影響濾筒稱量準(zhǔn)確性的因素及解決方案

錢天鳴

（杭州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，浙江 杭州 310000）

影響濾筒稱量準(zhǔn)確性的因素及解決方案

錢天鳴

（杭州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，浙江 杭州 310000）

文章從電子天平的正確使用以及濾筒本身物理特性對(duì)其稱量準(zhǔn)確性的影響進(jìn)行了分析。提出對(duì)電子天平的正確使用（即預(yù)熱—運(yùn)動(dòng)天平—校準(zhǔn)—進(jìn)行稱量）是確保稱量結(jié)果準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)；通過(guò)濾筒稱量實(shí)驗(yàn)，指出實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、烘干時(shí)間是實(shí)驗(yàn)室分析中影響濾筒稱量準(zhǔn)確性的重要因素，并提出了延長(zhǎng)烘干時(shí)間至4h，采用具蓋的專用稱量瓶以減少環(huán)境空氣對(duì)濾筒稱量的影響等解決方案。

玻璃纖維濾筒；電子天平；稱量；準(zhǔn)確性

濾筒是一種捕集效率高、阻力小、便于放入煙道內(nèi)采樣的捕塵裝置，有玻璃纖維濾筒和剛玉濾筒兩種［1］，實(shí)際監(jiān)測(cè)中通常使用的是玻璃纖維濾筒。玻璃纖維濾筒由超細(xì)玻璃纖維制成，對(duì)0.5μm以上塵粒的捕集效率達(dá)99.9%以上，適用于500℃以下煙氣采樣［1］。

固定污染源排氣中顆粒物的測(cè)定，是在選定的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位通過(guò)采樣管從排氣中按等速采樣的原則，抽取一定量的含塵廢氣，根據(jù)捕集到的顆粒物量和廢氣量，求出廢氣中的顆粒物濃度，而顆粒物的量就是由濾筒采樣前后質(zhì)量差得到的。隨著除塵技術(shù)的發(fā)展，固定污染源中顆粒物濃度越來(lái)越低，在實(shí)際監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)，除去監(jiān)測(cè)中人為造成的濾筒重量損失外，實(shí)驗(yàn)室稱重誤差是不可忽視的重要環(huán)節(jié)。因此就實(shí)際分析工作中影響濾筒稱量測(cè)試結(jié)果的一些因素作了探討，并提出了可行的解決方案。

1　正確使用電子天平

電子天平具有體積小、功能齊全、操作簡(jiǎn)單和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于計(jì)量檢測(cè)、量值傳遞、產(chǎn)品化驗(yàn)與科學(xué)實(shí)驗(yàn)工作中。濾筒在采樣前后都要用電子天平稱量其質(zhì)量，要得到準(zhǔn)確的稱量結(jié)果，正確使用電子天平是不可忽視的一步。

1.1電子天平在稱量前要充分預(yù)熱

電子天平的基本工作原理是平衡，一旦失衡，利用電磁力將天平重新拉回平衡。這個(gè)電磁力F的大小與磁鋼的磁通量φ、流經(jīng)線圈中的電流I及線圈長(zhǎng)度L成正比，即F=φIL。當(dāng)天平處于預(yù)熱階段時(shí)，隨著天平內(nèi)部溫度的升高，磁通量φ會(huì)逐漸下降，同時(shí)，流經(jīng)線圈中的電流I也會(huì)減小，這樣就導(dǎo)致了電磁力F變小，天平失去平衡，天平的顯示會(huì)呈現(xiàn)正的單方向漂移。只有天平經(jīng)過(guò)充分預(yù)熱后，磁鋼達(dá)到熱平衡，這一變化過(guò)程才結(jié)束，天平才真正達(dá)到平衡，此時(shí)天平才處于真正可使用狀態(tài)。

因此電子天平生產(chǎn)廠家及相關(guān)文獻(xiàn)建議，在條件許可的情況下，電子天平應(yīng)長(zhǎng)期不斷電，保持天平始終處于預(yù)熱狀態(tài)。對(duì)于實(shí)際分度值d達(dá)到0.01mg的電子天平，預(yù)熱時(shí)間至少為5h；對(duì)于d達(dá)到0.001mg的微量和超微量電子天平，則需預(yù)熱24h 以上。對(duì)于使用中的天平，預(yù)熱時(shí)間可適當(dāng)減少，當(dāng)顯示器上的示值不再呈現(xiàn)單方向漂移時(shí)，置零后即可進(jìn)行稱量［2］。

1.2運(yùn)動(dòng)天平

電子天平預(yù)熱好以后，不能立即進(jìn)行稱量，要進(jìn)行短暫的加載、缷載運(yùn)動(dòng)天平。電子天平的傳感器通常是由9片或11片簧片構(gòu)成的彈性支承體，天平傳感器就是利用這些簧片進(jìn)行力的傳遞，使天平在平衡-失衡-再平衡的過(guò)程之中，完成稱量。然而，在天平處于長(zhǎng)期通電預(yù)熱階段或較長(zhǎng)時(shí)間（＞30分鐘）停止稱量時(shí)，天平傳感器是處于停止工作的休眠狀態(tài)，簧片也是處于休眠狀態(tài)，此時(shí)簧片的恢復(fù)性能不好，若這時(shí)進(jìn)行稱量，勢(shì)必會(huì)引起天平加載后回零不好，示值穩(wěn)定性不好，重復(fù)性差，天平無(wú)法穩(wěn)定地稱量［2］。

運(yùn)動(dòng)天平的方法是用相當(dāng)天平最大稱量的砝碼或物體加載到稱盤上，然后再缷載，這樣反復(fù)10次或10次以上，讓天平傳感器的簧片從休眠狀態(tài)逐漸進(jìn)入工作狀態(tài)，天平才能穩(wěn)定地稱量。

1.3校準(zhǔn)天平

對(duì)天平進(jìn)行校準(zhǔn)，是正確使用電子天平必不可少的重要一步，任何電子天平不進(jìn)行校準(zhǔn)，就得不到準(zhǔn)確的稱量結(jié)果。校準(zhǔn)有內(nèi)校和外校兩種。

只有完成上述三個(gè)步驟后，才能使用天平進(jìn)行穩(wěn)定、準(zhǔn)確的稱量。

2　濾筒自身物理特性和變化的影響

首先對(duì)濾筒進(jìn)行了檢查和篩選［3］，主要有針孔檢查、重量篩選、阻力篩選、失重處理等，得到合格的濾筒。然后在合格的濾筒中隨機(jī)抽取了20個(gè)濾筒做了以下實(shí)驗(yàn)。

2.1實(shí)驗(yàn)室空氣溫、濕度對(duì)濾筒稱量的影響

將10個(gè)濾筒放置在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，在不同的實(shí)驗(yàn)室溫、濕度環(huán)境下直接稱量濾筒的質(zhì)量并記錄，結(jié)果見表1。

由表1可見，濾筒質(zhì)量和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境關(guān)系密切，隨著空氣相對(duì)濕度變化而變化，濾筒質(zhì)量與相對(duì)濕度相關(guān)系數(shù)都在0.80以上，最高達(dá)0.94。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)空氣相對(duì)濕度相同而氣溫不同時(shí)，濾筒質(zhì)量并不相同，筆者認(rèn)為一是因?yàn)闉V筒和空氣之間有個(gè)平衡穩(wěn)定的過(guò)程，反映到濾筒質(zhì)量上往往會(huì)滯后；二是因?yàn)闇囟群拖鄬?duì)濕度共同影響的含濕量并不相同。

2.2烘干時(shí)間對(duì)濾筒稱量的影響

將10個(gè)濾筒平分成兩組，第一組為濾筒采樣前的稱重，第二組用蒸餾水濕潤(rùn)模擬濾筒采樣后的稱重。在105℃烘箱中經(jīng)過(guò)多次1h烘烤后，稱量濾筒的質(zhì)量并記錄，實(shí)驗(yàn)過(guò)程見圖1。

圖1　實(shí)驗(yàn)過(guò)程

兩組濾筒在105℃烘箱中經(jīng)過(guò)多次1h烘烤后稱得的質(zhì)量，得到前后質(zhì)量差絕對(duì)值及其平均值，見表2、表3。

表1　不同實(shí)驗(yàn)室溫濕度環(huán)境下濾筒質(zhì)量變化

表2　兩組濾筒在105℃經(jīng)過(guò)多次1h烘烤后前后質(zhì)量差的絕對(duì)值

表3　兩組濾筒在105℃經(jīng)過(guò)多次1h烘烤后前后質(zhì)量差絕對(duì)值的平均值

W12數(shù)列數(shù)據(jù)表示濾筒只經(jīng)過(guò)一次105℃1h烘烤處理與經(jīng)過(guò)兩次105℃1h烘烤處理所得質(zhì)量之差，其最大差值為8.8mg，發(fā)生在第二組用蒸餾水濕潤(rùn)模擬濾筒采樣后的稱重；第一組+第二組為5.7mg，說(shuō)明濾筒只經(jīng)過(guò)一次105℃1h烘烤處理其質(zhì)量差較大，尤其是用蒸餾水濕潤(rùn)模擬濾筒采樣后的稱重。

2.3解決方案討論

在實(shí)際監(jiān)測(cè)中，按中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社《空氣和廢氣監(jiān)測(cè)分析方法》（第四版增補(bǔ)版）要求在105～110℃烘干1小時(shí)，取出放入干燥皿冷卻至室溫，然后稱重后會(huì)發(fā)現(xiàn)，由于濾筒采樣前后干燥程度不一致，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)結(jié)果有很大的誤差，當(dāng)排氣筒廢氣濕度較大時(shí)，結(jié)果往往偏大；當(dāng)排氣筒廢氣溫度較高并干燥時(shí)，結(jié)果甚至倒置。又由于玻璃纖維濾筒本身的吸濕特性，在烘箱→冷卻→稱重過(guò)程中有較多時(shí)間暴露在空氣中，濾筒與空氣一接觸就開始快速吸濕增重，尤其在濾筒經(jīng)過(guò)充分干燥并遇到濕度較大的天氣條件下，濾筒吸濕增重更加明顯。這種情況下，天平顯示的讀數(shù)很難穩(wěn)定。由于各個(gè)濾筒吸濕能力不同，穩(wěn)定時(shí)間也不一樣。另外，一般實(shí)驗(yàn)室分析環(huán)境受客觀條件限制，不具備恒溫恒濕的條件，玻璃纖維濾筒在采樣前、后實(shí)驗(yàn)室溫、濕度亦不可能保持一致。

為此，針對(duì)濾筒自身物理特性筆者提出兩點(diǎn)解決方案：第一，為了保持濾筒采樣前、后濾筒干燥程度的一致，把105～110℃烘干時(shí)間設(shè)定為4小時(shí)；第二，為了解決烘箱→冷卻→稱重過(guò)程中濾筒接觸空氣吸濕的問(wèn)題，采用了專用的具蓋稱量瓶，在濾筒從烘箱取出時(shí)即放入稱量瓶，密閉放入干燥皿冷卻后稱量，減少了濾筒與空氣接觸。本文中實(shí)驗(yàn)即采用了此方法，天平顯示的讀數(shù)很快穩(wěn)定，并且兩次稱量數(shù)相差很小，小于±0.0005g。

3　結(jié)論

為了提高實(shí)驗(yàn)室濾筒稱量的準(zhǔn)確性，首先要正確使用電子天平，進(jìn)行預(yù)熱—運(yùn)動(dòng)天平—校準(zhǔn)以后再進(jìn)行稱量；然后根據(jù)濾筒自身的物理特性，筆者提出了延長(zhǎng)烘干時(shí)間至4小時(shí)和采用具蓋的專用稱量瓶以減少環(huán)境空氣對(duì)濾筒稱量的影響等解決方案。

［1］ 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局《空氣和廢氣監(jiān)測(cè)分析方法》編委會(huì).空氣和廢氣監(jiān)測(cè)分析方法（第四版）［M］.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2003.

［2］ 王學(xué)琴，梁秀麗，辛宗偉，等.淺析影響電子天平稱量準(zhǔn)確性的兩大因素［J］.計(jì)量技術(shù)，2014（3）：3.

［3］ 李陽(yáng)春，舒彩鳳.煙塵采樣時(shí)采樣濾筒的質(zhì)量控制［J］.環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù)，2007，19（1）：5-51.

Factors affecting the weighing accuracy of filter cylinder and corresponding strategies

This essay deals with the analysis of the correct usage of electronic balance and the effects of physical characteristics of filter cylinder on the weighing accuracy. The article suggests that the correct usage of electronic balance （preheating- activating balance -calibrating - weighing） is the basis of accuracy of weighing. Through filter weighing experiments， it also puts forward that laboratory environment and time of drying are the critical factors affecting the weighing accuracy of filter cylinder. Finally， the essay proposes the solutions of decreasing the effects of ambient air on the weighing of filter cylinder by lengthening the time of drying to 4h and adopting the specialized weighing bottle with lid.

Fiberglass filter cylinder； electronic balance； weighing； accuracy

TB9

A

1008-1151（2016）03-0060-03

2016-02-15

錢天鳴（1969-），女，浙江嵊州人，杭州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站高級(jí)工程師，從事環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。