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申请/专利权人：中国计量科学研究院

摘要：本发明实施例提供一种移动式细颗粒物在线校准方法，包括：将移动式细颗粒物监测仪在线校准系统移动到被校准的细颗粒物监测仪所在的工作地点；将车载重量法标准装置和被校准的细颗粒物监测仪器放在车载移动平台内临近的空间位置；通过气溶胶发生器接将环境空气样品以发射气溶胶的形式向外发射，其中一路气溶胶进入到车载重量法标准装置，另一路气溶胶进入到被校准的细颗粒物监测仪器；记录车载重量法标准装置的细颗粒物质量浓度值为第一浓度值；以及记录被校准的细颗粒物监测仪器在相同采样测量时间内的细颗粒物质量浓度值为第二浓度值；将第一浓度值与第二浓度值进行比较，实现对细颗粒物监测仪器的比对和校准。实现对自动监测仪的在线校准。

主权项：1.一种移动式细颗粒物在线校准方法，其特征在于，采用移动式细颗粒物监测仪在线校准系统实施，所述移动式细颗粒物监测仪在线校准系统包括：车载移动平台、车载重量法标准装置、气溶胶发生器，所述车载重量法标准装置、所述气溶胶发生器设于所述车载移动平台上；通过移动式细颗粒物监测仪在线校准系统在线校准细颗粒物监测仪器；所述移动式细颗粒物在线校准方法，包括：将移动式细颗粒物监测仪在线校准系统移动到被校准的细颗粒物监测仪器所在的工作地点；将车载重量法标准装置和细颗粒物监测仪器放在车载移动平台内部的临近空间位置；设定车载重量法标准装置的相关参数，设定细颗粒物监测仪器的相关参数，将载重量法标准装置和被校准的细颗粒物监测仪同时开机；通过气溶胶发生器将环境空气样品以气溶胶形式分两路以相同的恒定流量向外发射，第一路气溶胶发射到车载重量法标准装置，第二路气溶胶进发射到细颗粒物监测仪器；车载重量法标准装置通过第一空白滤膜接收第一路气溶胶得到第一尘膜，并根据第一尘膜计算环境空气样品内细颗粒物质量浓度，记录为第一浓度值；细颗粒物监测仪通过第二空白滤膜接收第二路气溶胶得到第二尘膜，并根据第二尘膜计算环境空气样品内细颗粒物质量浓度值，记录为第二浓度值；其中，车载重量法标准装置和细颗粒物监测仪器对气溶胶的采样测量时间相同；将第一浓度值与第二浓度值进行比较，根据比较结果对细颗粒物监测仪器进行在线校准，将细颗粒物监测仪器对细颗粒物的检测精度校准到预定范围内；所述车载重量法标准装置包括采样模块、平衡模块、测量模块；所述车载重量法标准装置通过第一空白滤膜接收第一路气溶胶，并根据第一尘膜计算环境空气样品内细颗粒物质量浓度，记录为第一浓度值，具体包括：第一路气溶胶以恒定流量首先进入到车载重量法标准装置的采样模块，在采样模块内依次通过切割器、管路器后到达第一空白滤膜；通过切割器将环境空气样品的细颗粒物按照直径大小分级，在分级的同时通过相应的第一空白滤膜；第一空白滤膜获取相应级别的细颗粒物完成对环境空气样品的采样；同时通过真空泵采用气体平衡补偿的方法对抽取避免采样流量波动；其中，第一空白滤膜所获取的细颗粒物级别与细颗粒物检测仪器所获取的细颗粒物级别相同；在采样环境空气样品过程中随着时间推进，采样管路器会因滤膜的阻力增大而导致流量减小，通过质量流量传感器收集滤膜处的环境空气样品的瞬时流量，通过PID电路根据瞬时流量基于BP神经网络的模糊PID控制算法控制电磁比例阀调整第一进气口瞬时流量，实时校正因滤膜的阻力增大所引起的流量变化，确保采样管路器内的流量恒定；或者在环境空气样品流动方向上的滤膜前后安装气压传感器，通过气压传感器实时对采样前后的滤膜压进行监控；以及通过温湿度传感器实时采集车载重量法标准装置所在空间的气体的温度、湿度，根据理想气体状态算式，对车载重量法标准装置所在空间的气体进行压力、温度和湿度的补偿计算，达到精确控制采样管路器内的流量恒定；通过流量控制板查看在线校准过程中产生的各种数据；所述的移动式细颗粒物在线校准方法，还包括：在所述通过气溶胶发生器将环境空气样品以气溶胶形式分两路以相同的恒定流量向外发射之前，对车载重量法标准装置所需的第一空白滤膜和细颗粒物监测仪所需的第二空白滤膜分别进行称重；在得到第一尘膜后对第一尘膜称重得到第一尘膜的重量，将第一尘膜的重量与第一空白滤膜的重量之差作为附着在第一空白尘膜上的细颗粒物第一重量；在得到第二尘膜后对第二尘膜称重得到第二尘膜的重量，将第二尘膜的重量与第二空白滤膜的重量之差作为附着在第二空白尘膜上的细颗粒物第二重量；其中，对空白滤膜进行称重，具体包括：通过机械手将空白滤膜放入滤膜存储架的平衡位，对空白滤膜进行平衡达到第一预设时间段，此时达到空白滤膜的第一次恒重；通过机械手将空白滤膜从平衡位移入高精度天平，通过高精度天平对空白滤膜称重得到重量m1；其中，所述机械手是圆柱坐标型机器人，所述圆柱坐标型机器人不具有X轴轨道，具有预设强度的Z轴，所述圆柱坐标型机器人的运行轨道为绕圆心转动的扇形运动和升降运动；将空白滤膜移回滤膜存储架的平衡位，将空白滤膜进行平衡达到第二预设时间段，此时达到空白滤膜的第二次恒重；通过机械手将空白滤膜从平衡位移入高精度天平，通过高精度天平再次称量空白滤膜得到重量m2；其中，所述第二预设时间段小于所述第一预设时间段；计算空白滤膜的m1和m2的差值，判断空白滤膜的m1和m2的差值是否小于预设阈值，如果空白滤膜的m1和m2的差值不大于预设阈值，完成对该空白滤膜的称重，空白滤膜的重量为m1与m2的平均值；如果空白滤膜的m1和m2的差值大于预设阈值，则将重复将空白滤膜移回滤膜存储架的平衡位平衡预设时间后、自平衡位移入高精度天平位再次称重m3，直到m1与m3的差值不大于预设阈值，完成对该空白滤膜的称重，将m1与m3的平均值作为该空白滤膜的重量；对尘膜进行称重，具体包括：通过机械手将尘膜放入滤膜存储架的平衡位，对尘膜进行平衡达到第三预设时间段，此时达到尘膜的第一次恒重；通过机械手将尘膜从平衡位移入高精度天平，通过高精度天平对尘膜称重得到重量M1；将尘膜移回滤膜存储架的平衡位，将尘膜进行平衡达到第四预设时间段，此时达到尘膜的第二次恒重；通过机械手将尘膜从平衡位移入高精度天平，通过高精度天平再次称量尘膜得到重量M2；其中，所述第四预设时间段小于所述第三预设时间段；计算尘膜的M1和M2的差值，判断尘膜的M1和M2的差值是否小于预设阈值，如果尘膜的M1和M2的差值不大于预设阈值，完成对该尘膜的称重，尘膜的重量为M1与M2的平均值；如果尘膜的M1和M2的差值大于预设阈值，则将重复将尘膜移回滤膜存储架的平衡位平衡预设时间后、自平衡位移入高精度天平位再次称重M3，直到M1与M3的差值不大于预设阈值，完成对该尘膜的称重，将M1与M3的平均值作为该尘膜的重量；在空白滤膜或尘膜转运的过程中，当机械手不能按要求将空白滤膜或尘膜传送到指定工位时，发起故障报警、并停止机械手的动作；所述报警方式包括至少如下之一：声音报警、发光闪烁报警、短信报警；所述的移动式细颗粒物在线校准方法，还包括：在对车载重量法标准装置所采用的第一空白滤膜、以及第一尘膜进行称重过程中，通过低精度估算空气密度达到对高精度天平所采集到的空气浮力进行修正校准，在根据修正校准的空气浮力获得空白滤膜或尘膜的重量；所述对高精度天平所采集到的空气浮力进行修正校准，在根据修正校准的空气浮力获得空白滤膜或尘膜的重量，具体包括：首先获得测量所在地的空气密度，且参与空气密度计算的温度计的精度、气压计的精度和湿度表的精度决定空气浮力修正的精度，通过算式1进行低精度估算空气密度，测量所在地天平校准的空气密度为： 其中：ρa表示天平校准的空气密度，单位为gcm3；P表示大气压，单位为mmHg；保留预设位数的有效数字；U表示％相对湿度，进位为整数；保留预设位数的有效数字；t表示温度，单位为℃；保留预设位数的有效数字；es为1.3146×109×e-5315.56t+273.15；然后根据天平校准的空气密度对天平称重进行修正，天平称重未知物体的质量Mx的浮力修正算式为： 其中：Mx表示修正后的重量，单位是μg；MR表示天平读数，单位是μg；ρa表示天平校准的空气密度，单位是gcm3；ρc表示用于校准天平的标准密度，单位是gcm3；ρx表示未知称重质量的密度，单位gcm3；所述的移动式细颗粒物在线校准方法，还包括：对细颗粒物质的浓度含量进行计算；所述对细颗粒物质的浓度含量进行计算，具体包括：针对细颗粒物质的浓度含量，采用算式3： 其中：ρ表示细颗粒物的浓度，单位是μgm3；w2表示第一尘膜的重量，单位是mg；w1表示该空白滤膜的重量，单位是mg；V表示环境空气样品的标准体积，0℃、1个标准大气压下进入到车载重量法标准装置的环境空气样品体积，单位是m3；环境空气样品的恒定流量Q、采样时间t、获得采样环境空气样品的标准体积V之间的关系式4所示： 其中：Q，单位是Lmin；t，单位是s；将算式4带入算式3得到该细颗粒物质的浓度计算式5所示： 其中：w1表示采样前空白滤膜的重量；w2表示采样后的第一滤膜的重量；所述的移动式细颗粒物在线校准方法，还包括：对车载重量法标准装置所截取的该细颗粒物质，计算该细颗粒物质的浓度测量值不确定度；所述计算该细颗粒物质的浓度测量值不确定度，具体包括：该细颗粒物质的浓度测量值不确定度的构成因素包括：高精密天平称量引入的不确定度uΔ、质量流量计采样流量Q引入的不确定度uQ、采样时间t引入的不确定度ut、浓度测量值的合成不确定度ucρ、浓度测量值的扩展不确定度U、浓度测量值的相对扩展不确定度Urel；将空白滤膜的重量通过w1表示，第一尘膜的重量通过w2表示，由于w1、w2采用同一天平进行称量，因此w1、w2存在相关性；根据该细颗粒物质的浓度算式5，利用不确定度传播律，结合该细颗粒物质的浓度测量值不确定度的构成因素，整理得到细颗粒浓度的不确定度合成算式7： 根据不确定度合成算式7，得到影响精度天平称量相关的不确定度的因素包括：采样前空白滤膜重量测得值w1引入的不确定度uw1、采样后第一尘膜的重量测得值w2引入的不确定度uw2以及输入量w1和w2的协方差估计uw1,w2；由于空白滤膜和采样后的尘膜称量采用的是同一高精度天平，设测量的高精度天平本身存在综合误差Δ，标准不确定度为uΔ，则存在：uw1＝uw2＝uΔ；根据采用同一高精度天平测量两质量w1,w2具有相关性，设w1＝FΔ＝A+Δ；其中，A是空白滤膜重量测得值w1的示值，视为常数；w2＝GΔ＝B+Δ；其中，B是测量w2的示值，视为常数；则输入量w1,w2的协方差估计值为： 所以算式7中，u2w1+u2w2+2uw1,w2＝u2Δ+u2Δ+2u2Δ＝4u2ΔuΔ为精密天平引入的不确定度；所述高精度天平称量相关的不确定度包括如下确定度：高精度天平测量最大允许误差引入的不确定度u1Δ、高精度天平测量重复性引入的不确定度u2Δ、高精度天平测量示值估读引入的不确定度u3Δ、浮力修正引入的不确定度u4Δ、温湿度影响引入的不确定度u5Δ；其中：对所述天平测量最大允许误差引入的不确定度u1Δ的计算，具体包括：根据高精度天平所允许的在0.001g-0.5g范围内的最大允许误差，按照均匀分布进行计算，最大允许误差引入的不确定度为： 对所述高精度天平测量重复性引入的不确定度u2Δ的计算，具体包括：以一张固定的空白滤膜，设定空白滤膜采样时间为0，循环重复空白滤膜平衡-空白滤膜称重-采样-空白滤膜平衡-空白滤膜称重6次，得出标准偏差s；计算天平测量重复性引入的不确定度u2Δ；对所述高精度天平测量示值估读引入的不确定度u3Δ的计算，具体包括：高精度天平采用百万分之一天平，最小分度值为0.001mg，估读误差为12分度值，按均匀分布，可靠性为25％： 当高精度天平测量示值估读引入的不确定度u3Δ小于高精度天平测量重复性引入的不确定度u2Δ时，在计算不确定度时将u3Δ忽略：u3Δ＝0空气浮力修正引入的不确定度u4Δ的计算，具体包括：当细颗粒物为PM2.5颗粒物，计算空气浮力修正引入的不确定度u4Δ，且空气浮力修正引入的不确定度小于测量精度要求，将空气浮力修正引入的不确定度u4Δ忽略：u4Δ＝0所述温湿度影响引入的不确定度u5Δ的计算，具体包括：在高精度天平进行称重前对其内部校准，校准到符合当前温读、湿度状况的短时间称量，以及在称重的过程中将高精度天平始终处于高精度天平称重的环境条件要求的恒温恒湿环境中，因此由温湿度引入的不确定度u5Δ比较小，将温湿度引入的不确定度忽略：u5Δ＝0根据高精度天平测量最大允许误差引入的不确定度u1Δ、高精度天平测量重复性引入的不确定度u2Δ、高精度天平测量示值估读引入的不确定度u3Δ、浮力修正引入的不确定度u4Δ、温湿度影响引入的不确定度u5Δ，计算由高精度天平引入的不确定度uΔ为： 对所述质量流量计采样流量Q引入的不确定度uQ的计算，具体包括：1流量计最大允许引入的不确定度u1Q按检定证书设置的流量最大值引入：u1Q＝流量最大值×0.45％2流量重复性引入的不确定度u2Q流量重复性引入的不确定度属于不确定度A类评定针对环境空气样品以恒定流量16.67Lmin的流速采样10次，10次流速的平均值为10次流速的均方差为s；计算流量重复性引入的不确定度u2Q： 3示值估读引入的不确定度u3Q示值估读引入的不确定度u3Q属于不确定度B类评定，根据质量流量计的最小分度值、估读误差为12分度值，按均匀分布，可靠性为25％： 将质量流量计采样流量Q引入的不确定度uQ为： 采样时间采用精确的同步标准时间，24h误差小于1s，采样时间t引入的不确定度ut不确定度忽略不计：ut＝0；所述对细颗粒浓度测量值的合成不确定度ucρ的计算，具体包括：根据w1,w2,Q,t各自均值，通过算式7计算浓度测量值的合成不确定度ucρ： 所述对细颗粒物浓度测量值的扩展不确定度U的计算，具体包括：标准不确定度：u＝ucρ；若k＝2，则细颗粒物浓度测量值的扩展不确定度为:U＝ucρ×k所述对细颗粒物浓度测量值的相对扩展不确定度Urel的计算，具体包括：相对标准不确定度为：ucρρ×100％浓度测量值的相对扩展不确定度Urel：k＝2。

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