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空氣質(zhì)量監(jiān)測儀器是如何實(shí)現(xiàn)對多種污染物的精確測量的?

發(fā)表時(shí)間: 2025-03-23       點(diǎn)擊次數(shù): 173
  空氣質(zhì)量監(jiān)測儀器實(shí)現(xiàn)對多種污染物的精確測量,主要依賴于先進(jìn)的傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)以及嚴(yán)格的校準(zhǔn)流程。以下是具體分析:
  
  一、針對不同污染物的傳感器技術(shù)
  
  1、顆粒物(PM2.5、PM10)傳感器:常見的有光散射法和β射線法。光散射法基于光照射到顆粒物時(shí)產(chǎn)生的散射光強(qiáng)度與顆粒物濃度呈正相關(guān)原理,通過特定角度收集散射光并經(jīng)微處理器利用算法得出顆粒物等效粒徑及數(shù)量,進(jìn)而得到質(zhì)量濃度。如一些便攜式環(huán)境空氣PM2.5/PM10自動(dòng)監(jiān)測儀采用此方法。β射線法是讓空氣采樣流量通過已稱重濾膜,根據(jù)顆粒物吸收β射線能量使濾膜重量增加的原理,通過測量前后濾膜重量差及采氣體積計(jì)算出顆粒物濃度,該方法準(zhǔn)確性高,常用于標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測站。
  
  2、二氧化硫(SO?)傳感器:通常采用定電位電解式傳感器或紫外熒光法傳感器。定電位電解式傳感器中,SO?與電解質(zhì)內(nèi)的電極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)使電極平衡改變來測量;紫外熒光法傳感器則是利用SO?在特定波長紫外光照射下吸收能量后產(chǎn)生熒光,熒光強(qiáng)度與SO?濃度相關(guān),通過檢測熒光強(qiáng)度來確定其濃度。
  
  3、氮氧化物(NO?)傳感器:一般使用化學(xué)發(fā)光法傳感器或金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感器?;瘜W(xué)發(fā)光法是基于NO與臭氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生激發(fā)態(tài)的NO?分子,當(dāng)NO?分子回到基態(tài)時(shí)發(fā)出光子,通過檢測光子的數(shù)量來確定NO?濃度;金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感器是利用NO?吸附在金屬氧化物表面引起電導(dǎo)率變化來測量。
  
  4、一氧化碳(CO)傳感器:多采用定電位電解式傳感器或紅外式傳感器。定電位電解式傳感器中,CO在電極上發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生電流變化來檢測;紅外式傳感器則依據(jù)CO對特定紅外波長的吸收特性,通過檢測吸收后的光強(qiáng)變化來計(jì)算其濃度。
  
  5、臭氧(O?)傳感器:主要有紫外光度法傳感器和電化學(xué)傳感器。紫外光度法利用臭氧對特定波長紫外光的吸收,通過測量吸收后的光強(qiáng)變化確定濃度;電化學(xué)傳感器則是基于臭氧在電極表面發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流變化來檢測。
  

空氣質(zhì)量監(jiān)測儀器

 

  二、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)
  
  1、信號(hào)轉(zhuǎn)換與放大:傳感器將污染物濃度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后,需經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行放大、濾波等處理,以提高信號(hào)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,便于后續(xù)的數(shù)據(jù)采集。
  
  2、模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC):由于傳感器輸出的是模擬信號(hào),而數(shù)字信號(hào)更便于處理和傳輸,所以需要通過ADC將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),以便微處理器能夠讀取和處理。
  
  3、微處理器計(jì)算:微處理器根據(jù)存儲(chǔ)在其內(nèi)存中的算法,對采集到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理和分析,計(jì)算出污染物的濃度值。這些算法通常是基于大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論模型建立的,以確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
  
  4、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸:測量得到的污染物濃度數(shù)據(jù)會(huì)被存儲(chǔ)在儀器的內(nèi)部存儲(chǔ)器中,同時(shí)可以通過通信接口(如USB、RS485、GPRS等)傳輸?shù)酵獠吭O(shè)備(如計(jì)算機(jī)、手機(jī)APP、云平臺(tái)等),以便進(jìn)行數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析、顯示和遠(yuǎn)程監(jiān)控。
  
  三、校準(zhǔn)與質(zhì)量控制
  
  1、定期校準(zhǔn):為了保證監(jiān)測儀器的準(zhǔn)確性和可靠性,需要定期使用標(biāo)準(zhǔn)氣體或已知濃度的校準(zhǔn)設(shè)備對儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。例如,對于氣體傳感器,可以使用標(biāo)準(zhǔn)氣體瓶提供已知濃度的氣體,檢查儀器的測量結(jié)果是否準(zhǔn)確;對于顆粒物傳感器,可以使用經(jīng)過稱重的標(biāo)準(zhǔn)顆粒物濾膜進(jìn)行校準(zhǔn)。
  
  2、溫度和濕度補(bǔ)償:環(huán)境溫度和濕度的變化會(huì)對傳感器的性能產(chǎn)生影響,導(dǎo)致測量結(jié)果出現(xiàn)偏差。因此,監(jiān)測儀器通常會(huì)配備溫度和濕度傳感器,對測量結(jié)果進(jìn)行溫度和濕度補(bǔ)償,以消除環(huán)境因素的影響。
  
  3、多點(diǎn)校準(zhǔn)和線性校正:在實(shí)際測量中,傳感器的響應(yīng)可能不是全線性的,為了提高測量精度,可以在不同的濃度點(diǎn)上進(jìn)行校準(zhǔn),然后通過線性插值或其他數(shù)學(xué)方法對測量結(jié)果進(jìn)行校正。
  
  空氣質(zhì)量監(jiān)測儀器通過采用針對各種污染物的專用傳感器技術(shù),結(jié)合高效的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng),并通過嚴(yán)格的校準(zhǔn)與質(zhì)量控制流程,實(shí)現(xiàn)了對空氣中多種污染物的精確測量。

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