浅谈粉尘浓度测量仪检定装置

朱晓艳 佟海波

摘 要：粉尘浓度测量仪是用于测量悬浮在空气中颗粒物质量浓度的仪器，被广泛地用于大气及工业扬尘监测，其测量结果对生态环境保护具有重要的指示作用，准确与否直接关系到大气污染情况，对评价环保政策和举措发挥具有重要的意义。本文从研究现状入手，分析目前粉尘浓度测量仪检定装置存在的弊端和需要改进的方向，为我国粉尘浓度测量仪的溯源提供科学可靠的技术保障。

关键词：粉尘测量仪，检定装置，环境监测

DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.04.031

Study on the Calibration Device of Dust Concentration Measuring Instrument

ZHU Xiao-yan1 TONG Hai-bo2

（1. Linyi City Inspection and Testing Center；2. Linyi City Government Affairs Service Center）

Abstract： The dust concentration measuring instrument is an instrument used to measure the mass concentration of particulate matter suspended in the air. It is widely used in the monitoring of atmospheric and industrial dust. Its measurement results play an important role in ecological environment protection. Whether it is accurate or not is directly related to air pollution， and it is of great signifi cance to evaluate the actual effectiveness of environmental protection policies and measures. Starting from the current research situation， this paper analyzes the shortcomings of the current dust concentration meter verifi cation device and the direction that needs to be improved， which provides a scientifi c and reliable technical guarantee for the traceability of dust concentration meters in China.

Keywords： dust measuring instrument， verifi cation device， environmental monitoring

1 引 言

眾所周知，粉尘作为一种气溶胶，长时间悬浮在空气中，易被人体吸入，浓度达到一定水平，严重时还会造成粉尘爆炸等事故，对空气造成污染的同时也对人体健康产生较大的影响，现行有效的JJG 846-2015《粉尘浓度测量仪检定规程》[1]，对粉尘浓度测量仪（以下简称“粉尘仪”）的检定有了明确的规定，因此，研制粉尘仪检定装置，实现粉尘仪的量值溯源，确保量值准确可靠，对保证生产环境和人身安全具有重要的现实意义。

2 发展现状分析

2.1 粉尘仪的发展及现状

目前，国内的粉尘仪主要分为滤膜称重式、光散射式和β射线吸收式粉尘仪，后两者将粉尘浓度信号转化成电信号，可用于粉尘浓度的实时监测。

2.1.1 滤膜称重式粉尘仪

滤膜称重式粉尘仪设计的原理简单，通过滤膜采样前后的质量不同来设计。滤膜称重式粉尘仪采样器采集待测环境一定体积空气后，样本中包含的颗粒物逐步沉积至滤膜上，利用天平称取采样前后滤膜的质量，质量浓度则为滤膜质量差值与样本体积的比值，其测量结果为绝对质量浓度，比较准确，受所检测颗粒物的物理特性干扰较小。但在实际操作过程中，因其不易携带、测量耗用时间较长、工作效率低、受气流及温度等因素影响较大等原因，实时浓度无法获得，滤膜称重式粉尘仪使用范围受到限制。

2.1.2 β射线法吸收式粉尘仪

β射线法吸收式粉尘仪基于β射线通过介质强度发生衰减原理设计，其减弱程度取决于介质层的质量厚度，不易受颗粒的粒径等物理性质的影响，在一定范围内服从指数规律[2]。β射线法吸收式粉尘仪通过内置采样泵把待测环境的空气抽入样品收集管中，样品穿透滤膜时，将颗粒物截留在滤膜上，β射线对滤膜进行照射，强度衰减，通过衰减的具体程度计算得出质量浓度。因β射线法吸收式粉尘仪，滤膜安装在仪器内部，长时间使用后其稳定性将发生改变，使用的普遍程度不高。

2.1.3 光散射式粉尘仪

光散射式粉尘仪根据粉尘的散射光量与粉尘质量浓度成正比理论设计。光散射式粉尘仪光源发出光束后，照射到待测样品上，部分光束被散射，光电探测器将接收到的散射光信号转换为电信号，处理得到相应的质量浓度，具有测量快速灵敏、支持连续测量等优点，是一种使用较为广泛的粉尘仪，但长时间使用，光路会被污染，测量准确度会降低。

综上所述，不同类型的粉尘仪测量结果因测量原理的不同而存在差异，因此，统一检定标准，研制对粉尘仪整体性能进行评价的检定装置是十分有必要的。

2.2 粉尘仪检定装置的发展现状分析

国内对粉尘仪检定装置的研究起步较晚，自2015年国家颁布了粉尘仪检定规程，确定了检定方法后，国家才陆续对粉尘仪检定装置开始研究。2015年前，因国家只颁布光散射式粉尘仪的检定规程，国内还停留在对光散射式粉尘仪检定装置的研究上。重庆煤科院研究的粉尘浓度测量仪计量标准，北京市计量检测科学研究院和华东计量科学院联合研究的微尘粉尘仪的校准装置上，虽然都有较大的突破，但仍有所争议，并未达成一致意见，仍然满足不了计量检定及相关部门的需求[3]。

3 粉尘仪检定装置的研究方向

对于粉尘仪的检定方法，JJG 846—2015《粉尘浓度测量仪》中规定，模拟不同浓度的被测环境后，通过电子天平对滤膜采样称重、与标准采样装置数值比较等方式，对示值误差、示值重复性、绝缘电阻、绝缘强度等项目进行检定，来实现被测粉尘仪的量值传递。绝缘电阻和绝缘强度的测量方法比較简单，分别由技术成熟、简单易购的绝缘电阻表和耐压测试仪测得，而示值误差、示值重复性的测量因没有数值标定准确的瓶装颗粒物气溶胶标准物质，只能通过粉尘发生装置，实时发生颗粒物气溶胶来完成[4]，因此研制性能稳定的粉尘发生装置和标准采样装置是重点和难点所在。

3.1 粉尘发生装置的研制方向

粉尘发生装置就是要搭建一个稳定的、均匀的粉尘模拟环境，对于稳定性和均匀性的要求，JJG 846—2015《粉尘浓度测量仪》中明确指出，“测试段中参考粉尘仪采样口和受检粉尘仪采样口两个采样点三次相同测量平均值的偏差应不大于 5% ； 中心点稳定性（ 连续相同测量6次）实验标准偏差应不大于5%”。而两个点三次测量和6次连续相同测量的时间规程并没有明确规定，这给粉尘发生装置的研制和评价带来了困难。

目前，比较常见的粉尘发生装置是通过气溶胶发生装置制备气溶胶，并在风筒中扩散来完成。气溶胶制备装置受粉尘粒径、浓度、采样流量、沉降速度等原因，难以靠一台粉尘发生装置来实现所有粉尘环境的模拟。根据市场常见的粉尘仪，研制性能稳定的高浓度粉尘发生装置（10～1000）mg/m3和低浓度粉尘发生装置（0.1～10）mg/m3是发展趋势和方向。气溶胶发生装置一般基于高压雾化法、超声波雾化法和流化床气溶胶发生原理设计，查清楚发生原理对气溶胶发生装置的研究有着重要的意义。

影响均匀性和稳定性的另一重要因素就是扩散风筒内气溶胶颗粒的流动方式，而扩散流动方式又跟风筒内的引流风速有着密不可分的关系。引流风速对气溶胶的流动状态影响显著，若风速过小，气溶胶就过早沉降，出现堵塞，风速越大，气溶胶扩散的流动就越趋向均匀稳定，达到气溶胶理想的扩散流动状态，因此，确定适合的引流风速也是研制粉尘发生装置的又一关键所在。

3.2 标准采样装置的研制方向

由此可知，采样流量对标准采样装置有着较大的影响。被市面大多企业所接受的质量流量计，常被广泛地用于小流量气体测量控制领域，但当用于标准采样装置时，随着采样时间的增加，越来越多的粉尘颗粒吸附到滤膜上，常常会引起滤膜堵塞，因此用质量流量计难以控制稳定的采样流量，从而导致求得的标准粉尘的质量浓度与实际质量浓度存在较大误差。解决标准采样器稳定和滤膜不易堵塞问题成了研制标准采样装置的难点，质量流量控制器则可以控制稳定采样流量，或可以根据流量变化直接输出采样体积，从而确保样品体积的准确性，求得的标准粉尘的质量浓度更加可靠。

4 结 语

总的来说，研制性能稳定、便于携带、操作简便的粉尘浓度测量仪检定装置，对环境保护和工业生产有着十分重要的作用，但随着科技的发展，粉尘传感器被广泛应用，固定在环境检测现场，难以拆卸，重复的拆装也会对仪器的性能有较大的影响，因此研制在线粉尘仪检定装置，来替代传统的粉尘仪检定装置更应该是今后努力的方向，从而推动粉尘仪计量检定工作达到新的高度和新的水平。

参考文献

[1]粉尘浓度测量仪检定规程：JJG 846—2015.北京：中国质量出版社，2015.

[2]张洋.低浓度粉尘计量标准检定装置的研究[D].徐州：中国矿业大学，2020.

[3]刘颖，王龙，周中木.粉尘浓度测定仪示值误差校准不确定度评定[J].工业计量，2019，29（S1）：49-50.

[4]张国城，沈正生，赵红达，等.粉尘仪检定装置稳定性的考察[J].计量技术，2017（9）：39-42.

作者简介

朱晓艳，高级工程师，硕士研究生，研究方向为计量管理和计量检定。

佟海波，工程师，硕士研究生，研究方向为环境保护。

（责任编辑：刘宪银）