一种PM2.5检测仪的现场校准装置的制作方法

一种pm2.5检测仪的现场校准装置
技术领域
1.本实用新型涉及一种pm2.5检测仪的现场校准装置，基于光散射技术。


背景技术：

2.pm2.5指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5um的颗粒物，其在空气中含量浓度越高，就越代表空气污染越严重。与较粗的大气颗粒物相比，pm2.5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质，且在大气中的停留时间长、输送距离远，因此对人体健康和大气环境质量的影响更大，并且对能见度有重要的影响。
3.pm2.5检测仪主要基于三种不同的原理，分别为β射线法、光散射法和振荡天平法，其中振荡天平法在实际应用中由于测量精度的问题已逐步退出市场。根据2012年环保部在颁布新版本的《环境空气质量标准》后的要求，全国有195个站点需要完成pm2.5监测仪器的安装并实现pm2.5的监测与发布数据。各地的环保部门也多有自己的监测规定，除本底环境监测外，在大型工地、工厂等地都要求安装pm2.5监测装置，这些监测装置由于需要起到实时监测、发布数据的功能，所以pm2.5监测仪的数据准确性尤为重要，需要对它们进行计量校准。但是，若这些装置送检过程中，涉及到装置的拆装和送检需要停止监测功能的时长，导致pm2.5监测仪的校准难以实施。目前，常用的pm2.5检测仪的校准装置由于装置庞大，难以实现pm2.5检测仪的原位校准功能，有必要研发可以方便地携带到监测现场的校准装置，对监测现场的pm2.5检测仪实现在线校准，解决pm2.5检测仪的送检问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种可用于监测现场对pm2.5检测装置实行现场校准的pm2.5检测仪的现场校准装置，可以做到小型化和便携性，实现pm2.5检测仪的现场校准。技术方案如下：
5.一种pm2.5检测仪的现场校准装置，包括空压机1、颗粒物发生器、光散射自动监测单元3、流量控制器5和空压机1，其特征在于，所述的颗粒物发生器为单分散颗粒物发生器2；单分散颗粒物发生器2用于生成单分散气溶胶；所述的光散射自动监测单元3与单分散颗粒物发生器2相连，用于计量以一定流量流过的单分散气溶胶，从而用于校准被测pm2.5检测仪，所述的流量控制器5用于控制所述的流量；
6.所述的光散射自动监测单元3，包括外壳311、位于外壳311内的密封的光腔、激光器31、球面反射镜39、光陷阱36和光电倍增管310；在外壳311的相对两端设置有连接到光腔的气溶胶采样口35和出气口38，气溶胶采样口35与单分散颗粒物发生器2相连，单分散气溶胶以所述的流量通过气溶胶采样口35进入光腔，从出气口38流出；在光腔的两个相对侧面分别设置有激光器31和光陷阱38，激光器31和光陷阱38所在光路被称为照明光路；在光腔的另外两个相对侧面分别设置有球面反射镜310和光电倍增管310，球面反射镜310和光电倍增管310所在的光路被称为检测光路，照明光路和检测光路相交于光敏区34；光敏区34位于光腔内气溶胶采样口35和出气口38之间气流通过的区域。
7.进一步地，所述的光散射自动监测单元3还包括位于照明光路上的柱面镜32和光阑33，激光器发射的光依次经过柱面镜32和光阑33后聚焦于光腔里的光敏区34。
8.进一步地，所述的照明光路和所述的检测光路相互垂直。
9.进一步地，所述的激光器31发射的光为波长为650nm的红光。
10.进一步地，所述的激光器31为连续半导体激光器。
11.进一步地，所述的空压机1设置有高效过滤器和干燥器。
12.进一步地，现场校准装置，还包括滤膜称重采集单元4，滤膜称重采集单元4用于光散射自动监测单元的计量校准用。
13.进一步地，通过泵将单分散气溶胶以所述的流量通过气溶胶采样口35进入光腔，从出气口38流出。
14.本实用新型由于采用了基于光散热原理的光散射自动监测单元，使用单分散颗粒物发生器生成单分散气溶胶，利用光电倍增管来实现颗粒物的精确计量，大大降低了校准装置的复杂程度，使得校准装置能够实现小型化和便携性，并降低了校准成本。
附图说明
15.图1pm2.5在线检测仪的现场校准装置示意图
16.图2pm2.5在线检测仪现场校准装置时的安装示意图
17.图3小型化光散射自动监测单元的原理图，(a)为从激光器到光陷阱的光路示意图
18.(b)为从球面反射镜到光电倍增管的另一个光路示意图，(a)与(b)所示的两个光路相互垂直
19.图4为小型化光散射自动监测单元的三维结构示意图
20.附图标记如下：
21.1-便携式空压机
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2-单分散颗粒物发生器
22.3-小型化光散射自动监测单元
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
4-滤膜称重采集单元
23.5-流量控制器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
6-泵
24.31-激光器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
32-柱面镜
25.33-光阑
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
34-光敏区
26.35-气溶胶采样口
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
36-鞘气进气口
27.37-光陷阱
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
38-出气口
28.39-球面反射镜
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
310-光电倍增管
29.311-内部具有封闭光腔的外壳
具体实施方式
30.首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本实用新型的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本实用新型形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本实用新型的更多其他实施例。另外，为了简化图面起见，相同或相类似的技术特征在同一附图中可能仅在一处进行标示。
31.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、”横向”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
32.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
33.如图1所示，pm2.5在线检测仪的现场校准装置包括便携式空压机1(装有高效过滤器、干燥器)、单分散颗粒物发生器2、小型化光散射自动监测单元3、滤膜称重采集单元4、流量控制器5和泵6。其中，滤膜称重采集单元4是为给本实用新型中小型化光散射自动监测单元3做计量校准用。在将本实用新型所示装置作为pm2.5在线检测仪的现场校准装置时，需将滤膜称重采集单元4替换为pm2.5在线检测仪，由于pm2.5在线检测仪均配有抽气泵，所以对pm2.5在线检测仪进行校准时，泵6也无需安装，本实用新型装置作为pm2.5在线检测仪现场校准装置时的安装方式如图2所示。
34.具体地，本实用新型的pm2.5检测仪的现场校准装置，包括空压机1、单分散颗粒物发生器2、光散射自动监测单元3、流量控制器5和空压机1。所述的颗粒物发生器为；单分散颗粒物发生器2用于生成单分散气溶胶；所述的光散射自动监测单元3与单分散颗粒物发生器2相连，用于计量以一定流量流过的单分散气溶胶，从而用于校准被测pm2.5检测仪，所述的流量控制器5用于控制所述的流量；所述的光散射自动监测单元3包括外壳311、位于外壳311内的密封的光腔、激光器31、球面反射镜39、光陷阱36和光电倍增管310；在外壳311的相对两端设置有连接到光腔的气溶胶采样口35和出气口38，气溶胶采样口35与单分散颗粒物发生器2相连，单分散气溶胶以所述的流量通过气溶胶采样口35进入光腔，从出气口38流出；在光腔的两个相对侧面分别设置有激光器31和光陷阱38，激光器31和光陷阱38所在光路被称为照明光路；在光腔的另外两个相对侧面分别设置有球面反射镜310和光电倍增管310，球面反射镜310和光电倍增管310所在的光路被称为检测光路，所述的照明光路和所述的检测光路相互垂直，照明光路和检测光路相交于光敏区34；光敏区34位于光腔内气溶胶采样口35和出气口38之间气流通过的区域。进一步地，所述的光散射自动监测单元3还包括位于照明光路上的柱面镜32和光阑33，激光器发射的光依次经过柱面镜32和光阑33后聚焦于光腔里的光敏区34。
35.本实用新型装置溯源时(溯源至重量法，图1)，利用单分散颗粒物发生器2发生粒径在2um左右的单分散气溶胶，发生介质为氯化钠溶液。单分散颗粒物发生器2所需气源由便携式空压机1提供。将单分散颗粒物发生器2发生的气溶胶通入小型化光散射自动监测单元3(基于光散射原理)中，小型化光散射自动监测单元3以2.83l/min的流量抽取发生的气溶胶进行浓度检测。该部分气溶胶流经小型化光散射自动监测单元3后被通入滤膜称重采集单元4中，并且由便携式空压机1向滤膜称重采集单元4中通入13.84l/min的洁净气体作为补充气，通过16.67l/min的流量控制器进行滤膜采样，按以下公式计算获得质量浓度标准值：
[0036][0037]
其中，c为质量浓度标准值，m2为采样后滤膜的质量，m1为采样前滤膜的质量，v为采
样体积。小型化光散射自动监测单元3测量的浓度数据(计算时流量采用经过滤膜称重采集单元4的流量16.67l/min)为质量浓度测量值。通过质量浓度标准值对质量浓度测量值进行校准及溯源。
[0038]
本实用新型装置作为校准装置对pm2.5在线检测仪进行校准时(图2)，利用单分散颗粒物发生器2发生粒径在2um左右的单分散气溶胶，发生介质为氯化钠溶液。将单分散颗粒物发生器2发生的气溶胶通入小型化光散射自动监测单元3中，小型化光散射自动监测单元3以2.83l/min的流量抽取发生的气溶胶浓度进行监测。该部分的小型化光散射自动监测单元3校准装置后通入被校准的pm2.5检测仪中，根据被校准的pm2.5检测仪的实际流量大小决定是否需要通过便携式空压机1进行气体补充。一般pm2.5检测仪为2.83l/min和16.67l/min两种规格，若被校准的pm2.5检测仪为2.83l/min，则不需要补气，若被校准的pm2.5检测仪为16.67l/min则需要便携式空压机1以13.84l/min提供补充气体至被检pm2.5检测仪的采样口。小型化光散射自动监测单元3测量的浓度数据(计算时采用被检pm2.5检测仪的采样流量)为pm2.5浓度检测数据的标准值，利用该标准值即可通过比对溯源的方式对被检pm2.5浓度检测仪的测量值进行校准。
[0039]
其中，小型化光散射自动监测单元3是基于光散射原理，图3展示了其原理图，图4为其三维结构示意图。激光器31为波长为650nm的红光，为连续半导体激光器，激光器31发出的圆斑激光通过柱面镜32汇聚成线激光，通过光阑33后聚焦于光腔里的光敏区34。光敏区34位于激光发射光轴和散射光收集光轴组成的平面，垂直于气流的方向。光腔设置在外壳311内，是一个密封的空间，其一端作为激光的照明端，另一端设置有光陷阱37，激光器31和光陷阱37固定在外壳311的两个相对的侧面。穿过光敏区34的激光束进入光陷阱37并被光陷阱吸收。在光腔上部设置有进气口，分别为气溶胶采样口35和鞘气的进气口36；光腔下部设置有出气口38。在外壳311的两个另外两个侧面固定有球面反射镜310和光电倍增管310。
[0040]
在颗粒物测量过程中，与出气口38相连接的抽气泵以一定的流量抽取待测的气溶胶颗粒物，待测气体通过气溶胶采样口35进入光腔，每个颗粒物逐个进入光敏区34，激光照射每个颗粒物上后会产生散射的光脉冲信号，球面反射镜39将颗粒物产生的散射光汇聚后由光电倍增管310采集。每个颗粒物经过光敏区34时都会产生一个光脉冲，通过对采集到的光脉冲进行计数，则采集到的脉冲个数就是颗粒物的数量，与采样体积相除后即可得到颗粒物的数量浓度，通过数量浓度和质量浓度进行换算，即可获得所测颗粒物的质量浓度。为了保证仪器的长时间使用并且提高测量的准确度，在采样口处还设计了另外一路气流，鞘气36，鞘气一方面保护了内部的光学元器件吸附颗粒物，另一方面产生层流，确保颗粒物可以按次序进入光敏区，提高测量准确性。
[0041]
以上实施例对本实用新型进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。