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

　　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16.7l/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。

　　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。

　　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。