teom校准方法

学术论文

基于振荡天平技术的大气颗粒物监测系统校准方法的讨论

张爱亮　刘　悦/上海市计量测试技术研究院

　　该文提出了一种校准装置能够对大气颗粒物监测系统的初始振荡频率和结束振荡频率进行校准，有效的解决了该类仪器在校准方面的困难。关键词

大气颗粒物；微量振荡天平；频率；校准装置

1　前言

基于振荡天平技术的大气颗粒物监测系统（以下简称监测系统）被广泛应用到世界各地环境大气监测网、大气研究项目和室内空气质量评价中，适合高分辨率的颗粒物浓度监测。

监测系统的总体结构如图1，PM10切割器将16.7 l/min的空气气流中粒径大于10 μm的颗粒物除去，而粒径小于10 μm的颗粒物随空气进入气流分配单元。在随后的气流分配单元中，1 l/min的气流作为采样气流被分流出来，进入质量传感器，其余的15.7 l/min的空气流量被直接排出。采样气流进入质量传感器后，通过固定在锥形振荡管上的滤膜，待测量颗粒物滞留在滤膜上，从而改变锥形振荡管的频率。控制系统测量监测系统输出频率的变化，通过频率与质量之间的关系，计算出滤膜上颗粒物的质量。使用这种方法直接测量，与颗粒物粒径颜色等无关，而且颗粒物不接触振荡管，振荡管基本不需要清洗、更换，所以是目前推广应用最多的一种监测颗粒物浓度的仪器。

其核心部分是基于微量振荡天平的原理，由力学原理可知，物体的质量与固有频率的平方成反比，当物体的质量发生变化时，

固有频率也发生相应的变化。

图1　大气颗粒物监测系统

其中　△m ——质量的变化量；

　K 0 ——包含质量转换系数在内的弹性系数；　f 0 ——初始频率； 　f 1 ——结束频率。

依据上面的计算公式和监测系统的工作原理及使用要求，知道影响监测仪测量准确性的主要因素之一就是锥形振荡管的初始振荡频率和结束振荡频率。因为锥形振荡管的初始振荡频率考核的是锥形振荡管的

本质属性，决定了弹性系数。锥形振荡管的初始振荡频率和结束振荡频率考核的是监测系统的质量变化。

(1)

其中　 f —— 振荡频率；

　K —— 弹性系数；M —— 质量。

质量的变化量△m 与频率 f

的关系

万方数据 0国内统一刊号CN31-1424／TB

2008/5 总第207期

因此对这两种振荡频率的校准是非常重要的。

通过对监测系统的测量单元和控制单元内部电子线路的研究，设计并研制出了一套针对校准监测系统初始振荡频率和结束振荡频率的校准装置。该装置可以准确的从监测系统的测量单元取出频率信号，还可以模拟输出指定数值的结束振荡频率信号并把信号输入到监测系统的控制单元，校准控制单元的频率示值。而整个校准过程中对监测系统的测量单元和控制单元的连接和控制不产生任何的损害。2　频率校准装置

基于振荡天平技术的监测系统校准装置（图2），由数据转换器1、数据综合处理器2、模拟信号发生器（可量值溯源）3、高精度频率计数器（可量值溯源）4和电源等以及与大气颗粒物浓度自动监测仪的测量单元和控制单元作电信号的连接构成。通过对颗粒物质量浓度的频率校准，继而达到对颗粒物质量浓度的校准。该装置的核心技术为数据转换器和数据综合处理器，实现信号无损采集，兼具自动数据处理、具有结构新颖、使用方便、测量快捷、提高在线监测数据的准确性和客观性等特点。3　频率校准方法

第一步校准装置对监测系统初始频率的校准，连接的方式如图3：数据转换器1分别与频率计数器4作电信号的传输连接，并与大气颗粒物自动监测系统的测量单元和控制单元作电信号的传输连接。数据转换器1连接方式如图4：数据转换器1通过其中的隔离放大器与频率计数器4以电信号的连接。在校准监测系统初始

频率时，锥形振荡管上不放置滤膜，停止抽气。

图２　大气颗粒物自动监测仪频率校准装置的主要构成

图3　校准初始频率状态连接万方数据

学术论文

图4　数据转换器处理初始频率校准时的连接

首先校准装置中的控制器从监测系统测量单元取得振荡管的初始频率信号，然后控制器把测量单元所发出的频率信号传输给监测系统的控制单元和隔离放大器。频率信号通过隔离放大器后得到了放大并转变成低阻抗，最后频率信号经隔离放大器传输到了高精度的频率计数器。通过高精度频率计数器所读出频率信号值和锥形振荡管的出厂初始频率比对，可以得出该台监测系统的初始频率偏差。

第二步校准装置对监测系统结束频率的校准，其连接方式如图5所示：数据转换器1分别与模拟信号发生器3、频率计数器4作电信号的传输连接，并与监测系统的控制单元传输连接。数据转换器1连接方式如图6所示：数据转换器1通过其中的隔离放大器、控制器、放大器、相位器分别与模拟信号发生器3，频率计数器4以电信号的连接。在校准监测系统结束频率时，测量单元内放置滤膜，系统采样泵开启。

图５　校准结束频率状态连接框图

图6　数据转换器处理结束频率校准时的连接

2008/5 总第207期国内统一刊号CN31-1424／TB

用电户对电能表质疑的解释

章　莹/江西省赣州供电公司电能计量中心

实施城网改造后电能质量得到显著改善，供电可靠性有了明显提高，用于电能计量的新型电能表计量精度、准确度也得到较大提高。目前在居民客户中所使用的单相电能表为机械式长寿命电能表或电子式电

能表，是国产优质新型产品，所选材料、工艺要求以及质量性能良好，机械磨损较小，计量精度较高，能较准确反映客户的实际使用电量。

有部分用户反映的电能表偏快，对计量准确度的

模拟信号发生器模拟测量单元发出的一定数值的结束频率信号，该信号经数据转换器中的控制器传输给放大器；频率信号经放大器放大后传输给相位器；相位器把该频率信号分成两路正负相位的频率信号，然后传输给隔离放大器；该两路正负相位的频率信号通过隔离放大器后得到了放大并转变成低阻抗；最后该信号经隔离放大器传输到监测系统控制单元和高精度的频率计数器。通过比对高精度频率计数器所测得的结束频率信号值和控制单元所显示的结束频率信号值，就可以得出该台监测系统结束频率的误差，以及该台监测系统控制单元对频率信号的稳定性和重复性。4　结论

目前监测系统的校准是通过生产公司配备的标准滤膜来进行的，实际上虽说该标准滤膜具有不吸湿性，然而从温度恒定的实验室带到环境相对恶劣的现场，无法控制环境对标准滤膜的影响（包括温湿度以及灰尘等）。标准滤膜很难满足精确到0.01 mg标准砝码的严格要求，因此不能作为标准砝码起到量值溯源的作用。

频率校准装置可以对监测系统的初始频率和结束频率进行校准，有效的解决了该类仪器校准上的难题，并使量值溯源从频率方面得到了更好的解决。

参考文献

[1]　陆钒，刘建国，陆亦怀等. 基于振荡天平技术的大气颗粒物

PM10浓度连续监测系统设计. 大气与环境光学学报, 2007, 2 (5)：361-365.

[2] 杨书申，邵龙义，龚铁强，等. 大气颗粒物浓度检测技术及其发

展 [J]. 北京工业学院学报，2005，4（1）：37-39.

[3] prEN12341：空气质量. 悬浮特殊物质的PM 10分馏的测定参考方

法和现场试验程序演示测量方法的参考等效性.

[4] 屈文军，张小曳，王丹，等. 湿度变化对TEOM@1400a系列环

境颗粒物监测仪PM10质量浓度观测的影响. 中国粉体技术，2006，2.

Discussions of calibration atmospheric particulate

monitor based on TEOM technology

Zhang Ailiang, Liu Yue

(Shanghai Institute of Measurement and Testing Technology)

Abstract ：This paper discusses of frequency calibration atmospheric particulate monitor based on TEOM technology, one kind of calibrating equipment could carries on the calibration to the initial frequency and the final frequency in the paper, it is an effective solution of the calibration of such equipment in the difficulties.

Keywords ：atmospheric particulate; tapered element oscillating microbalance; frequency; calibrating equipment

万方数据 国内统一刊号CN31-1424／TB

2008/5 总第207期

基于振荡天平技术的大气颗粒物监测系统校准方法的讨论

作者：

作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：

张爱亮， 刘悦， Zhang Ailiang， Liu Yue上海市计量测试技术研究院上海计量测试

SHANGHAI MEASUREMENT AND TESTING2008，35(5)0次

参考文献(4条)

1. 陆钒. 刘建国. 陆亦怀. 詹锴. 王亚萍. 陈军 基于振荡天平技术的大气颗粒物PM10浓度连续监测系统设计[期刊论文]-大气与环境光学学报 2007(5)

2. 杨书申. 邵龙义. 龚铁强. 刘昌凤 大气颗粒物浓度检测技术及其发展[期刊论文]-北京工业职业技术学院学报 2005(1)3. prEN12341:空气质量.悬浮特殊物质的PM 105分馏的测定参考方法和现场试验程序演示测量方法的参考等效性

4. 屈文军. 张小曳. 王丹. 赵元茂. 王亚强. 曹国良. 严立文 湿度变化对TEOM(R)1400a系列环境颗粒物监测仪PM10质量浓度观测的影响[期刊论文]-中国粉体技术 2006(2)

相似文献(1条)

1.期刊论文 李海军. 赵越. 魏强. 姜南. LI Hai-jun. ZHAO Yue. WEI Qiang. JIANG Nan 空气动力学粒径谱与微量振荡天平颗粒物质量浓度的测量比较 -大气与环境光学学报2009,4(4)

空气动力学粒径谱仪和微量振荡天平法测尘仪的工作原理不同,数据表示形式不同.用APS3321空气动力学粒径谱仪对北京2008年冬、春、夏进行大气颗粒物粒径分布和质量浓度测量,同步使用3台R&P1400a的微量振荡天平法测尘仪分别测量空气中的PM10、PM2.5和PM1.0的质量浓度,对两种方法测量的数据进行相关比较,获得微量振荡天平法测尘仪与空气动力学粒径谱仪的测量数据的相关性,建立了回归方程.

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_shjlcs200805007.aspx

下载时间：2010年1月11日