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暨惡劣氣候環境下大氣顆粒物監測儀的流量校準
呼吸一口清爽冰冷的空氣，感受雪花拍打在臉上的瞬間。。。這樣的場景是不是很美呢？你可知道這樣的氣候環境幾乎導致所有流量校準儀的既定精度極限失效。幸運的是，FP-25大氣采樣校準儀不受絲毫影響。多虧所有現場大氣環境監測工程師不斷提出的寶貴意見，FP-25大氣采樣校準儀實(shi)乃為(wei)這類變化多端的(de)氣候環境量身定制(zhi)的(de)流量校準儀(yi)。
上圖為FP-25校準Thermo Fisher Partisol 2000(FRM)
顆粒物連續監測儀
接下來我們就來講講FP-25大氣采樣校準儀如何誕生的故事。艾里卡特全新從研發到上市，幾個測試版本經過美國國內具有代表性氣候特點的環境監測站數輪反復試用，聆聽了眾多一線大氣環境監測工程師的核心意見，才有了如今這臺于所有大氣顆粒物在線監測儀流量校準的FP-25大氣采樣校準儀。
故事(shi)始于幾個(ge)曾用過(guo)(guo)艾里卡(ka)特便攜式流(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)校(xiao)(xiao)準儀的大氣環(huan)境監測工程(cheng)(cheng)師，幾位工程(cheng)(cheng)師在(zai)校(xiao)(xiao)準內(nei)含質量(liang)(liang)(liang)(liang)流(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)控制器的動態氣體(ti)發生(sheng)器的過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)頗為受挫，冗長(chang)的20個(ge)校(xiao)(xiao)準點(dian)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)極為繁瑣，于是便將(jiang)容積(ji)式流(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)計替(ti)換成(cheng)了艾里卡(ka)特便攜式流(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)校(xiao)(xiao)準儀，至(zhi)此以后每個(ge)點(dian)的校(xiao)(xiao)準過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)僅需短(duan)短(duan)幾秒鐘(zhong)，即(ji)便在(zai)流(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)低(di)至(zhi)5 sccm時。
上圖為低壓(ya)損便攜式流量校準儀(yi)
此(ci)后不(bu)久(jiu)，艾里卡特推出了，其中一(yi)(yi)些工程(cheng)師(shi)便(bian)將(jiang)其用(yong)于工作在室外的(de)(de)大氣(qi)顆粒(li)物(wu)采樣儀的(de)(de)流量校準(zhun)(zhun)。對(dui)一(yi)(yi)臺實驗室級別的(de)(de)高精度(du)流量校準(zhun)(zhun)儀來說，要在室外苛刻的(de)(de)氣(qi)候環境(jing)下(xia)工作實為不(bu)易(yi)。由此(ci)，我(wo)們便(bian)產生了設計(ji)一(yi)(yi)臺既具有實驗室級別的(de)(de)精度(du)同時又(you)能工作于惡劣(lie)氣(qi)候環境(jing)下(xia)的(de)(de)流量校準(zhun)(zhun)儀的(de)(de)想法。
上圖為FP-25校準校準賽默飛世(shi)爾2025i(FRM)顆粒物連續(xu)監測儀
用(yong)過低壓損便攜式流量(liang)校(xiao)準儀(yi)的(de)工程師們告(gao)訴我(wo)們，校(xiao)準儀(yi)在(zai)室(shi)外需花較長(chang)時間才能與環(huan)境溫度(du)達到平衡，尤其是(shi)在(zai)陽光照(zhao)射強烈的(de)晴(qing)天。被不銹(xiu)鋼整(zheng)個包(bao)裹的(de)內置(zhi)的(de)溫度(du)傳感(gan)器十分適用(yong)于(yu)實驗室(shi)內，挪到室(shi)外環(huan)境下就有點(dian)不濟(ji)了(le)。由(you)此，我(wo)們將不銹(xiu)鋼換(huan)成了(le)鋁，相應減少包(bao)裹面積，但還是(shi)無法克服(fu)因熱輻射產生的(de)問題(ti)。
為了縮減熱平衡時間，初的設想是改動內部溫度傳感器的位置，將其往下垂直移動些便可更加地測量空氣溫度，即便只是人為地消除因太陽熱輻射而造成的長時間熱平衡問題。后來我們為FP-25大氣采樣校準儀增加了快速相應的外置溫度探針，將氣道內的空氣溫度修正至大氣環境溫度。作此改良后，FP-25大氣采樣校準儀即(ji)(ji)可于室外酷(ku)熱的陽(yang)光直射(she)環(huan)境下迅(xun)速(su)啟動開(kai)(kai)始流量(liang)校準并長時間工作(zuo)，即(ji)(ji)便從開(kai)(kai)著暖(nuan)氣(qi)的車中取出馬上置于冰(bing)點(dian)以下的環(huan)境溫度(du)工作(zuo)，也僅需幾分鐘溫度(du)平(ping)衡。
大氣環境(jing)是要全年監(jian)(jian)測(ce)的(de)(de)，美(mei)國北部和加拿大地區的(de)(de)工(gong)程師們常(chang)常(chang)需要在(zai)零下(xia)(xia)30度的(de)(de)室外環境(jing)下(xia)(xia)對(dui)大氣顆粒物(wu)監(jian)(jian)測(ce)儀(yi)進(jin)行流量(liang)校(xiao)準(zhun)。零點(dian)以下(xia)(xia)溫(wen)度環境(jing)對(dui)電子儀(yi)器設備(bei)有嚴(yan)重的(de)(de)破(po)壞性(xing)，電池(chi)續(xu)航(hang)時間變短、LCD顯(xian)示屏變暗甚(shen)至(zhi)模糊、橡膠密封(feng)圈脆化等。在(zai)冰(bing)點(dian)以下(xia)(xia)的(de)(de)環境(jing)工(gong)作，活塞式流量(liang)校(xiao)準(zhun)儀(yi)將直(zhi)接結冰(bing)從而無法工(gong)作，文丘里管(guan)式流量(liang)校(xiao)準(zhun)儀(yi)的(de)(de)壓(ya)力傳感器則變得無法預計的(de)(de)響應(ying)緩慢，從而導致流量(liang)測(ce)量(liang)的(de)(de)精度偏差。
在零度以下的工作環境保證流量測量精度十分具有挑戰性。零點以下的溫度變化將使電子壓力傳感器自身發生形變，從而導致響應偏差。對于這一廣為熟知的棘手問題，艾里卡特的工程師們終想出一創新的解決方案。我們對每一臺FP-25大氣采樣校準儀的壓力傳感器在-30°C ~ +60°C整個溫度量程范圍內進行測試，于多個點監測其響應性能，終生成每一臺FP-25大氣采樣校準儀*的壓力-溫度響應曲線，并將曲線融為此臺FP-25大氣采樣校準儀終流量與壓力標定的一部分。得益于這一*的設計，FP-25大氣采樣校準儀的(de)流量(liang)(liang)測量(liang)(liang)精(jing)度(du)相(xiang)比于Alicat標準精(jing)度(du)的(de)流量(liang)(liang)校準儀更勝*，其流量(liang)(liang)讀數精(jing)度(du)在-30°C ~ +60°C這個(ge)溫度(du)量(liang)(liang)程范(fan)圍(wei)內(nei)始終(zhong)優于1%。
上圖為FP-25校準Met One BAM 1020/1022(FEM)顆(ke)粒物連續(xu)監測(ce)儀
據幾位工(gong)作在(zai)一(yi)線的(de)(de)(de)(de)大(da)氣(qi)(qi)環境監測工(gong)程師告訴我(wo)們，風力(li)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響在(zai)大(da)氣(qi)(qi)顆粒(li)(li)物(wu)在(zai)線監測儀(yi)的(de)(de)(de)(de)流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)校準過程中(zhong)(zhong)由始至(zhi)(zhi)終都(dou)是一(yi)個不容小(xiao)(xiao)覷的(de)(de)(de)(de)嚴重(zhong)問題，一(yi)片(pian)小(xiao)(xiao)小(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)(de)雪花(hua)即能(neng)阻塞文丘(qiu)里管流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)計(ji)從而導(dao)致(zhi)無法正(zheng)(zheng)常(chang)工(gong)作。這是因大(da)氣(qi)(qi)顆粒(li)(li)物(wu)在(zai)線監測儀(yi)的(de)(de)(de)(de)流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)校準依據是體積(ji)流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)，測量(liang)(liang)(liang)(liang)體積(ji)流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)時伴隨(sui)的(de)(de)(de)(de)典型的(de)(de)(de)(de)特(te)征就是氣(qi)(qi)路(lu)中(zhong)(zhong)前后(hou)壓(ya)差極(ji)小(xiao)(xiao)，從而不至(zhi)(zhi)于影(ying)響體積(ji)流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)讀數(shu)。也正(zheng)(zheng)是因為這極(ji)小(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)(de)壓(ya)損(sun)，使其對風異常(chang)敏(min)感。確(que)實如此(ci)(ci)！因為此(ci)(ci)時此(ci)(ci)刻我(wo)桌上(shang)的(de)(de)(de)(de)一(yi)臺低(di)壓(ya)損(sun)便攜式(shi)流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)標(biao)定儀(yi)的(de)(de)(de)(de)顯(xian)示屏(ping)上(shang)正(zheng)(zheng)跳(tiao)動(dong)著由于辦公室內開著空(kong)調(diao)而產生的(de)(de)(de)(de)空(kong)氣(qi)(qi)流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)讀數(shu)。靈敏(min)至(zhi)(zhi)此(ci)(ci)無疑是保證了流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)測量(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)精度，但若處于有風的(de)(de)(de)(de)環境下工(gong)作卻又衍(yan)生了另一(yi)個麻煩(fan)。此(ci)(ci)外，有風的(de)(de)(de)(de)天氣(qi)(qi)還將把空(kong)氣(qi)(qi)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)灰塵或雪花(hua)也一(yi)起帶進流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)標(biao)定儀(yi)中(zhong)(zhong)。
為解決這個問題，我們首先想到的是從大氣顆粒物在線監測儀的制造商們那里找突破，因為大氣顆粒物在線監測儀本身的防風防塵問題是很久以前就已被攻克的。每一臺大氣顆粒物監測儀的入口處都有濾膜用以過濾大顆粒塵埃，百葉窗式的設計使得進口管以下的空氣流量不受風力影響。艾里卡特FP-25大氣采樣校準儀正是充分利用了上述這些大氣顆粒物監測儀既有的防風防塵性能，將FP-25大氣采樣校準儀直接嵌入連接于大氣顆粒物監測儀的進氣管道下方，我們稱之為直接模式。采用此連接模式，FP-25大氣采樣校準儀直接被接在PM10監測儀入口管段下方或PM2.5監測儀氣旋切割器(VSCC)上方(如果有VSCC的話)，徹*底地保護了流量傳感器免遭刮風、灰塵、雨水、雪花的影響，從而確保FP-25大氣采樣校準儀校準(zhun)流量讀(du)數(shu)時(shi)所(suo)處于的工況環境總是無限接近于大氣顆粒物(wu)監測(ce)儀在正常(chang)工況下測(ce)得(de)的流量讀(du)數(shu)。
大雪紛飛、狂風暴雨、艷陽高照。。。FP-25大氣采樣校準儀能在任何氣候環境下正(zheng)常穩定地校(xiao)準(zhun)每一臺大氣環境監測儀的流量。若您需要在其它(ta)特(te)殊環境工況下校(xiao)準(zhun)氣體流量，也(ye)歡迎告訴我們，艾(ai)里卡特(te)十分(fen)樂意幫您排憂解(jie)難。
