基于电子天平称重的PM2.5在线监测系统

发布时间：2017-06-28 22:25

  本文关键词：基于电子天平称重的PM2.5在线监测系统，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着工业和社会经济的快速发展,大气环境污染问题日益受到重视,出现了以大气颗粒物为典型代表的研究热潮,其中PM2.5由于其来源广、对环境和人体健康影响深远成为关注热点。基于严重的PM2.5污染现状,制定有效的控制治理计划成为燃眉之急,而PM2.5的准确监测是科学治理的重要前提。目前主流的PM2.5监测方法-β射线法和振荡天平法-因受湿度影响较大,使得监测结果与实际污染情况有较大偏差;国内使用的传统离线称重法是校核所有其他方法的基准方法,但是这种手工重量法仅能够手工、间歇式操作,监测耗时长,无法满足长期、即时、在线的大气质量监测要求。针对现行主流监测仪器和传统方法的存在的明显缺陷,本文设计了基于电子天平称重的PM2.5在线监测系统,采用冲击式串级大气采样切割器,结合气体即时交换除湿调控温的处理,利用特别设计的采样和称量系统进行滤膜自动采样、电子天平即时称量系统,从而实现了利用传统的电子天平称重的重量法进行大气PM2.5的在线监测连续采样和自动测量。本文提出了一种基于滤膜连续采样、电子天平称重的PM2.5在线监测方法和系统,使得经典的重量法得以在在线监测领域应用。本研究根据冲击采样原理,结合Stokes动力学方程和Michaud的串级采样切割器设计方法,得到采样切割器的主要参数,理论采样粒径为10.6μm和2.5μm时,喷嘴孔径、喷嘴数、喷嘴簇直径、喷嘴长度、冲击距离分别为3mm、30、21mm、5mm、3mm和1mm、49、21mm、5mm、3mm,并提出了冲击式大气串级采样切割器的整体结构方案;本文基于TPU高分子膜的高透湿性,采用气体交换即时除湿调温原理,设计、制作了一套数控气体除湿调温装置,研究了影响该装置运行效果的因素,以优化系统运行的主要参数。结果表明:随着样品气在除湿调温系统内停留时间增长,其除湿量也相应增大,停留时间为27s时除湿达到平衡;干燥气与样品气的流量比对样品气的除湿有重要影响,流量比从0.5增大到1.17时,除湿率随流量比的增大而上升,流量比为1.17时除湿率最大,达到50.97%,流量比增大到1.33以后直到2.0,随着流量比的增大除湿率反而逐渐降低;系统运行参数的优化设置,即样品气在除湿调温系统内停留时间为27s,干燥气与样品气的流量比设置为1.17时,可对含湿量在63.70g/m3以下的任意样品气进行处理使样品出气含湿量符合国家标准,该除湿系统可满足日常监测需求。本文根据标准重量法,完成了即时采样称量系统的设计,利用托盘携带滤膜夹升降完成PM2.5的采样和称量的状态切换,采用自动校准天平为核心元件完成称量。本文通过设计原理可行性论证、关键子系统设计及加工、影响因子控制研究、运行参数优化,设计了一套基于电子天平称重的PM2.5在线监测系统,突破了传统重量法在PM2.5大气在线监测中的应用,为研制开发我国自主知识产权的PM2.5在线监测系统打下了坚实的基础。
【关键词】：PM2.5 重量法 除湿调温 在线监测 电子天平
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X84
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 PM2.5 的来源11-12
• 1.2 PM2.5 对环境和人体健康的影响12-15
• 1.2.1 PM2.5 对环境的影响12-13
• 1.2.2 PM2.5 对人体健康的影响13-15
• 1.3 PM2.5 监测技术的研究进展15-18
• 1.3.1 PM2.5 监测相关标准15-16
• 1.3.2 PM2.5 监测技术16-18
• 1.4 本文的工作及创新点18-20
• 1.4.1 本文的工作18-19
• 1.4.2 本文的创新点19-20
• 第2章 可行性方案分析20-26
• 2.1 监测方法分析20-23
• 2.1.1 光散射法20
• 2.1.2 滤膜称重法20-21
• 2.1.3 压电晶体法21-22
• 2.1.4 Β 射线法22
• 2.1.5 振荡天平法22-23
• 2.2 目前监测技术所面临的问题23-24
• 2.3 可行性分析24-26
• 第3章 在线监测系统总体设计26-29
• 3.1 系统的总体方案设计26-27
• 3.2 系统各主要子系统设计27-28
• 3.2.1 冲击式大气串级采样切割器27
• 3.2.2 除湿调温系统27
• 3.2.3 采样称量系统27
• 3.2.4 传感器测量系统27
• 3.2.5 智能控制系统27-28
• 3.2.6 数据采集系统28
• 3.3 本章小结28-29
• 第4章 冲击式串级大气采样器29-33
• 4.1 设计原理29-30
• 4.2 设计参数的选择30-31
• 4.3 冲击式大气串级采样器的结构设计31-32
• 4.4 本章小结32-33
• 第5章 即时除湿调温系统33-42
• 5.1 除湿调温系统33-36
• 5.1.1 除湿调温原理33-34
• 5.1.2 除湿调温系统主要结构34-35
• 5.1.3 工作流程35-36
• 5.2 运行参数影响的研究实验36-37
• 5.2.1 样品气停留时间对除湿效果的影响36-37
• 5.2.2 干燥气与样品气的流量比对样品气除湿效果的影响37
• 5.2.3 样品气含湿量对除湿效果的影响37
• 5.3 结果与讨论37-41
• 5.3.1 样品气停留时间对除湿效果的影响37-38
• 5.3.2 干燥气与样品气的流量比对除湿效果的影响38-39
• 5.3.3 样品气进气绝对含湿量对除湿效果的影响39-40
• 5.3.4 运行参数的优化选择40-41
• 5.4 本章小结41-42
• 第6章 采样称量系统42-50
• 6.1 采样称量系统总体方案42-43
• 6.2 各主要功能模块43-47
• 6.2.1 空气样品输送模块43
• 6.2.2 颗粒物捕集模块43-46
• 6.2.3 滤膜夹升降模块46-47
• 6.2.4 质量称量模块47
• 6.2.5 智能控制模块47
• 6.3 采样称量系统的工作流程47-49
• 6.4 本章小结49-50
• 第7章 总结与展望50-52
• 致谢52-53
• 参考文献53-57
• 攻读学位期间的研究成果57

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 陈魁,白志鹏,朱坦,郭光焕;冲击采样器设计参数分析[J];环境污染治理技术与设备;2004年08期

2 宁爱民;文军浩;郑德智;樊尚春;;PM_(2.5)监测技术及其比对测试研究进展[J];计测技术;2013年04期

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