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基于微量天平振蕩法測(cè)量煙塵濃度
來源：傳感器與微系統(tǒng) 瀏覽 360 次 發(fā)布時(shí)間:2024-08-05
進(jìn)入21世紀(jì)，人類生產(chǎn)生活的各個(gè)方面都會(huì)產(chǎn)生煙塵，鋼鐵和有色金屬冶煉、火力發(fā)電、水泥和石油化工企業(yè)的生產(chǎn)過程，煤礦、采石場(chǎng)等礦山生產(chǎn)中產(chǎn)生的煙塵，車輛和飛機(jī)排放的廢氣，以及垃圾焚燒處理、家庭爐灶、供暖鍋爐排出的煙氣等，都是煙塵污染的主要來源，其中，以燃料燃燒排出的數(shù)量最大，主要成分是未燃燒的碳粒(C)，還含有少量SiO2，Al2O3，F(xiàn)e2O3，CaO等。煙塵污染大氣，對(duì)人們身體健康有很大的危害，會(huì)引起心臟病患者死亡率的增加。另一方面，隨著低碳環(huán)保行動(dòng)的深入，降低生活環(huán)境中C的含量成為環(huán)境保護(hù)的重中之重。因此，對(duì)排放源煙塵濃度的測(cè)量就成為環(huán)境監(jiān)測(cè)的一個(gè)重要方面。
煙塵濃度的在線測(cè)量方法應(yīng)滿足以下要求:
1)采樣速度要足夠快，能進(jìn)行長(zhǎng)期、實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)，能夠滿足生產(chǎn)過程中對(duì)數(shù)據(jù)量的要求。
2)數(shù)據(jù)處理必須實(shí)時(shí)準(zhǔn)確，及時(shí)反映出煙塵顆粒物特性的變化。
3)測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，能夠在惡劣條件下長(zhǎng)期運(yùn)行，便于維護(hù)。
4)測(cè)量系統(tǒng)還應(yīng)具有較好的經(jīng)濟(jì)性，價(jià)格合理。
最早在1979年，上海市激光技術(shù)研究所的孫渝生運(yùn)用后向散射激光多普勒測(cè)速原理，對(duì)管內(nèi)微粒懸浮液自由下落的速度進(jìn)行了測(cè)量。1997年，復(fù)旦大學(xué)的黃興忠和金亞秋，計(jì)算了群聚球形粒子和群聚非球形粒子的極化散射場(chǎng)，得出粒子之間的相干使后向散射明顯增強(qiáng)的結(jié)果。同年，國(guó)家海洋局的夏達(dá)英等利用后向散射熒光計(jì)對(duì)試驗(yàn)海區(qū)內(nèi)人工投放的粉煤灰懸浮顆粒的濃度進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果表明:后向散射法優(yōu)于前向法和衰減法。
但下面要介紹的是基于微量天平振蕩法測(cè)量煙塵濃度。
微量天平振蕩法
測(cè)量原理是基于錐形元件振蕩微量天平原理，核心部件為錐形元件振蕩器。錐形元件振蕩器在其自然頻率下振蕩，振蕩頻率由振蕩器件的物理特性、參加振蕩的濾膜質(zhì)量和沉積在濾膜上的顆粒物質(zhì)量決定。儀器通過采樣泵和流量計(jì)，使環(huán)境空氣以一恒定的流量通過采樣濾膜，顆粒物則沉積在濾膜上。測(cè)量出一定間隔時(shí)間前、后的2個(gè)振蕩頻率，就能計(jì)算出在這一段時(shí)間里收集在濾膜上顆粒物的質(zhì)量，再除以流過濾膜的空氣的總體積，得到這段時(shí)間內(nèi)空氣中顆粒物的平均濃度。
以本方法為測(cè)量機(jī)理的代表儀器是美國(guó)RP公司的TEOM系列RP—1400 a監(jiān)測(cè)儀，該儀器直接和實(shí)時(shí)測(cè)量室內(nèi)(外)環(huán)境中小于10μm的煙塵質(zhì)量濃度。其技術(shù)特點(diǎn)是高精度，小時(shí)平均質(zhì)量濃度為±1.5μg/m3，24 h平均質(zhì)量濃度為±0.5μg/m3，高分辨率為0.01μg/m3。
微量天平振蕩法適用范圍很廣，現(xiàn)代主要用于空間環(huán)境表面污染(分子污染和顆粒物污染)的監(jiān)測(cè)，又因其高靈敏度、高分辨率及實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、輸出數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)在電化學(xué)和生物領(lǐng)域備受關(guān)注。