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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大氣采樣校準儀實乃(nai)為(wei)這類變化多端(duan)的(de)氣候環境量身(shen)定制的(de)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。
故事始(shi)于幾個(ge)曾用過艾里(li)卡特便(bian)攜(xie)式流(liu)量(liang)校準儀的(de)大氣環境監測工(gong)程師，幾位(wei)工(gong)程師在(zai)校準內含質量(liang)流(liu)量(liang)控制器的(de)動(dong)態氣體發生器的(de)過程中頗為受挫，冗長的(de)20個(ge)校準點過程極為繁瑣，于是便(bian)將容積式流(liu)量(liang)計(ji)替換成了艾里(li)卡特便(bian)攜(xie)式流(liu)量(liang)校準儀，至(zhi)此以后每個(ge)點的(de)校準過程僅(jin)需(xu)短短幾秒鐘(zhong)，即便(bian)在(zai)流(liu)量(liang)低至(zhi)5 sccm時。
上圖為低(di)壓(ya)損便攜式流量校準儀
此后不(bu)(bu)久，艾里卡特(te)推出(chu)了，其(qi)(qi)中一(yi)(yi)些工(gong)程師便將其(qi)(qi)用于工(gong)作(zuo)在(zai)(zai)室(shi)(shi)外的(de)(de)大氣顆粒物采(cai)樣(yang)儀的(de)(de)流量(liang)校(xiao)準(zhun)。對(dui)一(yi)(yi)臺實驗(yan)室(shi)(shi)級別的(de)(de)高精(jing)度流量(liang)校(xiao)準(zhun)儀來說，要在(zai)(zai)室(shi)(shi)外苛刻的(de)(de)氣候(hou)環境下(xia)工(gong)作(zuo)實為(wei)不(bu)(bu)易(yi)。由(you)此，我們便產生(sheng)了設計一(yi)(yi)臺既具有實驗(yan)室(shi)(shi)級別的(de)(de)精(jing)度同時又能(neng)工(gong)作(zuo)于惡劣氣候(hou)環境下(xia)的(de)(de)流量(liang)校(xiao)準(zhun)儀的(de)(de)想法。
上圖為FP-25校準(zhun)校準(zhun)賽默飛世爾2025i(FRM)顆粒物(wu)連續監測儀
用過低(di)壓損便(bian)攜式(shi)流(liu)量校準儀的(de)(de)工程(cheng)師們(men)告訴我們(men)，校準儀在室(shi)外需花較長(chang)時間才能與環(huan)境(jing)(jing)溫(wen)度達到平(ping)衡(heng)，尤(you)其是(shi)在陽光照射(she)強烈(lie)的(de)(de)晴天(tian)。被不銹(xiu)鋼整個(ge)包裹的(de)(de)內置(zhi)的(de)(de)溫(wen)度傳感(gan)器十分適用于(yu)實驗(yan)室(shi)內，挪到室(shi)外環(huan)境(jing)(jing)下就有點(dian)不濟了(le)。由此，我們(men)將(jiang)不銹(xiu)鋼換(huan)成了(le)鋁，相應減少包裹面積，但還是(shi)無法(fa)克服因(yin)熱輻射(she)產(chan)生的(de)(de)問題。
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大氣采樣校準儀即可(ke)于(yu)室外(wai)酷熱的(de)(de)陽光(guang)直射環(huan)境下迅(xun)速啟動開(kai)始流量校準并長時間工作(zuo)，即便從開(kai)著暖氣的(de)(de)車(che)中取(qu)出馬上置(zhi)于(yu)冰點以(yi)下的(de)(de)環(huan)境溫(wen)度(du)(du)工作(zuo)，也僅需幾分(fen)鐘(zhong)溫(wen)度(du)(du)平衡。
大氣(qi)環境是要全年監(jian)測(ce)的(de)(de)，美國北部和加(jia)拿大地區的(de)(de)工程師們(men)常(chang)常(chang)需要在(zai)零下(xia)30度(du)的(de)(de)室(shi)外環境下(xia)對大氣(qi)顆粒(li)物監(jian)測(ce)儀(yi)進行流量(liang)校(xiao)準。零點(dian)以(yi)下(xia)溫度(du)環境對電子儀(yi)器(qi)(qi)設備有(you)嚴重的(de)(de)破(po)壞性，電池(chi)續航(hang)時間變短、LCD顯示屏(ping)變暗甚至模(mo)糊、橡(xiang)膠密封圈脆化等。在(zai)冰(bing)點(dian)以(yi)下(xia)的(de)(de)環境工作，活塞式流量(liang)校(xiao)準儀(yi)將直(zhi)接結冰(bing)從而(er)無(wu)法工作，文丘(qiu)里管式流量(liang)校(xiao)準儀(yi)的(de)(de)壓力傳感(gan)器(qi)(qi)則變得無(wu)法預計的(de)(de)響應緩慢，從而(er)導致流量(liang)測(ce)量(liang)的(de)(de)精度(du)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大氣采樣校準儀的流量測(ce)量精度(du)相比于Alicat標準精度(du)的流量校準儀更勝(sheng)*，其流量讀數(shu)精度(du)在-30°C ~ +60°C這個溫度(du)量程范(fan)圍內始終優(you)于1%。
上圖為(wei)FP-25校(xiao)準(zhun)Met One BAM 1020/1022(FEM)顆(ke)粒物(wu)連續監測儀(yi)
據(ju)幾位工(gong)作(zuo)在一(yi)(yi)線(xian)(xian)的(de)(de)(de)大(da)氣(qi)(qi)環(huan)境(jing)監測(ce)(ce)(ce)工(gong)程(cheng)師告訴我們(men)，風(feng)力的(de)(de)(de)影響在大(da)氣(qi)(qi)顆(ke)粒(li)物(wu)(wu)在線(xian)(xian)監測(ce)(ce)(ce)儀(yi)(yi)的(de)(de)(de)流量(liang)(liang)(liang)校(xiao)準過程(cheng)中由(you)始(shi)至(zhi)終(zhong)都(dou)是(shi)(shi)一(yi)(yi)個(ge)(ge)不容小(xiao)(xiao)覷(qu)的(de)(de)(de)嚴重問(wen)題(ti)，一(yi)(yi)片小(xiao)(xiao)小(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)雪花即能阻(zu)塞文丘里(li)管流量(liang)(liang)(liang)計從而導(dao)致無法正常(chang)工(gong)作(zuo)。這是(shi)(shi)因(yin)大(da)氣(qi)(qi)顆(ke)粒(li)物(wu)(wu)在線(xian)(xian)監測(ce)(ce)(ce)儀(yi)(yi)的(de)(de)(de)流量(liang)(liang)(liang)校(xiao)準依據(ju)是(shi)(shi)體積(ji)(ji)流量(liang)(liang)(liang)，測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)體積(ji)(ji)流量(liang)(liang)(liang)時(shi)伴隨的(de)(de)(de)典型(xing)的(de)(de)(de)特(te)征就是(shi)(shi)氣(qi)(qi)路中前后壓(ya)(ya)差(cha)極(ji)小(xiao)(xiao)，從而不至(zhi)于(yu)(yu)影響體積(ji)(ji)流量(liang)(liang)(liang)讀(du)數。也正是(shi)(shi)因(yin)為這極(ji)小(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)壓(ya)(ya)損，使其對風(feng)異常(chang)敏(min)感。確實如此(ci)！因(yin)為此(ci)時(shi)此(ci)刻我桌上的(de)(de)(de)一(yi)(yi)臺低(di)壓(ya)(ya)損便(bian)攜式流量(liang)(liang)(liang)標(biao)(biao)定儀(yi)(yi)的(de)(de)(de)顯示屏上正跳(tiao)動著由(you)于(yu)(yu)辦(ban)公室內開著空(kong)調(diao)而產生(sheng)的(de)(de)(de)空(kong)氣(qi)(qi)流量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)讀(du)數。靈敏(min)至(zhi)此(ci)無疑(yi)是(shi)(shi)保證了流量(liang)(liang)(liang)測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)精度，但若(ruo)處于(yu)(yu)有風(feng)的(de)(de)(de)環(huan)境(jing)下工(gong)作(zuo)卻又衍生(sheng)了另一(yi)(yi)個(ge)(ge)麻煩。此(ci)外，有風(feng)的(de)(de)(de)天(tian)氣(qi)(qi)還將把(ba)空(kong)氣(qi)(qi)中的(de)(de)(de)灰塵或雪花也一(yi)(yi)起(qi)帶進流量(liang)(liang)(liang)標(biao)(biao)定儀(yi)(yi)中。
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(xiao)準流量(liang)讀數時(shi)所(suo)處于的工況(kuang)環境(jing)總是無(wu)限接近于大氣顆粒物監測儀在(zai)正常工況(kuang)下(xia)測得的流量(liang)讀數。
大雪紛飛、狂風暴雨、艷陽高照。。。FP-25大氣采樣校準儀能(neng)在任何氣候環(huan)境下正常穩定地校準每一臺(tai)大氣環(huan)境監測儀的流量。若您需要在其它特殊環(huan)境工況下校準氣體流量，也歡迎告訴我們(men)，艾里(li)卡特十(shi)分樂意幫您排憂解難。
