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光散射法PM2.5的傳感器的工作原理

閱讀:11358      發(fā)布時(shí)間:2016-6-25
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目前測(cè)量PM2.5的傳感器光學(xué)方法有紅外和激光兩種方法,而激光又分為濁度法和粒子計(jì)數(shù)(激光切割)法。

1. 紅外法和濁度法
  紅外由于光線強(qiáng)度不夠,只能用濁度法測(cè)量。所謂濁度法,就是一邊是發(fā)射光線,另一邊接收,空氣越渾濁光線損失掉的能量就越大,由此來(lái)判定目前的空氣濁度。實(shí)際上這種方法是不能夠準(zhǔn)確測(cè)量PM2.5的,甚至光線的發(fā)射、接收部分一旦被靜電吸附的粉塵覆蓋,就會(huì)直接導(dǎo)致測(cè)量不。
  這種方法做出來(lái)的傳感器只能定性測(cè)量(可以測(cè)出相對(duì)多少),不能定量測(cè)量(因?yàn)閿?shù)值會(huì)飄)。更何況這種方法也區(qū)分不出顆粒物的粒徑來(lái),所以凡是用這種傳感器的性能都不會(huì)好。目前這一類的傳感器有夏普(一代二代都一樣)、神榮的(小米二代凈化器用的就是這款)、三贏等。

2.激光法和粒子計(jì)數(shù)法:
  相關(guān)的論文很多,就是激光散射的方法,并不是直接測(cè)量濁度,這一類的傳感器共同的特點(diǎn)就是離不開(kāi)風(fēng)扇(或者用泵吸),因?yàn)檫@種方法空氣如果不流動(dòng)是測(cè)量不到空氣中的懸浮顆粒物的,而且通過(guò)數(shù)學(xué)模型可以大致推算出經(jīng)過(guò)傳感器氣體的例子直接大小,空氣流量等,經(jīng)過(guò)復(fù)雜的數(shù)學(xué)算法,zui終得到比較真實(shí)的PM2.5數(shù)值,這一類傳感器是激光散射,對(duì)靜電吸附的灰塵免疫,當(dāng)然如果用灰塵吧傳感器堵死了,自然也不可能測(cè)到。
  缺點(diǎn)是激光的壽命較短,如果連續(xù)運(yùn)行的話基本上也就一年多的壽命而已,這還是廠家優(yōu)化算法之后能夠達(dá)到的壽命,但在絕大多數(shù)場(chǎng)合已經(jīng)夠用了,而且如果不連續(xù)運(yùn)行,激光的壽命還能夠更長(zhǎng)。

3.Beta射線法

Beta射線儀則是利用Beta射線衰減的原理,環(huán)境空氣由采樣泵吸入采樣管,經(jīng)過(guò)濾膜后排出,顆粒物沉淀在濾膜上,當(dāng)β射線通過(guò)沉積著顆粒物的濾膜時(shí),Beta射線的能量衰減,通過(guò)對(duì)衰減量的測(cè)定便可計(jì)算出顆粒物的濃度。 

Beta射線法顆粒物監(jiān)測(cè)儀由PM10采樣頭、PM2.5切割器、樣品動(dòng)態(tài)加熱系統(tǒng)、采樣泵和儀器主機(jī)組成。流量為1m3/h的環(huán)境空氣樣品經(jīng)過(guò)PM10采樣頭和PM2.5切割器后成為符合技術(shù)要求的顆粒物樣品氣體。在樣品動(dòng)態(tài)加熱系統(tǒng)中,樣品氣體的相對(duì)濕度被調(diào)整到35%以下,樣品進(jìn)入儀器主機(jī)后顆粒物被收集在可以自動(dòng)更換的濾膜上。在儀器中濾膜的兩側(cè)分別設(shè)置了Beta射線源和Beta射線檢測(cè)器。隨著樣品采集的進(jìn)行,在濾膜上收集的顆粒物越來(lái)越多,顆粒物質(zhì)量也隨之增加,此時(shí)Beta射線檢測(cè)器檢測(cè)到的Beta射線強(qiáng)度會(huì)相應(yīng)地減弱。由于Beta射線檢測(cè)器的輸出信號(hào)能直接反應(yīng)顆粒物的質(zhì)量變化,儀器通過(guò)分析Beta射線檢測(cè)器的顆粒物質(zhì)量數(shù)值,結(jié)合相同時(shí)段內(nèi)采集的樣品體積,zui終得出采樣時(shí)段的顆粒物濃度。配置有膜動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)后,儀器能準(zhǔn)確測(cè)量在這個(gè)過(guò)程中揮發(fā)掉的顆粒物,使zui終報(bào)告數(shù)據(jù)得到有效補(bǔ)償,理接近于直實(shí)值。

4.微量振蕩天平法 
TEOM微量振蕩天平法是在質(zhì)量傳感器內(nèi)使用一個(gè)振蕩空心錐形管,在其振蕩端安裝可更換的濾膜,振蕩頻率取決于錐形管特征和其質(zhì)量。當(dāng)采樣氣流通過(guò)濾膜,其中的顆粒物沉積在濾膜上,濾膜的質(zhì)量變化導(dǎo)致振蕩頻率的變化,通過(guò)振蕩頻率變化計(jì)算出沉積在濾膜上顆粒物的質(zhì)量,再根據(jù)流量、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度和氣壓計(jì)算出該時(shí)段顆粒物標(biāo)志的質(zhì)量濃度。 
微量振蕩天平法顆粒物監(jiān)測(cè)儀由PM10采樣頭、PM2.5切割器、濾膜動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)、采樣泵和儀器主機(jī)組成。流量為1m3/h環(huán)境空氣樣品經(jīng)過(guò)PM10采樣頭和PM2.5切割器后,成為符合技術(shù)要求的顆粒物樣品氣體。樣品隨后進(jìn)入配置有濾膜動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)(FDMS)的微量振蕩天平法監(jiān)測(cè)儀主機(jī),在主機(jī)中測(cè)量樣品質(zhì)量的微量振蕩天平傳感器主要部件是一支一端固定,另一端裝有濾膜的空心錐形管,樣品氣流通過(guò)濾膜,顆粒物被收集在濾膜上。在工作時(shí)空心錐形管是處于往復(fù)振蕩的狀態(tài),它的振蕩頻率會(huì)隨著濾膜上收集的顆粒物的質(zhì)量變化發(fā)生變化,儀器通過(guò)準(zhǔn)確測(cè)量頻率的變化得到采集到的顆粒物質(zhì)量,然后根據(jù)收集這些顆粒物時(shí)采集的樣品體積計(jì)算得出樣品的濃度。

5、重量法 
我國(guó)目前對(duì)大氣顆粒物的測(cè)定主要采用重量法。其原理是分別通過(guò)一定切割特征的采樣器,以恒速抽取定量體積空氣,使環(huán)境空氣中的PM2.5和PM10被截留在已知質(zhì)量的濾膜上,根據(jù)采樣前后濾膜的質(zhì)量差和采樣體積,計(jì)算出PM2.5和PM10的濃度。必須注意的是,計(jì)量顆粒物的單位ug/m3中分母的體積應(yīng)該是標(biāo)準(zhǔn)狀況下(0℃、101.3kPa)的體積,對(duì)實(shí)測(cè)溫度、壓力下的體積均應(yīng)換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積。

這幾種方法各有利弊,在不同場(chǎng)合下選擇使用。

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