目前測量PM2.5的傳感器光學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數(shù)(激光切割)法。
1. 紅外法和濁度法:
紅外由于光線強度不夠,只能用濁度法測量。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,由此來判定目前的空氣濁度。實際上這種方法是不能夠準確測量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,就會直接導致測量不。
這種方法做出來的傳感器只能定性測量(可以測出相對多少),不能定量測量(因為數(shù)值會飄)。更何況這種方法也區(qū)分不出顆粒物的粒徑來,所以凡是用這種傳感器的性能都不會好。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.激光法和粒子計數(shù)法:
相關的論文很多,就是激光散射的方法,并不是直接測量濁度,這一類的傳感器共同的特點就是離不開風扇(或者用泵吸),因為這種方法空氣如果不流動是測量不到空氣中的懸浮顆粒物的,而且通過數(shù)學模型可以大致推算出經(jīng)過傳感器氣體的例子直接大小,空氣流量等,經(jīng)過復雜的數(shù)學算法,zui終得到比較真實的PM2.5數(shù)值,這一類傳感器是激光散射,對靜電吸附的灰塵免疫,當然如果用灰塵吧傳感器堵死了,自然也不可能測到。
缺點是激光的壽命較短,如果連續(xù)運行的話基本上也就一年多的壽命而已,這還是廠家優(yōu)化算法之后能夠達到的壽命,但在絕大多數(shù)場合已經(jīng)夠用了,而且如果不連續(xù)運行,激光的壽命還能夠更長。
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)過濾膜后排出,顆粒物沉淀在濾膜上,當β射線通過沉積著顆粒物的濾膜時,Beta射線的能量衰減,通過對衰減量的測定便可計算出顆粒物的濃度。
Beta射線法顆粒物監(jiān)測儀由PM10采樣頭、PM2.5切割器、樣品動態(tài)加熱系統(tǒng)、采樣泵和儀器主機組成。流量為1m3/h的環(huán)境空氣樣品經(jīng)過PM10采樣頭和PM2.5切割器后成為符合技術要求的顆粒物樣品氣體。在樣品動態(tài)加熱系統(tǒng)中,樣品氣體的相對濕度被調(diào)整到35%以下,樣品進入儀器主機后顆粒物被收集在可以自動更換的濾膜上。在儀器中濾膜的兩側分別設置了Beta射線源和Beta射線檢測器。隨著樣品采集的進行,在濾膜上收集的顆粒物越來越多,顆粒物質(zhì)量也隨之增加,此時Beta射線檢測器檢測到的Beta射線強度會相應地減弱。由于Beta射線檢測器的輸出信號能直接反應顆粒物的質(zhì)量變化,儀器通過分析Beta射線檢測器的顆粒物質(zhì)量數(shù)值,結合相同時段內(nèi)采集的樣品體積,zui終得出采樣時段的顆粒物濃度。配置有膜動態(tài)測量系統(tǒng)后,儀器能準確測量在這個過程中揮發(fā)掉的顆粒物,使zui終報告數(shù)據(jù)得到有效補償,理接近于直實值。
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。當采樣氣流通過濾膜,其中的顆粒物沉積在濾膜上,濾膜的質(zhì)量變化導致振蕩頻率的變化,通過振蕩頻率變化計算出沉積在濾膜上顆粒物的質(zhì)量,再根據(jù)流量、現(xiàn)場環(huán)境溫度和氣壓計算出該時段顆粒物標志的質(zhì)量濃度。
微量振蕩天平法顆粒物監(jiān)測儀由PM10采樣頭、PM2.5切割器、濾膜動態(tài)測量系統(tǒng)、采樣泵和儀器主機組成。流量為1m3/h環(huán)境空氣樣品經(jīng)過PM10采樣頭和PM2.5切割器后,成為符合技術要求的顆粒物樣品氣體。樣品隨后進入配置有濾膜動態(tài)測量系統(tǒng)(FDMS)的微量振蕩天平法監(jiān)測儀主機,在主機中測量樣品質(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,樣品氣流通過濾膜,顆粒物被收集在濾膜上。在工作時空心錐形管是處于往復振蕩的狀態(tài),它的振蕩頻率會隨著濾膜上收集的顆粒物的質(zhì)量變化發(fā)生變化,儀器通過準確測量頻率的變化得到采集到的顆粒物質(zhì)量,然后根據(jù)收集這些顆粒物時采集的樣品體積計算得出樣品的濃度。
5、重量法
我國目前對大氣顆粒物的測定主要采用重量法。其原理是分別通過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,計算出PM2.5和PM10的濃度。必須注意的是,計量顆粒物的單位ug/m3中分母的體積應該是標準狀況下(0℃、101.3kPa)的體積,對實測溫度、壓力下的體積均應換算成標準狀況下的體積。
這幾種方法各有利弊,在不同場合下選擇使用。
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