數(shù)顯式大氣采樣器檢定方法的研究與探討

摘 要：隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷提升，空氣中污染物濃度的測(cè)量受到越來(lái)越多人的關(guān)注，數(shù)顯式大氣采樣器也因其讀數(shù)較 為方便等特點(diǎn)，成為目前應(yīng)用最為廣泛的空氣采樣設(shè)備。但現(xiàn)行有效的JJG956—2013《大氣采樣器檢定規(guī)程》，只適應(yīng)于采 用轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制氣體流量式大氣采樣器的檢定。本文從采樣原理出發(fā)，從轉(zhuǎn)子流量計(jì)式大氣采樣器和數(shù)顯式大氣采樣器 氣體流量控制方式不同入手，研究和探討數(shù)顯式大氣采樣器檢定過(guò)程，分析不同顯示流量示值誤差計(jì)算的方法，進(jìn)一步保 證采樣和大氣監(jiān)測(cè)工作的準(zhǔn)確可靠，以期望對(duì)大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)和環(huán)境評(píng)價(jià)工作提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：數(shù)顯式大氣采樣器，流量計(jì)，檢定，示值誤差，探究和探討

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.06.025

0 引 言

近年來(lái)，國(guó)家對(duì)大氣污染防治的要求越來(lái)越 高，空氣污染物濃度的測(cè)量作為大氣污染防治重要 手段被廣泛關(guān)注，其準(zhǔn)確與否對(duì)大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)和 環(huán)境評(píng)價(jià)工作具有重要的意義。大氣采樣器作為 最常見的定量采樣設(shè)備，被廣泛地應(yīng)用于環(huán)境監(jiān) 測(cè)、建筑工程、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域，在氣體成分分析 和環(huán)境監(jiān)測(cè)中起到重要作用，因此要確保環(huán)境中 空氣污染物測(cè)量數(shù)值準(zhǔn)確可靠，就必須保證大氣采樣器準(zhǔn)確可靠。目前市面在售的大氣采樣器種類 繁多，根據(jù)其流量控制方式不同，主要分為轉(zhuǎn)子流 量計(jì)式大氣采樣器和數(shù)顯式大氣采樣器兩大類。

轉(zhuǎn)子流量計(jì)式大氣采樣器通過(guò)已知形狀和質(zhì)量的 轉(zhuǎn)子在管中的位置，也就是通過(guò)在（0 ℃，101.325 kPa）獲（20 ℃，101.325 kPa）的環(huán)境狀態(tài)下刻在管 外壁的刻度來(lái)確定氣體流量的大?。ǚQ為“刻度流 量”）[1]，其刻度不能隨環(huán)境溫度和壓力的變化而 變化。而數(shù)顯式大氣采樣器則通過(guò)差壓式流量計(jì) 來(lái)控制流量，為流量直讀類大氣采樣器，不需要通 過(guò)刻度轉(zhuǎn)換便可獲得實(shí)時(shí)流量[2]。隨著科學(xué)技術(shù)的 發(fā)展和大氣環(huán)境要求的增加，數(shù)顯式大氣采樣器 因可長(zhǎng)時(shí)間采集、讀數(shù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)和受溫度、壓力 等環(huán)境影響較小等原因被越來(lái)越多人所使用。

2 數(shù)顯式大氣采樣器檢定方法的研究

我國(guó)現(xiàn)行有效的JJG956—2013《大氣采樣器檢定 規(guī)程》[3]中雖注明適用于大氣采樣器的首次檢定、 后續(xù)檢定等工作，但在概述中明確指出流量系統(tǒng)采 用轉(zhuǎn)子流量計(jì)來(lái)測(cè)定氣體流量，并在空載狀態(tài)下和 負(fù)載狀態(tài)下流量示值誤差檢定工作中，都是通過(guò)工 況實(shí)際流量換算成刻度狀態(tài)下的流量后，再與儀器 檢定點(diǎn)的刻度流量示值比較得出。雖然有的數(shù)顯式 大氣采樣器滿足規(guī)程的要求，但現(xiàn)行有效的大氣采 樣器檢定規(guī)程并不能滿足大多數(shù)數(shù)顯式大氣采樣 器的檢定工作。

2.1 檢定裝置的選擇

檢定大氣采樣器時(shí)，檢定裝置要連接在數(shù)顯 式大氣采樣器的前端，為了測(cè)得空載和負(fù)載狀態(tài)下 的流量，避免復(fù)雜的氣流計(jì)算過(guò)程，檢定裝置中流 量計(jì)入口氣流的壓力應(yīng)該與數(shù)顯式大氣采樣器入口 氣流的壓力盡可能保持一致。

大氣采樣器主要通過(guò)測(cè)量體積得出氣體樣品 的流量，因此適合大氣采樣的主要標(biāo)準(zhǔn)器分為容 積式流量計(jì)和差壓式流量計(jì)兩大類，差壓式流量 計(jì)主要是通過(guò)氣體的壓差而測(cè)得，在測(cè)量過(guò)程中壓 力損失較大，不符合流量計(jì)入口氣流的壓力與數(shù)顯 式大氣采樣器入口氣流壓力盡可能一致的要求，因 此容積式流量計(jì)是大氣采樣器檢定裝置的首選。

JJG956—2013《大氣采樣器檢定規(guī)程》中使用的檢 定裝置是皂膜流量計(jì)，市面上常見的數(shù)顯式大氣采 樣器的流量測(cè)量范圍一般在（0～1）L/min，少數(shù)最 高流量測(cè)量值能達(dá)到5.0 L/min，考慮經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)場(chǎng)檢 定過(guò)程中方便攜帶等原因，我們?nèi)匀贿x擇電子皂膜 流量計(jì)作為數(shù)顯式大氣采樣器的檢定裝置，測(cè)量范 圍為（0～6）L/min，準(zhǔn)確度等級(jí)不低于1.0級(jí)。

2.2 流量檢定點(diǎn)的選擇

GB 50325—2020《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污 染控制標(biāo)準(zhǔn)》[4]要求采樣流量為0.5 L/min，環(huán)保行 業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（如HJ 479—2009）等均要求采樣流量為0.5 L/min和0.2 L/min。結(jié)合工作實(shí)際，我們選取滿量程 范圍的80%、50%和20%附近3點(diǎn)作為流量的檢定 點(diǎn)，每個(gè)檢定點(diǎn)測(cè)量3次。

2.3 流量示值誤差計(jì)算方法的討論

將數(shù)顯式大氣采樣器放置于溫度（15～33）℃、 相對(duì)濕度≤85%的環(huán)境中，各項(xiàng)參數(shù)穩(wěn)定后進(jìn)行檢 定。JJG 956—2013《大氣采樣器檢定規(guī)程》中，大 氣采樣器流量示值誤差檢定工作要在空載和負(fù)載 （A類：承載0.5 kPa，B類承載4.5 kPa）兩種狀態(tài)下 進(jìn)行，結(jié)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)保行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為確保整個(gè) 采樣過(guò)程數(shù)據(jù)穩(wěn)定，數(shù)顯式大氣采樣器流量示值誤 差檢定工作也在空載和負(fù)載（A類：承載0.5 kPa，B 類承載5.0 kPa）兩種狀態(tài)下進(jìn)行，且流量的最大允 許誤差為其±5%。各部分連接參照規(guī)程進(jìn)行，以滿 量程范圍的80%、50%和20%附近3個(gè)檢定點(diǎn)中相對(duì) 示值誤差絕對(duì)值最大值作為流量示值誤差的檢定 結(jié)果。

2.3.1 檢定點(diǎn)工況流量示值誤差的計(jì)算

數(shù)顯式大氣采樣器是數(shù)字顯示流量值，不存 在管外壁的刻線來(lái)確定流量大小的問(wèn)題，因此無(wú)論 是在空載和負(fù)載狀態(tài)下，電子皂膜流量計(jì)和數(shù)顯式大氣采樣器中氣體所處的環(huán)境是一致的，每次測(cè)量 的流量誤差可以通過(guò)公式1直接比較得出。

2.3.3 檢定點(diǎn)刻度流量示值誤差的計(jì)算

有的數(shù)顯式大氣采樣器為了符合JJG 956— 2013《大氣采樣器檢定規(guī)程》的要求，模擬轉(zhuǎn)子流 量計(jì)通過(guò)復(fù)雜的計(jì)算顯示了刻度流量（青島嶗山應(yīng) 用技術(shù)研究所生產(chǎn)的嶗應(yīng)2050空氣綜合采樣器）， 其流量示值誤差的計(jì)算我們可以參照J(rèn)JG 956— 2013《大氣采樣器檢定規(guī)程》公式換算求得。

3 數(shù)顯式大氣采樣器檢定中的注意事項(xiàng)

3.1 標(biāo)準(zhǔn)器的連接

檢定過(guò)程中，要將數(shù)顯式大氣采樣器的入口和 電子皂膜流量計(jì)的出口進(jìn)行連接，并在適宜的環(huán)境 條件下待采樣器穩(wěn)定后，再對(duì)滿量程范圍的80%、 50%和20%附近3點(diǎn)進(jìn)行檢定，因此準(zhǔn)確檢定數(shù)值 的來(lái)源要基于各部分密封可靠的環(huán)境?？蛰d狀態(tài)下 啟動(dòng)采樣器后，要將系統(tǒng)入口封閉，采樣器的流量 示數(shù)應(yīng)該為零；負(fù)載狀態(tài)下按照線路圖將各部分連 接，啟動(dòng)采樣器后，調(diào)節(jié)閥鈕待真空壓力表示值達(dá) 到規(guī)定要求負(fù)載壓力后再開始檢定。

3.2 電子皂膜流量計(jì)的操作

電子皂膜流量計(jì)在工作計(jì)量器具或檢定裝置 中，已基本全面取代傳統(tǒng)皂膜流量計(jì)，內(nèi)含有皂液， 皂膜通過(guò)一定的容積與相應(yīng)時(shí)間比來(lái)計(jì)算流量計(jì) 的瞬時(shí)流量，因此皂膜是否平整對(duì)數(shù)值準(zhǔn)確與否有 著一定的影響[5]。首先皂液充足的情況下，皂膜溶液 可選用洗潔精與去離子水1∶1配置而成。洗潔精濃 度比例過(guò)高時(shí)，皂膜容易連串，去離子水比例過(guò)高 時(shí)，皂膜不太容易獲得或皂膜容易破裂。其次要消 除皂膜管內(nèi)干燥狀態(tài)，檢定前要用產(chǎn)生的皂膜濕潤(rùn) 管內(nèi)表面至潤(rùn)滑狀態(tài)。最后看皂膜上升過(guò)程的狀 態(tài)，檢定過(guò)程中要確保皂膜是單個(gè)且均勻地上升， 避免上升過(guò)程發(fā)生破裂或連串。

4 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，數(shù)顯 式大氣采樣器作為必備的環(huán)境空氣采樣設(shè)備，其 量值溯源方式被越來(lái)越多的計(jì)量和環(huán)保工作者所 關(guān)注。從轉(zhuǎn)子流量計(jì)式大氣采樣器和數(shù)顯式大氣 采樣器氣體流量控制方式不同入手，以現(xiàn)行有效的 JJG956—2013《大氣采樣器檢定規(guī)程》為出發(fā)點(diǎn)， 探索了適合數(shù)顯式大氣采樣器的檢定過(guò)程，分析不 同顯示流量示值誤差計(jì)算的方法，以進(jìn)一步保證采 樣和大氣監(jiān)測(cè)工作的準(zhǔn)確可靠，希望能給數(shù)顯式大 氣采樣器檢定工作提供技術(shù)支持。

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作者簡(jiǎn)介

朱曉艷，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)橛?jì)量管理和計(jì)量 檢定。

（責(zé)任編輯：劉憲銀）