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暨惡劣氣候環(huán)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(chǎng)景是不是很美呢？你可知道這樣的氣候環(huán)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(chǎng)大氣環(huán)境監測工程師不斷提出的寶貴意見(jiàn)，FP-25大氣采樣校準儀實(shí)乃為這類(lèi)變化多端的氣候環(huán)境量身定制的流量校準儀。
上圖為FP-25校準Thermo Fisher Partisol 2000(FRM)
顆粒物連續監測儀
接下來(lái)我們就來(lái)講講FP-25大氣采樣校準儀如何誕生的故事。艾里卡特全新大氣采樣校準儀FP-25從研發(fā)到上市，幾個(gè)測試版本經(jīng)過(guò)美國國內具有代表性氣候特點(diǎn)的環(huán)境監測站數輪反復試用，聆聽(tīng)了眾多一線(xiàn)大氣環(huán)境監測工程師的核心意見(jiàn)，才有了如今這臺于所有大氣顆粒物在線(xiàn)監測儀流量校準的FP-25大氣采樣校準儀。
故事始于幾個(gè)曾用過(guò)艾里卡特便攜式流量校準儀的大氣環(huán)境監測工程師，幾位工程師在校準內含質(zhì)量流量控制器的動(dòng)態(tài)氣體發(fā)生器的過(guò)程中頗為受挫，冗長(cháng)的20個(gè)校準點(diǎn)過(guò)程極為繁瑣，于是便將容積式流量計替換成了艾里卡特便攜式流量校準儀，至此以后每個(gè)點(diǎn)的校準過(guò)程僅需短短幾秒鐘，即便在流量低至5 sccm時(shí)。
上圖為低壓損便攜式流量校準儀
此后不久，艾里卡特推出了低壓損便攜式流量校準儀，其中一些工程師便將其用于工作在室外的大氣顆粒物采樣儀的流量校準。對一臺實(shí)驗室級別的高精度流量校準儀來(lái)說(shuō)，要在室外苛刻的氣候環(huán)境下工作實(shí)為不易。由此，我們便產(chǎn)生了設計一臺既具有實(shí)驗室級別的精度同時(shí)又能工作于惡劣氣候環(huán)境下的流量校準儀的想法。
上圖為FP-25校準校準賽默飛世爾2025i(FRM)顆粒物連續監測儀
用過(guò)低壓損便攜式流量校準儀的工程師們告訴我們，校準儀在室外需花較長(cháng)時(shí)間才能與環(huán)境溫度達到平衡，尤其是在陽(yáng)光照射強烈的晴天。被不銹鋼整個(gè)包裹的內置的溫度傳感器十分適用于實(shí)驗室內，挪到室外環(huán)境下就有點(diǎn)不濟了。由此，我們將不銹鋼換成了鋁，相應減少包裹面積，但還是無(wú)法克服因熱輻射產(chǎn)生的問(wèn)題。
為了縮減熱平衡時(shí)間，初的設想是改動(dòng)內部溫度傳感器的位置，將其往下垂直移動(dòng)些便可更加地測量空氣溫度，即便只是人為地消除因太陽(yáng)熱輻射而造成的長(cháng)時(shí)間熱平衡問(wèn)題。后來(lái)我們?yōu)?strong>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(huán)境溫度。作此改良后，FP-25大氣采樣校準儀即可于室外酷熱的陽(yáng)光直射環(huán)境下迅速啟動(dòng)開(kāi)始流量校準并長(cháng)時(shí)間工作，即便從開(kāi)著(zhù)暖氣的車(chē)中取出馬上置于冰點(diǎn)以下的環(huán)境溫度工作，也僅需幾分鐘溫度平衡。
大氣環(huán)境是要全年監測的，美國北部和加拿大地區的工程師們常常需要在零下30度的室外環(huán)境下對大氣顆粒物監測儀進(jìn)行流量校準。零點(diǎn)以下溫度環(huán)境對電子儀器設備有嚴重的破壞性，電池續航時(shí)間變短、LCD顯示屏變暗甚至模糊、橡膠密封圈脆化等。在冰點(diǎn)以下的環(huán)境工作，活塞式流量校準儀將直接結冰從而無(wú)法工作，文丘里管式流量校準儀的壓力傳感器則變得無(wú)法預計的響應緩慢，從而導致流量測量的精度偏差。
在零度以下的工作環(huán)境保證流量測量精度十分具有挑戰性。零點(diǎn)以下的溫度變化將使電子壓力傳感器自身發(fā)生形變，從而導致響應偏差。對于這一廣為熟知的棘手問(wèn)題，艾里卡特的工程師們終想出一創(chuàng )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(gè)溫度量程范圍內進(jìn)行測試，于多個(gè)點(diǎn)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(xiàn)，并將曲線(xiàn)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大氣采樣校準儀的流量測量精度相比于A(yíng)licat標準精度的流量校準儀更勝*，其流量讀數精度在-30°C ~ +60°C這個(gè)溫度量程范圍內始終優(yōu)于1%。
上圖為FP-25校準Met One BAM 1020/1022(FEM)顆粒物連續監測儀
據幾位工作在一線(xiàn)的大氣環(huán)境監測工程師告訴我們，風(fēng)力的影響在大氣顆粒物在線(xiàn)監測儀的流量校準過(guò)程中由始至終都是一個(gè)不容小覷的嚴重問(wèn)題，一片小小的雪花即能阻塞文丘里管流量計從而導致無(wú)法正常工作。這是因大氣顆粒物在線(xiàn)監測儀的流量校準依據是體積流量，測量體積流量時(shí)伴隨的典型的特征就是氣路中前后壓差極小，從而不至于影響體積流量讀數。也正是因為這極小的壓損，使其對風(fēng)異常敏感。確實(shí)如此！因為此時(shí)此刻我桌上的一臺低壓損便攜式流量標定儀的顯示屏上正跳動(dòng)著(zhù)由于辦公室內開(kāi)著(zhù)空調而產(chǎn)生的空氣流量的讀數。靈敏至此無(wú)疑是保證了流量測量的精度，但若處于有風(fēng)的環(huán)境下工作卻又衍生了另一個(gè)麻煩。此外，有風(fēng)的天氣還將把空氣中的灰塵或雪花也一起帶進(jìn)流量標定儀中。
為解決這個(gè)問(wèn)題，我們首先想到的是從大氣顆粒物在線(xiàn)監測儀的制造商們那里找突破，因為大氣顆粒物在線(xiàn)監測儀本身的防風(fēng)防塵問(wèn)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(guò)濾大顆粒塵埃，百葉窗式的設計使得進(jìn)口管以下的空氣流量不受風(fēng)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(fēng)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(jìn)氣管道下方，我們稱(chēng)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(huà))，徹*底地保護了流量傳感器免遭刮風(fēng)、灰塵、雨水、雪花的影響，從而確保FP-25大氣采樣校準儀校準流量讀數時(shí)所處于的工況環(huán)境總是無(wú)限接近于大氣顆粒物監測儀在正常工況下測得的流量讀數。
大雪紛飛、狂風(fēng)暴雨、艷陽(yáng)高照。。。FP-25大氣采樣校準儀能在任何氣候環(huán)境下正常穩定地校準每一臺大氣環(huán)境監測儀的流量。若您需要在其它特殊環(huán)境工況下校準氣體流量，也歡迎告訴我們，艾里卡特十分樂(lè )意幫您排憂(yōu)解難。
