Pm2.5检测仪的校准标定方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于测量仪器校准的技术领域，具体涉及一种PM2.5检测仪的校准标定方 法。
【背景技术】
[0002] PM2.5检测仪检测大气中粒径小于2.5μπι细颗粒物质量的检测仪。虽然细颗粒物只 是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。细颗粒物 粒径小，有些细颗粒物富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远， 因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。
[0003] ΡΜ2.5检测仪大都是把颗粒物的个数模拟成浓度。红外ΡΜ2.5检测仪输出是模拟 量：占空比。一段时间内，通常是30秒，传感器输出低电平数量。占空比越大，代表ΡΜ2.5颗粒 数越多，浓度越高。由于颗粒数大小不规则导致计算一定容积的ΡΜ2.5颗粒数质量不准确。 ΡΜ2.5校准方法直接把占空比转换为ΡΜ2.5质量输出。激光传感器成本高，功耗大。对于家庭 非专业场合，红外ΡΜ2.5检测仪价格低廉，能较好反应ΡΜ2.5浓度，精确度也够用。
[0004] ΡΜ2.5检测仪在使用前需要校准，以便更能准确地检测空气的污染程度。现有的 ΡΜ2.5检测仪的校准标定分为两个部分:一是零点校准，二是跨度校准。在测试箱中放入待 较设备，对气体进行净化，使测试箱的颗粒物浓度降到无限接近零点。设置好颗粒物采样器 及浓度后启动自动配气系统，然后记录检测仪的数据于暂存于数据库中。通过测试软件计 算出各种浓度下ug/粒值，生成表格后再写入单片机中，单片机只需要通过查表即可读出当 前环境中的PM2.5颗粒浓度。但现有技术存在以下技术缺点：（1)现有校准手段，无法批量化 生产；（2)难以保证标准气源浓度的准确性；（3)气源需购买，投入较大。
【发明内容】
[0005] 为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种PM2.5检测仪的校准标定方法。
[0006] 本发明的PM2.5检测仪的校准标定方法，该方法包括以下步骤：
[0007] (1)在封闭容器内放入PM2.5检测仪标准表和待校准PM2.5检测仪，制造 PM2.5初始 浓度为300-500yg/m3气体；
[0008] (2)实时读取PM2.5检测仪标准表上PM2.5浓度Ci和待校准PM2.5检测仪上占空比 Di，根据占空比D,计算颗粒数P,，以颗粒数PjPPM2.5的浓度匕进行多项式拟合，其中i = l、 2......n_l、n，n> 6;
[0009 ] (3)将上述拟合得到的校准公式写入待校准PM2.5检测仪。
[0010]本发明的校准标定方法是在封闭容器内进行，待校准PM2.5检测仪和PM2.5检测仪 标准表同处于相同的气体环境中，PM2.5检测仪标准表是经专业机构校准认证的检测仪。 PM2.5初始浓度设定为300-500yg/m3，是由于待校准PM2.5检测仪对PM2.5浓度的测量范围 为0-500yg/m 3。随着时间的进行，PM2.5颗粒物会降落附着在物体上，空气中PM2.5的浓度会 下降，封闭容器中的PM2.5浓度是一个变化值，读取的PM2.5检测仪标准表PM2.5浓度Ci和待 校准PM2.5检测仪上占空比Di是实时变化的，这样就会获取多个PM2.5浓度Ci，和对应的待校 准PM2.5检测仪上的占空比Di。一台待校准PM2.5检测仪上占空比Di对应颗粒数Pi，颗粒数Pi 和PM2.5标准浓度Ci进行拟合，获得的多项式写入待校准PM2.5检测仪。
[0011 ]优选的，步骤(1)的封闭容器内，放入至少两台待校准PM2.5检测仪。封闭容器内放 入多台待校准PM2.5检测仪，可同时完成多台PM2.5检测仪的校准，提高了校准的效率。每台 PM2.5检测仪上均读取到Di，获得颗粒数Pi和标准浓度Ci的多项式关系，并将每台PM2.5检测 仪的颗粒数Pi和标准浓度匕的多项式写入相应地仪器中。
[0012]优选的，步骤（1)在封闭容器中通过点燃香烟或檀香制造含PM2.5气体。点燃香烟 或檀香使得封闭容器PM2.5浓度迅速上升，并且保证了 PM2.5颗粒物的基本一致性。
[0013]优选的，步骤（1)中封闭容器由透明材质构成，封闭容器内设置有小风扇。封闭容 器可有透明的玻璃构成，便于在外面观察实验的进行。封闭容器内设置有小风扇，用于吹散 PM2.5气体，使得PM2.5均匀地分布在封闭容器的空间中。
[0014]优选的，PM2.5检测仪标准表和待校准PM2.5检测仪分别通过串口线连接到PC机， PC机用于实时读取PM2.5检测仪标准表上PM2.5的浓度Ci和待校准PM2.5检测仪上占空比Di。 PC机连接PM2.5检测仪标准表和待校准PM2.5检测仪，以便自动地获取PM2.5标准浓度Ci和 对应时间的待校准PM2.5检测仪上占空比Di，获取数据准确、迅速。
[0015] 优选的，步骤⑵中，占空比Di和颗粒数Pi满足以下关系式:Pi = 2 · 24 X 106Di3-2 · 77 X106Di2+62600Di。占空比Di和颗粒数Pi的满足的关系式在现有技术中是公开的。
[0016] 优选的，步骤(2)中，采用最小二乘法进行多项式拟合。最小二乘法是通过最小化 误差的平方和来寻找数据的最佳函数匹配，能获取颗粒数?:和标准浓度G的最佳拟合曲线。
[0017] 本发明的有益效果为:本发明PM2.5检测仪的校准标定方法操作简单、投入小;根 据PM2.5浓度和占空比的关系，推算出校准公式，并写入每台待校准检测仪，设备按照校准 公式工作，使得待校准检测仪浓度显示有良好的一致性和准确度。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明的实施例中PM2.5的浓度Ci < 30yg/m3时的校准曲线；
[0019]图2是本发明的实施例中PM2.5的浓度为30 < Ci < 140yg/m3时的校准曲线；
[0020]图3是本发明的实施例中PM2.5的浓度Ci > 140yg/m3时的校准曲线。
【具体实施方式】
[0021 ]本发明的PM2.5检测仪的校准标定方法，该方法包括以下步骤：
[0022] (1)在封闭容器内放入PM2.5检测仪标准表和待校准PM2.5检测仪，制造 PM2.5初始 浓度为300-500yg/m3气体，由于PM2.5颗粒物随着实验的进行，会降落或附着在物品上，使 得封闭容器空间中的PM2.5浓度降低，PM2.5浓度最终能降低到几十yg/m3。在封闭容器内， 可放入多台待校准PM2.5检测仪，可实现多台待校准PM2.5检测仪的同时校准，提高了效率， 节约了时间。在封闭容器内通过点燃香烟或檀香制造含PM2.5气体。通过点燃香烟或檀香能 使容器中的PM2.5迅速上升到我们需要的浓度，封闭容器内设置有小风扇，用于吹散PM2.5 气体，使得PM2.5均匀地分布在容器空间中。
[0023] (2)PM2.5检测仪标准表和待校准PM2.5检测仪通过串口线连接到PC机，PC机用于 实时读取PM2.5检测仪标准表上PM2.5的浓度Ci和待校准PM2.5检测仪上占空比Di;根据占空 比Di计算颗粒数Pi，占空比Di和颗粒数Pi满足以下关系式:Pi = 2.24 X 106Di3-2.77 X 106Di2+ 62600Di;然后以颗粒数Pi和PM2.5的浓度Ci进行最小二乘法多项式拟合，其中i = l、 2......n-1、n，n 2 6。为了拟合数据的准确性，将获得的颗粒数Pi和PM2.5的浓度Ci分段拟 合，一台待校准PM2.5检测仪分段拟合的曲线如图1-3所示。获得的待校准PM2.5检测仪校准 公式为：
[0024] 当 PM2.5 的浓度 Ci<30yg/m3,校准公式为：Ci = 27.242In(Pi)-15.984，R2 = 0.9875;
[0025] 当PM2.5的浓度30 < Ci < 140yg/m3,校准公式为：Ci = 0.000001Pi4-0.0004Pi3+ 0.0483Pi2-0.8468Pi+69.406，R 2 = 0.9977;
[0026] 当 PM2.5 的浓度 Ci>140yg/m3,校准公式为：Ci = 38.560608In(Pi)-1.363007，R2 = 0.990776；
[0027] (2)将上述拟合得到的校准公式写入待校准PM2.5检测仪。
[0028]使用上述校准后的PM2.5检测仪，测量10处区域的PM2.5浓度，使用标准的激光 PM2.5检测仪作为参比，测量的PM2.5浓度的数值如表1所示。由表1可知，使用本发明的校准 标定方法校准后的PM2.5检测仪对PM2.5的测定值与标准的激光PM2.5检测仪的测定值相差 值在-4至3yg/m 3之间，由此，表明使用本发明的校准标定方法校准后的PM2.5检测仪准确度 较高，可用于PM2.5检测仪的校准标定。
[0029]表1校准后的PM2.5检测仪和标准的激光PM2.5检测仪的测量结果
[0030]
[0031] 上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术 人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种PM2.5检测仪的校准标定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： (1) 在封闭容器内放入PM2.5检测仪标准表和待校准PM2.5检测仪，制造 PM2.5初始浓度 为 300-500yg/m3 气体； (2) 实时读取PM2.5检测仪标准表上PM2.5的浓度Ci和待校准PM2.5检测仪上占空比Di， 根据占空比Di计算颗粒数Pi，以颗粒数PjPPM2.5的浓度匕进行多项式拟合，其中i = l、 2......n_l、n，n> 6; (3) 将上述拟合得到的校准公式写入待校准PM2.5检测仪。2. 根据权利要求1所述的PM2.5检测仪的校准标定方法，其特征在于，步骤(1)的封闭容 器内，放入至少两台待校准PM2.5检测仪。3. 根据权利要求1所述的PM2.5检测仪的校准标定方法，其特征在于，步骤(1)在封闭容 器中，通过点燃香烟或檀香制造含PM2.5气体。4. 根据权利要求1所述的PM2.5检测仪的校准标定方法，其特征在于，步骤(1)中封闭容 器由透明材质构成，封闭容器内设置有小风扇。5. 根据权利要求1所述的PM2.5检测仪的校准标定方法，其特征在于，PM2.5检测仪标准 表和待校准PM2.5检测仪分别通过串口线连接到PC机，PC机用于实时读取PM2.5检测仪标准 表上PM2.5的浓度Ci和待校准PM2.5检测仪上占空比Di。6. 根据权利要求1所述的PM2.5检测仪的校准标定方法，其特征在于，步骤(2)中，占空 比 Di 和颗粒数 Pi 满足以下关系式:Pi = 2 · 24 X 106Di3-2 · 77 X 106Di2+62600Di。7. 根据权利要求1所述的PM2.5检测仪的校准标定方法，其特征在于，步骤(2)中，采用 最小二乘法进行多项式拟合。
【专利摘要】本发明公开了一种PM2.5检测仪的校准标定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)在封闭容器内放入PM2.5检测仪标准表和待校准PM2.5检测仪，制造PM2.5初始浓度为300-500μg/m3气体；(2)实时读取PM2.5检测仪标准表上PM2.5的浓度Ci和待校准PM2.5检测仪上占空比Di，根据占空比Di计算颗粒数Pi，以颗粒数Pi和PM2.5的浓度Ci进行多项式拟合，其中i＝1、2......n-1、n，n≥6；(3)将上述拟合的多项式写入待校准PM2.5检测仪。本发明PM2.5检测仪的校准标定方法操作简单、投入小；根据PM2.5浓度和占空比的关系，推算出校准公式，并写入每台待校准检测仪，设备按照校准公式工作，使得待校准检测仪浓度显示有良好的一致性和准确度。
【IPC分类】G01N15/06
【公开号】CN105675461
【申请号】CN201610048614
【发明人】马文兵, 张辉, 兰日强
【申请人】上海滕维信息科技有限公司
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月25日