本发明专利技术公开了一种大气颗粒物－碳黑气溶胶质量浓度监测仪，包括有气体监测室，气体监测室的上端联接有悬挂的吸附电磁铁，气体监测室的顶部安装有ＬＥＤ光源阵列，气体监测室联通有气体入口，气体监测室的底部为玻璃底板，玻璃底板上有透气窗口；气体监测室下方有石英滤纸带；石英滤纸带下方安装参考与测量二个光电探测器，一路作为参考用，另一路作为测试用。采用光学衰减法，实时性好，精度高，成本低，提高了自动化程度，省时省力，可全天候自动连续工作，确保大气颗粒物碳黑气溶胶的连续、实时在线监测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种环保监测领域，具体是一种简便地在线监测大气颗粒物一碳 黑气溶胶质量浓度的仪器与方法。
技术介绍
碳黑气溶胶对区域乃至全球气候和环境变迁具有十分重要的影响，其粒径一 般小于2.5微米，对人体健康的危害更甚于PMIO，因此逐渐成为各国气象部门 和环保组织的检测对象。目前，国际上检测含碳气溶胶的方法主要有A.浑浊度测定法此方法采用传统的浑浊度系数采样器(Coefficient Of Haze tape sampler,简称C0H)在某点固定时间段收集气溶胶，然后 测量从白炽光源发射的光的反射系数。随着样品中碳黑量的增加，反射 系数会减小。该方法由于其数据精确性低，已逐渐被其它方法替代。 B .热光分解法气溶胶样品中的有机碳/元素碳含量由热光反射分解法 (Thermal Oxidation/ Reflection ，简称TOR)获得。在无氧的纯He 环境中，分别在不同的温度下，对滤膜片进行加热，将滤纸上的颗粒态 碳转化为C02;然后再将样品在含2%氧气的氦气环境下逐步加热，此时样 品中的元素碳释放出来。样品在加热过程中，部分有机碳可发生碳化现 象而形成碳黑，使滤膜变黑，导致热谱图上的有机碳和元素碳峰不易区 分。因此激光监测滤纸的反射光强，利用光强的变化明确指示出元素碳 氧化的起始点。由此得到的元素碳和碳黑成较好的同一性。但该方法的 操作复杂，监测成本较高，不利于碳黑气溶胶连续实时监测。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是采用光学衰减法，提供一种大气颗粒物一碳黑气溶 胶质量浓度监测仪及监测方法，提高大气颗粒物浓度测量的实时性和自动化，使得测量大气颗粒物浓度的工作更为简单准确。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案大气颗粒物——碳黑气溶胶质量浓度监测仪，其特征在于包括有气体监测 室，气体监测室的上端联接有悬挂的吸附电磁铁，气体监测室的顶部安装有LED 光源阵列，气体监测室联通有气体入口，气体监测室的底部为玻璃底板，玻璃底 板上有透气窗口；气体监测室的底部，置于基座上；所述玻璃底板下方是安装于 基座上的玻璃隔板，玻璃隔板下方安装有参考光电探测器，透气窗口和基座上的 出气室的进气口吻合，出气室侧面有气体出口，出气室底部为玻璃，其下方安装 有测量光电探测器；气体监测室和基座之间压有能盖住透气窗口的石英滤纸带； 所述的气体出口经过质量流量控制器、三通电磁阀和气泵联通，三通电磁阀一个 接口通过过滤器和大气联通。所述的大气颗粒物——碳黑气溶胶质量浓度监测方法，其特征在于包括以 下步骤(1) 、设置气体监测室，气体的顶部安装有LED光源阵列，气体监测室联通 有气体入口，气体监测室的底部为玻璃底板，玻璃底板上有透气窗口；气体监测 室的底部有石英过滤纸带；透气窗口和其下方的出气室上的进气口吻合，并将石 英滤纸压在中间；通过气泵抽气，并同时测量大气流量，使待测大气从气体监测 室的气体入口进入，从出气室的出气口抽出，大气经过石英过滤纸过滤作用，会 在石英过滤纸上沉积大气颗粒物；利用参考光电探测器透过玻璃底板与石英滤纸 的光信号，利用测量光电探测器接收透过透气窗口下方石英滤纸的光信号；(2) 、在不抽气的情况下，通过参考与测量光电探测器测量透过石英滤纸的 参考光强L。和测量光强L。；(3) 、抽气A所抽的空气样品中的碳黑气溶胶颗粒沉积在石英滤纸膜上；(4) 、根据测量的大气流量值F，再结合抽气时间A计算气体的体积；(5) 、打开光源，参考与测量光电探测器探测的参考光强^和测量光强L， 在该种光源下，碳黑气溶胶颗粒对该种光的光衰减值增量<formula>formula see original document page 5</formula>(6) 、计算碳黑气溶胶颗粒的质量浓度5为气溶胶沉积在石英滤纸上的面积，O是碳黑气溶胶的质量吸收截面； (7)、显示碳黑气溶胶颗粒物的质量浓度。所述的LED光源阵列中有七种光源，在测量时，可打开其中一个光源进行测 量；或者依次打开各种光源，进行测量，并将在各种不同光源照射下测量结果进 行对比。所述的LED光源阵列中有七种光源，紫光-350nm，蓝光-450nm，绿光-571nm， 黄光-590nm，红光-660nm，红外l-880nm，红外2-950nm，每种光源采用一对串 联的发光二极管。测量原理石英滤纸采集气溶胶样品时，随着碳黑量的增加，被光电探测器检测到的光 强度也将减小，其对应的光衰减量则增大。在有效范围内，光衰减量ATN与单位 面积石英滤纸上沉积的碳黑总质量孤c有着线性关系<formula>formula see original document page 6</formula>式(1)中，/。为通过原始滤纸即空白滤纸部分的光强；/为通过样品滤纸的 光强；为单位面积石英滤纸上沉积的碳黑总质量，单位为g.附-、<7(1//1)则是 碳黑气溶胶的质量吸收截面，是BC浓度测量中最关键的参数，在实际应用中它 与测量光波长/l成反比，单位为m21—1。本专利技术大气颗粒物碳黑监测仪使用波 长880nm的近红外光作为BC浓度的标准测量光，质量吸收截面o取值为 16.6附2 -g—1 。恥c的增量2l^fe与碳黑气溶胶质量浓度pse有着线性关系式(2)中，F为采样流量，Jt为采样时间间隔，S为气溶胶沉积在石英滤纸上 的面积。若在一测量周期中，&、 &分别为测量光探测器在光源开启和关闭 时的输出；厄、A分 别为参考光探测器在光源开启和关闭时的输出，则该测量周期ATN为<formula>formula see original document page 7</formula>同样，下一周期的光衰减值为^7AY^2^，通过计算可得到光衰减值增] A4黑<formula>formula see original document page 7</formula> (4)将(2)式带入(4)式即可得到该采样时段中碳黑气溶胶的质量浓度p^ :<formula>formula see original document page 7</formula>采用参考与测量二个光电探测器，一路作为参考用，另一路作为测试用。采 用双光电探测器的目的是由于滤纸走纸波动、高亮度LED定波长光源阵列输出 能量波动、光接收二极管由于温度变化使光电转换效率变化等因素会造成系统 监测误差，该误差可以表现为随机误差，也可表现为长时间段测量误差，系统监 测波动较大，因此本专利技术采用了参考光电探测器来消除或减小上述各种误差。本专利技术的优点和效果本专利技术提供了一种在线监测大气颗粒物——碳黑气溶胶质量浓度的仪器，采 用光学衰减法，实时性好，精度高，成本低，提高了自动化程度，省时省力，可 全天候自动连续工作，确保大气颗粒物碳黑气溶胶的连续、实时在线监测。附图说明图1是所述大气颗粒物碳黑监测仪系统组成框图。图2是气体监测室和出气室框图。图3是走纸传动机构框图。图4是LED光源阵列框图。具体实施例方式本专利技术大气颗粒物——碳黑气溶胶质量浓度，主要由LED光源阵列11、气 体监测室4、参考光电探测本文档来自技高网...
【技术保护点】
大气颗粒物－碳黑气溶胶质量浓度监测仪，其特征在于包括有气体监测室，气体监测室的上端联接有悬挂的吸附电磁铁，气体监测室的顶部安装有ＬＥＤ光源阵列，气体监测室联通有气体入口，气体监测室的底部为玻璃底板，玻璃底板上有透气窗口；气体监测室的底部，置于基座上；所述玻璃底板下方是安装于基座上的玻璃隔板，玻璃隔板下方安装有参考光电探测器，透气窗口和基座上的出气室的进气口吻合，出气室侧面有气体出口，出气室底部为玻璃，其下方安装有测量光电探测器；气体监测室和基座之间压有能盖住透气窗口的石英滤纸带；所述的气体出口经过质量流量控制器、三通电磁阀和气泵联通，三通电磁阀一个接口通过过滤器和大气联通。
【技术特征摘要】
1、 大气颗粒物——碳黑气溶胶质量浓度监测仪，其特征在于包括有气体监测室， 气体监测室的上端联接有悬挂的吸附电磁铁，气体监测室的顶部安装有LED 光源阵列，气体监测室联通有气体入口，气体监测室的底部为玻璃底板，玻 璃底板上有透气窗口；气体监测室的底部，置于基座上；所述玻璃底板下方 是安装于基座上的玻璃隔板，玻璃隔板下方安装有参考光电探测器，透气窗 口和基座上的出气室的进气口吻合，出气室侧面有气体出口，出气室底部为 玻璃，^下方安装有测量光电探测器；气体监测室和基座之间压有能盖住透 气窗口的石英滤纸带；所述的气体出口经过质量流量控制器、三通电磁阀和 气泵联通，三通电磁阀一个接口通过过滤器和大气联通。2、 根据权利要求1所述的大气颗粒物——碳黑气溶胶质量浓度监测方法，其特 征在于包括以下步骤(1) 、设置气体监测室，气体的顶部安装有LED光源阵列，气体监测室联通 有气体入口，气体监测室的底部为玻璃底板，玻璃底板上有透气窗口；气体监测 室的底部有石英过滤纸带；透气窗口和其下方的出气室上的进气口吻合，并将石 英滤纸压在中间；通过气泵抽气，并同时测量大气流量，使待测大气从气体监测 室的气体入口进入，从出气室的出气口抽出，大气经过石英过滤纸过滤作用，会 在石英过滤纸上沉积大气颗粒...
【专利技术属性】
技术研发人员：李季，章月法，戚俊，刘文清，刘建国，魏庆农，
申请(专利权)人：合肥霍金光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]
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