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原文传递基于滤膜自动称重测量空气中颗粒物浓度的不确定度分析方法

专利名称：	基于滤膜自动称重测量空气中颗粒物浓度的不确定度分析方法
摘要：	本发明公开了一种基于滤膜自动称重测量空气中颗粒物浓度的不确定度分析方法。本发明首先采用所述的自动称重测量系统对待检测空气中PM2.5颗粒物的浓度进行检测，然后根据检测结果建立数学模型；再根据建立的数学模型进行不确定度来源分析并对不确定度分量进行计量；再依次合成相对标准不确定度、合成相对扩展不确定度。本系统测量过程均由电脑控制，无需人工干预，实时显示浓度值，生成各种图表，并能长期保存。本发明在存储数据的基础上，对该检测过程进行了不确定度评定，不确定度评定中全面分析了系统误差和随机误差引入的不确定度分量，最终得到的不确定数据准确、可信。为在线计量提供了可靠的方法依据。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	河南;41
申请人：	河南省计量科学研究院
发明人：	樊玮;王琳;邹君臣;朱永宏;王广俊;闫继伟;师恩洁;路兴杰;郝霞莉;刘文思
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-20T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-11T00:00:00+0800
申请号：	CN201910213823.5
公开号：	CN109870395A
代理机构：	郑州大通专利商标代理有限公司
代理人：	许艳敏
分类号：	G01N15/06(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	450000 河南省郑州市金水区花园路21号
主权项：	1.一种颗粒物采样称重装置，其特征在于，包括：箱体；膜盘，其回转设置在所述箱体内，且在所述膜盘上呈圆周布设有多个膜夹，各所述膜夹上匹配放置有滤膜；气体采集单元，其设置在所述箱体内，并与所述膜盘对应设置；至少一个所述膜夹对应设置在所述气体采集单元内，且相应工位的滤膜位于气体采集单元的进气口和出气口之间，实现气体颗粒物的过滤采集；称重单元，其设置在所述箱体内，实现对滤膜的称重；以及转移单元，其实现滤膜在所述膜盘与所述称重单元之间的转移。 2.根据权利要求1所述的颗粒物采样称重装置，其特征在于，还包括与所述称重单元对应的罩壳，所述箱体内设置有驱动所述罩壳的升降单元；所述升降单元包括第一支架和设置在第一支架与罩壳之间的升降动力推杆；或所述升降单元包括第一支架、设置在第一支架上的丝杠和第一滑轨、以及驱动丝杠转动的第一电机，所述罩壳顶部设置有支撑杆，支撑杆的端部设置有与所述丝杠匹配的丝母、以及与所述第一滑轨匹配的滑块；还包括读码器和静电消除棒，在各所述滤膜上设置有识别码，所述称重单元为天平，所述天平底部设置有减震座，所述箱体为恒温恒湿箱。 3.根据权利要求1所述的颗粒物采样称重装置，其特征在于，所述转移单元包括：导向座；匹配设置在所述导向座内的立杆，所述立杆能够相对于所述导向座升降动作和旋转动作，所述立杆的顶部设置有移送臂，所述移送臂的端部设置有托环；下支架，其与所述导向座固定连接，在所述下支架上设置有第二滑轨；匹配滑动设置在所述第二滑轨上的滑移架，所述滑移架上设置有第二电机，所述立杆的下端部与所述第二电机传动连接；以及驱动所述滑移架相对于所述导向座升降动作的升降动力推杆；所述膜盘与箱体之间设置有转轴，且在箱体上设置有驱动转轴旋转的第三电机，所述膜夹中部设置有托送口，所述托环经过所述托送口顶升所述滤膜脱离膜盘。 4.根据权利要求3所述的颗粒物采样称重装置，其特征在于，所述气体采集单元包括：上支座，在所述上支座上设置有顶盖和进气口；下支座，在所述下支座上设置有支撑柱，支撑柱上滑动设置有升降台，所述升降台与对应的托送口对应；以及驱动所述升降台在所述支撑柱上上下动作的驱动部；所述升降台中部设置有沉槽，在所述沉槽的底部或侧部设置有出气口，通过所述升降台的顶升，使得所述滤膜密封压设在升降台与所述顶盖之间；所述驱动部为升降动力推杆；或所述驱动部包括中部铰接在下支座上的摆杆，摆杆的一端与所述升降台底部对应，与所述摆杆的另一端对应的下支座上设置有凸轮和驱动凸轮转动的第四电机，所述凸轮的动作带动所述摆杆的摆动。 5.一种颗粒物质量浓度自动测定系统，其特征在于，包括：采样切割装置，其包括采样头和切割器；如权利要求1-4任一所述的颗粒物采样称重装置，所述气体采集单元的进气口与切割器的出气端连通；流量检测及处理装置，其包括依次通过输气管道连通的流量计、抽气泵和过滤器，所述流量计的进气端与所述气体采集单元的出气口连通；以及控制器，所述控制器控制各部件的动作，并记录所述滤膜的称重数值和流量计的数值。 6.一种基于滤膜自动称重测量空气中颗粒物浓度的不确定度分析方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： S1、采用权利要求5所述的颗粒物浓度自动测定系统对空气中PM2.5的浓度ρ进行测量：测量体积为V的空气中PM2.5的质量为m，则该空气中PM2.5颗粒物浓度为ρ＝m/V； S2、根据步骤S1测定的结果建立数学模型：所检测空气中PM2.5颗粒物的浓度为：ρ＝m/V 根据空气体积：可建立数学模型，式中，ρ表示测量所得空气中PM2.5颗粒物的浓度，V表示检测的空气体积，m表示检测的体积为V的空气中PM2.5颗粒物的质量，Q表示采样系统中流量计的采样流量m3/min，p表示采样期间测试现场环境的平均大气压力kPa，Tn表示标准状态下的热力学温度273K，t表示采样时间h，pn表示标准状态下的大气压力101.325kPa，T表示采样期间测试现场环境的平均温度K； S3、不确定度来源分析：根据上述得到的数学模型：经过细化可得，PM2.5浓度测定结果的合成相对标准不确定度为：即：式中，ρ表示测量所得空气中PM2.5颗粒物的浓度，V表示检测的空气体积，m表示检测体积为V的空气中PM2.5颗粒物的质量，Q表示采样系统中流量计的采样流量m3/min，p表示采样期间测试现场环境的平均大气压力kPa，t表示采样时间h，T表示采样期间测试现场环境的平均温度K； u(Q)表示大气采样流量计引入的标准不确定度/m3/min；u(T)表示气温读数引入的标准不确定度/K；u(p)表示气压读数引入的标准不确定度/kPa；u(t)表示采样时间引入的标准不确定度/min；u(m)表示称量时引入的标准不确定度/g； ur(Q)表示大气采样流量计引入的相对标准不确定度；ur(T)表示气温读数引入的相对标准不确定度；ur(p)表示气压读数引入的相对标准不确定度；ur(t)表示采样时间引入的相对标准不确定度；ur(m)表示称量时引入的相对标准不确定度；所以，影响基于滤膜自动称重测量空气中PM2.5颗粒物浓度测量结果的相对标准不确定度分量为： (1)ur(Q)表示大气采样流量计引入的相对标准不确定度； (2)ur(T)表示气温读数引入的相对标准不确定度； (3)ur(p)表示气压读数引入的相对标准不确定度； (4)ur(t)表示采样时间引入的相对标准不确定度； (5)ur(m)表示称量时引入的相对标准不确定度； S4、合成相对标准不确定度： S5、合成相对扩展不确定度：取扩展因子k＝2，检测空气中PM2.5颗粒物浓度测量结果的相对扩展不确定度Urel＝k·urel(ρ)。 7.根据权利要求6所述的基于滤膜自动称重测量空气中颗粒物浓度的不确定度分析方法，其特征在于，步骤S3所述的大气采样流量计引入的相对标准不确定度分量ur(Q)的计算如下：流量计的最大允许误差为±Δ，a＝Δ，k＝2， ur(Q)＝a/k 式中，a表示区间的带宽，k为置信因子；步骤S3所述气温读数引入的相对标准不确定度分量ur(T)的计算如下：所用温度计在T0℃时的示值误差为±ΔT，a＝ΔT/(273+T0)，均匀分布 ur(T)＝a/k 式中，a表示区间的带宽，k为置信因子；步骤S3所述气压读数引入的相对标准不确定度分量ur(p)的计算如下：所用压力表在1008hPa时的示值误差为-1.8hPa，相对误差为a＝0.0018，均匀分布式中，b表示相对误差，a表示区间的带宽，k为置信因子；步骤S3所述采样时间引入的相对标准不确定度分量ur(t)的计算如下：所用秒表在24h时的误差为-0.74s，相对误差为a＝0.0000086，均匀分布式中，b表示相对误差，a表示区间的带宽，k为置信因子。 8.根据权利要求6所述的基于滤膜自动称重测量空气中颗粒物浓度的不确定度分析方法，其特征在于，步骤S3所述称量时引入的标准不确定度分量u(m)包括天平允许误差引入的标准不确定度分量u(mτ)、空白滤膜质量重复性测量引入的标准不确定度分量u(m1)与采样后滤膜质量重复性测量引入的标准不确定度分量u(m2)；所述称量时引入的相对标准不确定度分量ur(m)，计算具体如下： m＝m2-m1 则称量时引入的相对标准不确定度分量为：式中，u(m)表示称量时引入的标准不确定度分量，u(mτ)表示天平允许误差引入的标准不确定度分量，u(m1)表示空白滤膜质量重复性测量引入的标准不确定度，u(m2)表示采样后滤膜质量重复性测量引入的标准不确定度分量，m表示测量所得的PM2.5颗粒物的质量，m1表示天平称量所得空白滤膜的平均质量，m2表示天平称量所得采样后滤膜的平均质量。 9.根据权利要求8所述的基于滤膜自动称重测量空气中颗粒物浓度的不确定度分析方法，其特征在于， ①、天平允许误差引入的标准不确定度分量u(mτ)的计算如下：十万分之一天平的校准结果：(0.01～20)g范围测量误差为-0.02mg；a＝0.02mg，均匀分布单次测量的天平允许误差引入的标准不确定度分量由空白滤膜和采样后滤膜两次称量天平允许误差引入的标准不确定分量为： ②、空白滤膜质量重复性测量引入的标准不确定度u(m1)的计算如下：空白滤膜质量单次测量的标准偏差用贝塞尔公式表示为：式中，s(yi)表示空白滤膜质量单次测量结果的标准偏差，yi表示每次测量空白滤膜的质量测试值，表示多次测量空白滤膜质量的平均值，n表示空白滤膜质量的测量次数，i表示空白滤膜质量的测量结果序号，i＝1，2，3……n；多次重复性测量空白滤膜质量之后，空白滤膜质量测量过程中，由测量重复性引入的标准不确定度为： ③、采样后滤膜质量重复性测量引入的标准不确定度分量u(m2)的计算如下：采样后滤膜质量单次测量的标准偏差用贝塞尔公式表示为：式中，SR1表示采样后滤膜质量单次测量结果的标准偏差，yj表示每次测量采样后滤膜的质量测试值，表示多次测量采样后滤膜质量的平均值，n表示采样后滤膜质量的测量次数，j表示采样后滤膜质量的测量结果序号，j＝1，2，3……n；多次重复性测采样后滤膜质量之后，采样后滤膜质量测量过程中，由测量重复性引入的标准不确定度为：
所属类别：	发明专利