器后,TEOM1405+除湿监测较手工监测结果总体偏低在5%以内。加装冷凝湿度控制器后,显著提高了PM2.5的监测准确性;在相对湿度较高、二次颗粒物生成量较少的大气环境中,TEOM1405+除湿系统对PM2.5的监测结果是可靠的,而且在降雨过程中监测结果更为稳定;但在相对湿度较高、且二次颗粒物生成量较多的大气环境中,其对PM2.5的监测性能仍待进一步考察;在PM2.5污染比较严重的高污染时段,TEOM1405、TEOM1405+除湿监测到的PM2.5日均质量浓度分别比手工监测结果偏低26%和11%,偏低较多。但这种高污染情况在珠三角地区出现的概率很低,故采用TEOM1405+除湿系统进行PM2.5长期自动监测是可取的。

空气动力学粒径谱与微量振荡天平颗粒物质量浓度的测量比较

空气动力学粒径谱仪和微量振荡天平法测尘仪的工作原理不同,数据表示形式不同。用APS3321空气动力学粒径谱仪对北京2008年冬、春、夏进行大气颗粒物粒径分布和质量浓度测量,同步使用3台R&P1400a的微量振荡天平法测尘仪分别测量空气中的PM_(10)、PM_(2.5)和PM_(1.0)的质量浓度,对两种方法测量的数据进行相关比较,获得微量振荡天平法测尘仪与空气动力学粒径谱仪的测量数据的相关性,建立了回归方程。

β射线衰减法与微量振荡天平法测定PM_(10)的比较

对现场监测环境空气中PM10 的两种测定方法—β射线衰减法和微量振荡天平法的测量作了对比实验。实验表明 ,两种测定方法的结果具有一致性、相关性和可比性 ,能用回归直线方程来描述两者之间的关系。β射线衰减法的测定结果平均高于微量振荡天平法 15 8% ,它们之间平均偏差为 7 5 %。微量振荡天平法在现场测定中受干扰物和不确定因素的影响较少 ,其测量准确性优于 β射线衰减法。两种监测仪的运行费用大致相同 ,维护量和故障率均

硅胶除湿法提高振荡天平法PM_(2.5)分析仪的准确性研究

以珠三角区域大气复合污染立体监测网络中大气超级站为观测点,利用自主研发的气溶胶连续除湿装置,采用硅胶除湿方式提高振荡天平法PM_(2.5)分析仪准确度的原理和方法,分析了振荡天平法PM_(2.5)浓度测值误差产生的原因。通过比对试验,验证了该方法的技术可行性,有效解决了振荡天平法PM_(2.5)颗粒物在线监测的连续除湿问题,特别是在潮热天气等相对湿度较大的情况下具有明显优势。

基于振荡天平技术的大气颗粒物监测系统校准方法的讨论

该文提出了一种校准装置能够对大气颗粒物监测系统的初始振荡频率和结束振荡频率进行校准,有效的解决了该类仪器在校准方面的困难。

振荡天平结合微反研究程序升温条件下SAPO-34催化的甲醇转化

利用结合振荡天平的固定床微反装置,对甲醇转化的气相产物和催化剂相的有机物种沉积进行实时在线监测,由此建立程序升温过程中多相催化甲醇转化完整的碳资源走向图谱.

β射线法和振荡天平法在监测中的应用

β射线法和振荡天平法已在测定空气环境中颗粒物质,方法准确,灵敏度高。通过对两种方法监测原理、方法特点、仪器性能、监测数据的对比,两种方法具有很好的相关性。为更好地提出了仪器使用中存在的问题、解决方法以及两种仪器在实际应用中的性能,使用两种方法可知。

β射线法与振荡天平法测定环境中PM_(10)的对比分析

对β射线法与振荡天平法测定环境中PM_(10)浓度的结果进行了讨论和统计检验,得出两种方法测定环境中PM10浓度的结果基本一致,它们之间具有高度的一致性、相关性及可比性。

振荡天平法在固定污染源烟尘排放浓度监测中的研究

振荡天平法是通过检测振荡频率的变化,测量沉积在滤膜上颗粒物的质量,根据采样体积,计算出该时段内颗粒物的质量浓度。且具有精度高、重复性好、测量迅速、步骤简单、自动化程度高等特点,很好的弥补了国内现有烟尘测试仪的缺点,必定会成为其未来发展的趋势。

基于硅胶除湿法提高振荡天平法颗粒物分析仪准确性的方法研究

根据振荡天平法颗粒物分析仪浓度测值误差产生的原因,论述现有气体除湿方法的优缺点,自主研发一款气溶胶连续除湿装置。首次提出以硅胶除湿的方式提高振荡天平法颗粒物分析仪准确度的原理和方法,并论证该方法的技术可行性。

微量振荡天平与激光粉尘仪转换系数K值的测定

本文利用激光粉尘仪与振荡天平分别测量深圳市区环境中大气颗物的质量浓度,来确定质量浓度转换系数K值,得出了该激光粉尘仪测量深圳市区大气颗粒物的质量浓度转换系数K值为0.981,以及不同类型激光粉尘仪K值具有较高的一致性。

基于振荡天平技术的大气颗粒物PM10浓度连续监测系统设计

在对比了几种大气颗粒物监测方法的基础上,提出了振荡天平大气颗粒物在线监测方法(TEOM),设计实现了基于振荡天平法的大气颗粒物监测仪,详细介绍了谐振式质量传感器和基于DSP的控制单元。给出了仪器的校准过程和实验数据,数据表明该监测仪能够连续、准确地测量大气颗粒物的质量浓度。

微量振荡天平法确定激光粉尘仪大气颗粒物转换系数

本研究确定了某激光粉尘仪测试上海市环境大气颗粒物(PM10和PM2.5)的质量浓度转换系数K值。利用激光粉尘仪和TEOM RP 1400a型监测仪,同时对选定的环境监测站同一监测点的环境大气颗粒物(PM10和PM2.5)进行了测定,得出了该激光粉尘仪测试上海市环境大气颗粒物(PM10和PM2.5)的质量浓度转换系数K值呈基本正态分布,分别为0.00594和0.00158。

基于响应曲面法优化振荡天平谐振元件的结构

为提高振荡天平颗粒物测量装置的灵敏度,仿真分析同种材料下不同结构的谐振元件的频率,选取谐振元件高度、固定端内径短轴长度及自由振荡端内径为设计变量,以灵敏度为响应变量仿真计算三种变量的影响强度,研究灵敏度最大时的测量装置结构和在不同质量载荷下的灵敏。结果表明,谐振元件的灵敏度受高度影响最大,最优结构尺寸下的灵敏度相对于优化前结构的灵敏度提升了6.6倍,载荷质量在0.1~5.0 mg内,其灵敏度均在1.94 Hz/mg以上,保证了其测量装置的精度。

微量振荡天平法颗粒物自动监测系统组建及管理

介绍了在空气质量自动监测子站组建微量振荡天平法颗粒物自动监测系统的一些方法,并提出在管理中的一些问题和解决措施,旨在能为微量振荡天平法颗粒物监测系统的稳定性和监测的数据有效性提供参考。