一种基于压力差进样方式的移动监测设备的定量校准方法与流程

1.本技术涉及大气污染物监测设备校正领域，具体提供一种基于压力差进样方式的移动监测设备的定量校准方法。


背景技术：

2.如今，随着社会不断发展，人们开始意识到环境问题的重要性，因此，为了很好的监测评估环境污染问题，各种环境污染监测设备已经被投入使用。
3.大气污染物作为影响人类健康以及自然环境的重要因子，近些年来同样得到了巨大的关注，空气中的存在污染物如颗粒物，nox以及vocs等都可以直接或间接的影响到整个地球生态系统，鉴于大气污染物的重要性，所以对大气污染物含量的准确监测是必不可少的。
4.目前针对大气污染物质的监测已经存在各种高精密度监测设备，他们也被广泛应用与各大气环境监测领域，对大气环境质量评估起到了很大的作用。但是就目前而言，市场上存在的许多主流环境监测设备(质子转移反应质谱，单光子质谱等)多采用压力差的进样方式，这种进样方式虽然具有结构简单，对因子干扰小等特点，但是由于压力差会因为外界环境的变化而改变，特别是针对于目前较为热门的移动监测设备而言，受走航车速的影响较大，进而会导致对监测因子的含量监测存在较大的误差波动。目前设备常规的因子浓度定量方法往往是在一个稳定的进样气压差下进行的(即默认进样压力不变)，并没有考虑到实际应用中存在的气压变化对定量方法的影响。所以想要减少外界自然环境变化导致的压力变化问题，准确地反映出环境中的污染因子的实际浓度，一种新的将进样压力考虑在内的因子定量校正方法是不可或缺的。由于实际移动监测中，气体样品的进样压力变化通常受走航速度的影响，即外界环境气体流速的变化导致的，所以通过改变进样气体的流速，可以很好的改变进样的压力差，建立一套考虑到实际环境气压变化对定量准确性的影响的校正方法。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于压力差进样方式的移动监测设备的定量校准方法。
6.本发明的目的通过以下的技术方案实现：
7.一种基于压力差进样方式的移动监测设备的定量校准方法，其特征在于，包含以下步骤：
8.s1、通过气体动态稀释校准仪稀释标准气体，获取目标浓度；
9.s2、通过体积可变气体流速测速箱改变流速，获取目标流速；
10.s3、监测设备通过设定目标浓度和目标流速，对监测样品进行监测，获取实际监测浓度；
11.s4、根据目标浓度、目标流速和实际监测浓度，绘制拟合校准曲线；
12.s5、监测设备在移动监测中，获取实际流速和实际监测浓度，带入拟合校准曲线，计算校准浓度。
13.进一步地，s1中所述目标浓度设置为以a为差值的梯度浓度，a值大于等于2。
14.进一步地，s3中所述监测样品，通过压力传感器监测存储的气体压力，在统一进样压力下被监测。
15.进一步地，s2中所述目标流速的获取是通过体积可变气体流速测速箱改变流速，具体步骤如下：
16.s2-1、通过调节安装在所述体积可变气体流速测速箱上的转动螺杆改变箱体体积，从而改变进样流速；
17.s2-2、通过流速监测器监测实时流速，当达到所述目标流速时，停止调节转动螺杆。
18.进一步地，s4中所述绘制拟合校准曲线，具体包括如下步骤：
19.s4-1、在确保仪器状态正常的条件下，将气体动态稀释校准仪的配气浓度分别设置为10、20、30、40、50、60、70、80、90、100ppbv，切换各个配气浓度，每个浓度进样2分钟；
20.s4-2、体积可变气体流速测速箱分别设置为0.2、1.5、3.3、5.4、7.9、10.7、13.8、17.1、20.7m/s，目标浓度气体通入进样口，改变进样流速，提取每个目标浓度对应的实际监测浓度；
21.s4-3、绘制目标浓度、目标流速和实际监测浓度的曲线，拟合校准曲线的横坐标为不同目标浓度下的进样流速，设备实际监测浓度为纵坐标。
22.进一步地，s5中所述的计算校准浓度，具体如下：
23.拟合校准曲线上，同一流速下，校准浓度c计算公式如下：
[0024][0025]
其中c1、c2为同一流速下相邻的两条监测浓度曲线上对应浓度，c1》c2；
[0026]
cx为设备移动监测浓度，a为等浓度差值，c3为c2处所通标气浓度，c为校准浓度。
[0027]
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
[0028]
本发明采用的标准气体、气体动态稀释校准仪以及体积可变气体流速测速箱，均为易于获取的商品，有利于定量校准方法的实现和推广；标准气体、气体动态稀释校准仪、体积可变气体流速测速箱均为商业产品，品质稳定，有利于监测气体的准确定量；气体动态稀释校准仪和体积可变气体流速测速箱有标准的操作流程。综上所述，该方法适用于基于压力差进样移动监测设备的监测浓度的定量校准，能够减少走航车速变化，即外界自然环境变化导致的压力变化问题，准确地反映出环境中的污染因子的实际浓度。
附图说明
[0029]
为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]
图1为本技术所述一种基于压力差进样方式的移动监测设备的定量校准方法流程图；
[0031]
图2为本技术所述实施例中绘制拟合校准曲线的试验装置结构图；
[0032]
图3为本技术所述实施例中拟合校准曲线图。
[0033]
附图中，1-样品标气钢瓶，2-稀释气体钢瓶，3-气体动态稀释校准仪，4-气体储存装置，5-压力传感器，6-体积可变气体流速测速箱，7-流速监测器，8-转动螺杆，9-采样泵，10-监测设备。
具体实施方式
[0034]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
[0035]
本发明的工作过程如下：
[0036]
本发明提供一种移动监测设备的定量校准方法用于定量校准基于压力差进样方式的气体浓度。首先采用气体动态稀释校准仪配置梯度浓度，其次利用体积可变气体流速测速箱设置不同级别风速下的进样流速，改变进样流速，提取每个目标浓度对应的所述实际监测浓度，绘制目标浓度、目标流速和实际监测浓度的拟合校准曲线。
[0037]
在移动监测过程中可以获得实际监测浓度和进样流速，将值代入拟合校准曲线，利用校准浓度c的计算公式得到校准浓度，从而实现对移动监测设备监测浓度的定量校准。
[0038]
一种基于压力差进样方式的监测设备的定量校准方法，如图1所示，通过气体动态稀释校准仪稀释标准气体，获取目标浓度；
[0039]
s1、通过气体动态稀释校准仪稀释标准气体，获取目标浓度；
[0040]
s2、通过体积可变气体流速测速箱改变流速，获取目标流速；
[0041]
s3、监测设备通过设定目标浓度和目标流速，对监测样品进行监测，获取实际监测浓度；
[0042]
s4、根据目标浓度、目标流速和实际监测浓度，绘制拟合校准曲线；
[0043]
s5、监测设备在移动监测中，获取实际流速和实际监测浓度，带入拟合校准曲线，计算校准浓度。
[0044]
s1中所述目标浓度设置为以a为差值的梯度浓度，a值大于等于2。
[0045]
s3中所述监测样品，通过压力传感器监测存储的气体压力，在统一进样压力下被监测。
[0046]
s2中所述目标流速的获取是通过体积可变气体流速测速箱改变流速，具体步骤如下：
[0047]
s2-1、通过调节安装在所述体积可变气体流速测速箱上的转动螺杆改变箱体体积，从而改变进样流速；
[0048]
s2-2、通过流速监测器监测实时流速，当达到所述目标流速时，停止调节转动螺杆。
[0049]
s4中所述绘制拟合校准曲线，具体包括如下步骤：
[0050]
s4-1、在确保仪器状态正常的条件下，将气体动态稀释校准仪的配气浓度分别设置为10、20、30、40、50、60、70、80、90、100ppbv，切换各个配气浓度，每个浓度进样2分钟；
[0051]
s4-2、体积可变气体流速测速箱分别设置为0.2、1.5、3.3、5.4、7.9、10.7、13.8、17.1、20.7m/s，目标浓度气体通入进样口，改变进样流速，提取每个目标浓度对应的实际监测浓度；
[0052]
s4-3、绘制目标浓度、目标流速和实际监测浓度的曲线，拟合校准曲线的横坐标为不同目标浓度下的进样流速，设备实际监测浓度为纵坐标。
[0053]
s5中所述的计算校准浓度，具体如下：
[0054]
拟合校准曲线上，同一流速下，校准浓度c计算公式如下：
[0055][0056]
其中c1、c2为同一流速下相邻的两条监测浓度曲线上对应浓度，c1》c2；
[0057]
cx为设备移动监测浓度，a为等浓度差值，c3为c2处所通标气浓度，c为校准浓度。
[0058]
具体工作过程如下：
[0059]
图2为绘制拟合校准曲线的试验装置，包括标准气体稀释装置、流速改变装置和监测设备；其中，标准气体稀释装置包括样品标气钢瓶1，稀释气体钢瓶2，气体动态稀释校准仪3；样品标气钢瓶1和稀释气体钢瓶2分别通过规格为1/8和1/4的特氟龙管与气体动态稀释校准仪3的进气口连接，气体动态稀释校准仪3的出气口用1/4的特氟龙管与气体储存装置4相连。
[0060]
标准气体由样品标气钢瓶1提供，所选用的标准气体为性质稳定的挥发性有机物，具体成分为二甲苯；稀释气体由稀释气体钢瓶2提供，所选用的稀释气体为纯度99.999％的氮气。
[0061]
通过开关阀门，稀释后的气体进入气体储存装置4中，并通过安装在气体储存装置4上的气体压力传感器监测存储的气体压力，保证所有样品在统一进样压力下被监测。
[0062]
当气压达到固定之后，打开气体储存装置4上的出气阀门和设置在管路末端的采样泵9，气体进入体积可变气体流速测速箱6，调节安装在体积可变气体流速测速箱6上的转动螺杆8改变箱体题词，从而实现进样流速的变化，通过流速监测器7监测实时流速，当达到目标流速时，停止调节转动螺杆8。
[0063]
在确保仪器状态正常的条件下，将气体动态稀释校准仪4的配气浓度设置为10、20、30、40、50、60、70、80、90、100ppbv，根据气体动态稀释校准仪4操作说明手动切换配气浓度，，打开样品标气钢瓶1和稀释气体钢瓶2的总阀和减压阀，调节稳压阀至0.2mpa，接入气体储存装置4，在通入每个标准时，通过体积可变气体流速测速箱6改变气体流速为0.2、1.5、3.3、5.4、7.9、10.7、13.8、17.1、20.7m/s，每个流速持续进样2分钟。气体进入监测设备监测每个流速下对应的实际监测浓度，经过10组标准浓度在不同流速梯度下的检测浓度，绘制目标浓度、目标流速和实际监测浓度的曲线。得到在不同目标浓度下以进样流速为横坐标，设备实际监测浓度为纵坐标的拟合校准曲线，如图3所示。
[0064]
在移动监测时，将监测设备10放置在走航车上，进样口直接与大气环境相通，开启采样泵9，启动走航车，进行移动监测，流速监测器7监测气体流速，监测设备获得实时监测浓度。
[0065]
将移动监测的流速和实际监测浓度带入拟合校准曲线，计算校准浓度，具体如下：
[0066]
拟合校准曲线上，同一流速下，相邻的两条目标浓度曲线上对应所述实际监测浓
度为c1、c2，监测设备移动监测浓度cx，等浓度差值a，c2对应的标气浓度c3，则校准浓度c计算公式如下：
[0067][0068]
其中c1、c2为同一流速下相邻的两条监测浓度曲线上对应浓度，c1》c2；cx为设备移动监测浓度，a为等浓度差值，c3为c2处所通标气浓度，c为校准浓度。本发明实施例共获得10组校准数据，如表1所示：
[0069]
表1移动监测中二甲苯浓度的定量校准浓度表
[0070][0071]
本发明采用的标准气体、气体动态稀释校准仪以及体积可变气体流速测速箱，均为易于获取的商品，有利于定量校准方法的实现和推广；标准气体、气体动态稀释校准仪、体积可变气体流速测速箱均为商业产品，品质稳定，有利于监测气体的准确定量；气体动态稀释校准仪和体积可变气体流速测速箱有标准的操作流程。综上所述，该方法适用于基于压力差进样移动监测设备的监测浓度的定量校准，能够减少走航车速变化，即外界自然环境变化导致的压力变化问题，准确地反映出环境中的污染因子的实际浓度。
[0072]
以上结合具体实施方式和范例性实例对本技术进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本技术的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本技术精神和范围的情况下，可以对本技术技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本技术的范围内。本技术的保护范围以所附权利要求为准。