聶紅梅

（山東省冶金科學(xué)研究院有限公司，山東 濟(jì)南250014）

1 前 言

固定污染源是大氣污染的主要組成部分，通過(guò)對(duì)其廢氣的含量檢測(cè)是控制達(dá)標(biāo)排放的一項(xiàng)重要手段。根據(jù)2018年3月份實(shí)施的新國(guó)標(biāo)HJ 836—2017《固定污染源廢氣顆粒物測(cè)定重量法》中關(guān)于采樣后稱(chēng)量條件的要求，需要有恒溫恒濕稱(chēng)重系統(tǒng)，如對(duì)PM2.5 的測(cè)量。因涉及對(duì)微量物質(zhì)的測(cè)量，所以要求系統(tǒng)具有較高的溫濕度控制精度及防震性能，因此開(kāi)發(fā)一款具有高精度、高防震性能的恒溫恒濕稱(chēng)重系統(tǒng)尤為必要。針對(duì)現(xiàn)有恒溫恒濕稱(chēng)重系統(tǒng)技術(shù)存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種結(jié)構(gòu)合理、設(shè)計(jì)科學(xué)、使用便捷的稱(chēng)重系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)工作原理

對(duì)廢氣的含量檢測(cè)，目前常用的測(cè)量方法有光透射法、激光后向散射法、電荷法、β 射線(xiàn)吸收法、過(guò)濾稱(chēng)重法等。其中，過(guò)濾稱(chēng)重法目前使用較為廣泛。為獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，稱(chēng)重過(guò)程對(duì)稱(chēng)量天平的精度要求越來(lái)越高，對(duì)稱(chēng)量環(huán)境的恒溫恒濕要求也越來(lái)越高。對(duì)于1/100 000 精度級(jí)別的天平，震動(dòng)對(duì)其測(cè)量值的影響十分明顯，產(chǎn)生的誤差足以導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果失真。

恒溫恒濕稱(chēng)重系統(tǒng)為滿(mǎn)足采樣后稱(chēng)量條件的要求，在恒溫恒濕環(huán)境內(nèi)放置十萬(wàn)分之一天平，將要稱(chēng)量的樣品放入恒溫恒濕箱體內(nèi)平衡24 h 后再進(jìn)行稱(chēng)量。該系統(tǒng)解決了實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度濕度的變化與環(huán)境灰塵顆粒物對(duì)樣品稱(chēng)重結(jié)果的影響，極大地提高了稱(chēng)量樣品結(jié)果的準(zhǔn)確性，該產(chǎn)品也用于其它對(duì)稱(chēng)量環(huán)境要求較高的樣品稱(chēng)量。

恒溫恒濕稱(chēng)重系統(tǒng)適用于稱(chēng)量47 mm濾膜、90 mm濾膜、低濃度采樣頭、3#濾筒。該系統(tǒng)集合眾多領(lǐng)先技術(shù)，可對(duì)處理對(duì)象進(jìn)行恒溫恒濕平衡，并進(jìn)行后續(xù)的稱(chēng)重，整個(gè)過(guò)程都在封閉潔凈環(huán)境下完成，能有效防止環(huán)境微塵的污染。同時(shí)預(yù)留射頻識(shí)別（RFID）讀寫(xiě)功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)編碼、識(shí)別和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)管理。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)能夠采集與顯示稱(chēng)重系統(tǒng)箱體內(nèi)溫度、濕度等實(shí)時(shí)參數(shù)，可根據(jù)具體要求通過(guò)觸摸屏輸入實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)的設(shè)置，適應(yīng)不同國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)要求。該系統(tǒng)具備聲音報(bào)警功能，根據(jù)反饋信號(hào)，實(shí)時(shí)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開(kāi)斷。本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為核心，由觸摸輸入、LED 顯示電路、傳感器、A/D轉(zhuǎn)換、隔離開(kāi)關(guān)和執(zhí)行電路、報(bào)警電路等組成?？刂葡到y(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)原理框圖

傳感器輸出的模擬量，經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器放大信號(hào)，再通過(guò)A/D模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。觸摸屏輸入的是系統(tǒng)參數(shù)的上、下限極限值，若檢測(cè)到的信號(hào)值出現(xiàn)不在此極限區(qū)間的情況，單片機(jī)就會(huì)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器產(chǎn)生報(bào)警，此時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制稱(chēng)重系統(tǒng)箱體內(nèi)環(huán)境做出相應(yīng)的調(diào)整，使得溫度、濕度等參數(shù)回歸到設(shè)定的參數(shù)區(qū)間。

3.2 防震設(shè)計(jì)

針對(duì)現(xiàn)有恒溫恒濕稱(chēng)重系統(tǒng)防震技術(shù)存在的不足，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了防震系統(tǒng)，通過(guò)該裝置減少震動(dòng)對(duì)測(cè)量值的影響，進(jìn)一步保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

本設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，將恒溫恒濕空調(diào)器與操作艙分離，保證稱(chēng)重環(huán)境的同時(shí)，減少了恒溫恒濕空調(diào)運(yùn)行時(shí)對(duì)稱(chēng)重結(jié)果的影響。通過(guò)在稱(chēng)重防震結(jié)構(gòu)中設(shè)置阻尼管、減震彈簧、隔震墊、減震墊和減震輪的多重防震設(shè)計(jì)，減少震動(dòng)對(duì)稱(chēng)重精度的影響，提高稱(chēng)重的準(zhǔn)確性。

該防震式恒溫恒濕稱(chēng)重裝置的外殼內(nèi)設(shè)置有操作艙，外殼殼體上設(shè)置有控制面板，外殼外設(shè)置有恒溫恒濕空調(diào)器，恒溫恒濕空調(diào)器通過(guò)通風(fēng)管連通所述操作艙。其特征在于，操作艙下側(cè)設(shè)置有稱(chēng)重防震結(jié)構(gòu)，稱(chēng)重防震結(jié)構(gòu)為由上框架和下框架組成的長(zhǎng)方體框架結(jié)構(gòu)，下框架包括成對(duì)角豎直設(shè)置的4根立桿，立桿的底部之間通過(guò)固定底桿來(lái)固定連接；上框架為架設(shè)在下框架頂部的矩形框架，上框架的中部設(shè)置有若干與邊框平行的支桿，上框架的邊緣與支桿的上表面分布設(shè)置若干減震墊，操作艙固定設(shè)置于減震墊上。相鄰的兩個(gè)立桿的上部之間相對(duì)設(shè)置有阻尼管，每根阻尼管的一端均與其對(duì)應(yīng)的立桿固定連接，另一端上側(cè)均鉸接1根活動(dòng)桿的一端，活動(dòng)桿的另一端與上框架的下表面鉸接。

3.3 其他設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

恒溫恒濕稱(chēng)重系統(tǒng)的水箱集成于箱體底部，避免外部管路連接；壓縮機(jī)與箱體采用軟管連接，杜絕了震動(dòng)的傳導(dǎo)。采用國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，存儲(chǔ)量達(dá)3 000條以上，數(shù)據(jù)采集周期＜1 s。產(chǎn)品外型美觀，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，符合人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)，便于操作。控溫、控濕、防震等主要參數(shù)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，技術(shù)指標(biāo)領(lǐng)先。

4 結(jié) 語(yǔ)

該恒溫恒濕稱(chēng)重系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果符合HJ 836—2017《固定污染源廢氣低濃度顆粒物的測(cè)定重量法》標(biāo)準(zhǔn)要求，適用于手動(dòng)稱(chēng)量采樣濾膜、低濃度采樣頭及3#濾筒，每個(gè)處理對(duì)象均有獨(dú)立儲(chǔ)存位，可充分暴露于恒溫恒濕環(huán)境中，具備多試樣批處理能力。工作艙可完全密封，保證系統(tǒng)與外界微塵有效隔離，工作艙頂部安裝風(fēng)機(jī)過(guò)濾系統(tǒng)（FFU），使?jié)崈艨諝鈴捻敳空髡志鶆蛩统觯囼?yàn)過(guò)程自動(dòng)完成，無(wú)需人為干預(yù)，具有穩(wěn)定、精確、可調(diào)節(jié)的溫濕度控制系統(tǒng)，無(wú)需額外建恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室，可選配十萬(wàn)分之一電子天平。防震天平臺(tái)具有獨(dú)特的系統(tǒng)去耦設(shè)計(jì)，確保電子天平不受微震動(dòng)干擾平穩(wěn)工作。

恒溫恒濕稱(chēng)重系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)樣品平衡和稱(chēng)量在同一恒溫恒濕箱內(nèi)操作完成，保證樣品稱(chēng)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。箱體采用合理循環(huán)風(fēng)方式，保證箱體內(nèi)溫濕度均勻。該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理、使用方便，減少了震動(dòng)對(duì)測(cè)量值的影響，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)等震動(dòng)源與箱體分離，進(jìn)行了柔性連接，克服了防震靜音的難題，避免了系統(tǒng)震動(dòng)對(duì)天平稱(chēng)量產(chǎn)生的干擾。