DOI:10.16660/j.cnki.1672-3791.2015.35.241
2015 NO.35
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粉尘浓度测量方法综述①
王杰 叶长青 赵海波
(惠州出入境检验检疫局综合技术中心 广东惠州 516006)
摘 要:粉尘浓度与人们的日常生活和工农业生产密切相关,因此,粉尘浓度的测量方法始终是研究的热点。根据不同的物理原理,工程师们研究了很多种测量方法。该文依据是否需要对粉尘进行沉降采样,将粉尘浓度的测量方法归纳为两类,即采样法和非采样法,并对每种方法的测量原理、结果准确性、影响因素进行了说明,列举了部分典型产品的性能指标。最后通过对比分析,指出非采样法具有显著的优势,非常适合粉尘浓度的在线监测和实时控制。关键词:粉尘浓度 测量方法 采样法 对比分析中图分类号:X831
文献标识码:A
1.3 压电法
压电法的原理是将粉尘沉降在压电晶体的表面上,测定压电晶体的固有频率。当晶体振幅较小时,晶体振动频率的减小,与沉降在其上的粉尘质量成正比:
Δf=A×Δm
式中:A为比例系数;Δm为沉降在晶体上的粉尘质量。当被测粉尘通过过滤带的时候,会被过滤带吸附上,从而使过滤带的质量发生变化,进而影响到石英晶体振动频率,这样就可以通过测量频率确定被采样粉尘的质量,然后与被采样空气的体积相除,就可以得到粉尘颗粒的浓度。
文章编号:1672-3791(2015)12(b)-0241-02
粉尘浓度的测量具有十分重要的意义。在大气环境监测领域PM10的检测日益引起重视;在职业卫生领域中,煤矿、中,PM2.5、
车间内粉尘浓度也与安全生产和职工健康紧密相关。
近几十年来,人们研究了很多种不同的粉尘浓度检测方法。总的来说,它们可以分成两大类:一种是先把粉尘沉降下来后进行测量的预沉降测量法,即采样法;另一种是,非预沉降测量法,即非采样法。
.com.cn. All Rights Reserved.1 采样法的分类
1.1 称重法
称重法的原理是利用气泵抽取一定体积的含尘空气,通过特定的滤膜,将空气中的粉尘粒子过滤在滤膜上,通过称量滤膜质量的变化(增加量)即可得到粉尘质量,进而求出粉尘浓度:
C=Δm/V
其中:Δm为滤膜上的粉尘质量;V为通过滤膜的空气体积。称重法的优点在于,它测得的是粉尘的绝对质量浓度,数据比较可靠,原理简单,粉尘的分散度、化学成分、尘粒形状以及电气、光学等性能的变化对测量结果不会产生影响。因此,它是粉尘浓度测量的一种基本方法,作为其他非采样法测量系统的标定和校准依据。但称重法测量需要烘干、称重、采样、再烘干、再称重、计算等一系列繁琐的过程,不能实时监控粉尘浓度的变化。典型的称重法粉尘浓度测量仪技术指标:采样流量20L/min,采样流量误差≤2.5%,采样流量稳定性≤5%,采样准确度≤10%。1.2 β射线法
β射线法的原理是,当β射线通过粉尘介质时,由于介质的吸收作用,β射线会发生衰减,因此,通过测量β射线通过粉尘介质的衰减程度,即可得到粉尘质量浓度。这种方法同样需要对粉尘预先沉降。
①基金项目:国家质检总局科技计划项目(计划编号:2015IK072)。
2 非采样法的分类
2.1 电荷感应法
电荷感应法的原理是当带电粉尘颗粒流经电极时,由于碰撞、摩擦和电荷感应的作用,使电极的表面带有一定的电荷量。电荷电因此,通过测量金属电极表面量的大小与尘埃粒子的流量成比[1]。
的电荷量,可以测得粉尘浓度。典型的仪器如南京睿君电子科技有限公司生产的DT400G在线粉尘检测仪,可对气体中的固体粒子数量进行不间断地测量。测量范围为0.1mg/m3~1kg/m3,环境温度最高达200℃。
电荷感应技术,对粉尘的探测灵敏度高,线性度好,粉尘沾染探头后不影响测量灵敏度,免维护免清理。2.2 光散射法
光散射法的原理是当光束通过含尘空气时,发生衍射,一部分光线偏离原来的传播方向。在一定的立体角内,散射光强与粉尘浓度呈一定的比例关系。通过测量散射光强,可以得出粉尘浓度。典型的仪器有北京工业化学研究所生产的SPM4210智能烟尘浓度在线测量仪,测量范围为0.01mg/m3~100g/m3,最高工作温
作者简介:王杰(1985—),男,汉,湖北郧西人,本科,工程师,主要从事电子电器产品电气安全和环境可靠性检测与研究工作。
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在小区域体积内(当光束播距离较短)时, 光的衰减对含尘空气粉
非采样法 复杂 高 较低 短 否
易受影响
尘浓度是不敏感的。在这种情况下的测量系统既要很灵敏,还要有很大的动态范围是非常困难的。
表1 采样法和非采样法的比较
测量原理 自动化程度 测量准确度 测量周期
是否干扰测量场
是否易受粉尘特性影响 度T<200℃。
光散射法之所以获得广泛应用是因为相比其他测量方法具有如下显著优点:适用性广,除了测量固体颗粒( 粉末)外,还可以测量液体颗粒(液滴)、气体颗粒(气泡),而不用知道颗粒的化学组成;粒径测量范围宽,从几个纳米到约103μm,甚至更大; 测量准确、精度高、重复性能好,对单分散系高分子聚合物标准粒子的测量误差和重复性偏差可以限制在1%~2 %之内。光散射法的缺点是光路易受被测粉尘污染,需要定期用洁净空气冲洗镜面。另外光散射法的测量结果与灰尘的粒度、密度、形状、反射率、水分等因素有关,特别是粒度和颜色对测量结果影响明显[2]。2.3 光吸收法(消光法)
光吸收法的原理是当光束通过含尘空气,由于粉尘的散射和吸收作用,光在原来的传播方向上的光强会有一定程度的衰减,即粉尘的消光作用。通过测量通过粉尘的光强变化,可以得到粉尘浓度。
[3]
采样法
简单 低 高 长 是
不受影响
3 采样法和非采样法的比较
采样法测量设备较为简单,结果可靠性高,但存在过程繁琐,不能实时监控的缺点;非采样法测量设备比较复杂,技术难度高,但可以实时测量,便于用计算机进行自动控制。两者对比情况见表1。
4 结语
通过上述的比较分析,可以得出结论:非采样法具有自动化程度高、测量周期短、不干扰测量场的优点,非常适合粉尘浓度的连续在线监测。但是需要注意的是,粉尘颗粒的一些性质(如分散度)的变化会对测量结果产生影响。另外,这类仪器在使用前需要标定,以保证测量结果的准确性。
参考文献
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.com.cn. All Rights Reserved.因为当空气中的粉尘浓度较消光法不适用于低浓度的情况。
低时(比如10μm 以下的粉尘, 浓度在30mg/m3以下的情况),(上接240页)3.2 实验结果及分析
所有实验使用如下统一的参数设置:种群个数100,搜索脉冲频率范围fi∈[0,2],最大脉冲频度ri0=0.3,最大脉冲音强γ=0.9,脉冲音强衰减系数Ai0=0.95,脉冲音强衰减系数α=0.95。实验结果及其分析如下。
如图1中的50.3000表示50维迭代次数3000次。100.6000,150.8000,200.10000同理。
从图1可以得出,对于Rosenbrock函数,在低维度时候BAB不一定比BA、PSO的效果好。对于高维度,BAB表现出很强地收敛速度和收敛效果,BA和PSO则相对较慢。
蝠算法具有较大优势。由于蝙蝠算法优化理论和应用研究还处于初始阶段,许多问题还有待于人们不断地探索和解决,所以,进一步要做的研究工作还有很多。
参考文献
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4 结语
蝙蝠算法是一种新型的群智能算法,它模拟的是微型蝙蝠的回声定位原理。该研究对蝙蝠算法进行了改进,在原有的基础上提出了一种新型的优化算法,即基于质心策略的蝙蝠算法,从本质上提升了算法的优化性能,测试结果也证实了该算法的可行性与优越性。同时,该研究将该算法与标准蝙蝠算法和标准微粒群算法进行比较,发现无论是收敛速度还是收敛效果都是改进的蝙
6569-6572.
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