专利名称：震荡天平法大气颗粒物质量浓度监测的准恒重秤量装置与方法
技术领域：
本发明涉及测试分析技术领域，特别是在大气颗粒物质量浓度监测中，采用震荡天平法进行的准恒重秤量装置和方法。
背景技术：
目前，为了应对、解决因为工业生产和人居生活方式所造成的环境污染问题，尤其是危害严重的灰霾问题，需要对大气颗粒物质量浓度进行连续、精确、广泛的监测；因而在遍布各地、数量巨大、体系复杂的环境空气自动监测站点，都把大气颗粒物质量浓度作为主要的监测项目。与气体成分分析不同，大气颗粒物质量浓度等于被采集样品中所有非气态、非液态物质的总质量与样品标准状态体积之比。进行大气颗粒物质量浓度监测的标准方法是重量法，用能够截获颗粒物的滤膜，采样前在恒温(干燥)天平室经过放置达到恒重后秤得其初始质量，采样过程准确测控采样流量与时间——累计记录采样标准状态体积，采样后回到恒温(干燥)天平室经过放置达到恒重后秤得其截获质量，以初始质量、截获质量、采样标准状态体积计算出颗粒物浓度的监测结果。上述颗粒物浓度监测的标准重量法，具有在恒温(干燥)天平室放置达到恒重后秤量的操作流程；在采样过程被截获在滤膜上的可蒸发物质——如颗粒物附着的水分，在恒重过程中被(晾干)去除，其计算所得监测结果实际上是“干”颗粒物浓度。因此，能够使雨雾、潮热天气采样监测结果与晴朗天气等效——即不会受到采样时大气相对湿度水平的影响。现有的震荡天平法大气颗粒物质量浓度自动监测仪器，用石英震荡元件作为质量传感器，制作成秤量被测样品气流通过颗粒物滤膜的质量分析天平，即所称震荡天平。能够秤量出滤膜在很短时间间隔内的微小质量累积数据，并依据同一时间间隔内的被测样品气流流量累计，计算出相应的颗粒物浓度；典型定量方程式如下:'·‘Κ“/Μ⑴式中f—震荡天平震荡频率(Hz)，M——载荷质量(g)，K0——弹性载荷比率。 由已知质量用作标准砝码的滤膜，在过滤去除其中颗粒物而保持流量等动力学、热力学指标相同的，有输送零气气流通过的条件下，进行震荡天平计量传递与检验，即可计算、确定 K0的数值。
/ *| *] vfCSI= K8 Kf -TT - —
v ντ r·- J-,
' J- .Ii J.(2)式中dM—累积载荷质量(g)，K0——弹性载荷比率，——累积结束震荡天平频率(Hz)，f0——累积开始震荡天平频率(Hz)。
权利要求
1.一种震荡天平法大气颗粒物质量浓度监测的准恒重秤量装置，包括抽气泵(1)、被测样品流量控制器O)、样品采集装置(3)、被测样品输送管G)、被测样品加热管( 和滤膜秤量部(6)，所述抽气泵(1)和被测样品流量控制器( 与滤膜秤量部(6)的输出端连接，所述被测样品加热管( 与滤膜秤量部(6)的输入端连接，其特征在于，所述被测样品输送管(4)与被测样品加热管( 之间还连接有三通管(7、10)、电动球阀(8)和颗粒物过滤器(9)，所述采集装置C3)经被测样品输送管(4)与第一三通管(7)的输入端连接，第一三通管(7)的两个输出端分别经电动球阀(8)、颗粒物过滤器(9)与第二三通管(10)的输入端连接，第二三通管(10)的输出端与被测样品加热管( 连接。
2.根据权利要求1所述震荡天平法大气颗粒物质量浓度监测的准恒重秤量装置，其特征在于，所述样品采集装置(3)的输出端还连接有流量分离器(11)，所述流量分离器的主气流管路与被测样品输送管(4)连接，所述流量分离器(11)的另一支路经过旁路气流管路 (12)与被测样品流量控制器中辅助流量控制器0 连接。
3.根据权利要求2所述震荡天平法大气颗粒物质量浓度监测的准恒重秤量装置，其特征在于，所述被测样品输送管(4)经过第一三通管(7)、电动球阀(8)、第二三通管(10)与被测样品加热管(5)、滤膜秤量部(6)连接，所述滤膜秤量部通过气流管路与被测样品流量控制器中的主流量控制器连接。
4.根据权利要求3所述震荡天平法大气颗粒物质量浓度监测的准恒重秤量装置，其特征在于，所述主流量控制器和辅助流量控制器0 通过气流管路与抽气泵(1)连接。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述震荡天平法大气颗粒物质量浓度监测的准恒重秤量装置，其特征在于，所述样品采集装置(3)内还设有颗粒物切割器，用于分离去除被测样品中粒径大于指定值的颗粒物。
6.根据权利要求1所述震荡天平法大气颗粒物质量浓度监测的准恒重秤量装置，其特征在于，所述电动球阀(8)为用于流体管路开通与关闭的电动或气动或液动伺服控制阀门。
7.一种震荡天平法大气颗粒物质量浓度监测的准恒重秤量方法，其特征在于，包括以下步骤(1)由抽气泵提供吸入气体动力，并通过被测样品流量控制器限定被测样品气流流量；(2)从样品采集装置获得指定流量的被测样品；(3)开通电动球阀，关闭过滤器，使被测样品经被测样品输送管流过电动球阀和被测样品加热管，输入滤膜秤量部，经被测样品流量控制器和抽气泵流出，在滤膜截获被测样品颗粒物；(4)关闭电动球阀，开通过滤器，使被测样品经被测样品输送管流过过滤器，去除被测样品中的颗粒物，将被去除颗粒物的被测样品作为零气经被测样品加热管，输入滤膜秤量部，经被测样品流量控制器和抽气泵流出，使滤膜达到恒重，并获得滤膜恒重后稳定后的震荡天平的载荷质量及其频率；(5)根据前、后相邻两次滤膜的恒重过程，获得滤膜恒重后震荡天平的频率，以及两次滤膜恒重过程之间，滤膜截获被测样品颗粒物过程的被测样品流量累计，按照震荡天平法颗粒物浓度的定量关系，计算出被测样品的颗粒物浓度。
8.根据权利要求7所述震荡天平法大气颗粒物质量浓度监测的准恒重秤量方法，其特征在于，所述步骤(5)中被测样品的颗粒物浓度的计算公式为C = _ = g式中C——颗粒物浓度，dM——累积载荷质量，V——累计被测样品体积，F——被测样品流量，t——累积时间。
9.根据权利要求8所述震荡天平法大气颗粒物质量浓度监测的准恒重秤量方法，其特征在于，所述累积载荷质量的计算公式为CM= K5 k\jt-—)式中dM——累积载荷质量，K0——弹性载荷比率，——累积结束震荡天平频率，fo—累积开始震荡天平频率。
全文摘要
本发明公开了一种震荡天平法大气颗粒物质量浓度监测的准恒重秤量装置与方法，通过在现有震荡天平法颗粒物浓度监测仪器的被测样品输送管与被测样品加热管之间，接入三通管、电动球阀和颗粒物过滤器；将原先连续不断地向滤膜秤量部输入被测样品的过程，改变为间歇式的，按照指定的周期，分别进行滤膜截获被测样品颗粒物过程和滤膜恒重过程。本发明可实现以震荡天平法颗粒物浓度监测仪器进行具有滤膜恒重秤量流程的颗粒物浓度测定，有效地解决了与标准重量法的可比性，得到与要求滤膜恒重的标准重量法等效的监测结果，特别适用于雨雾、潮热天气等相对湿度较大的情况。
文档编号G01N5/00GK102252930SQ20111014748
公开日2011年11月23日 申请日期2011年6月2日 优先权日2011年6月2日
发明者周炎, 岳玎利, 师建中, 郝华杰 申请人:广东省环境监测中心