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基于振荡天平法的生产作业场所粉尘浓度测量装置研究与设计

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传感技术学报 2024年第11期37卷 1864-1871页

作者：王凯童仁园高道港李青中国计量大学机电工程学院浙江杭州310018 灾害监测技术与仪器国家地方联合工程研究中心浙江杭州310018

针对现有粉尘浓度测量技术在工业现场测量误差大、稳定性低的问题,设计了一种基于振荡天平法原理的粉尘浓度测量装置。为了提高振荡传感器测量精度,对不同材料、结构的振荡系统进行模态分析优化质量灵敏度。通过对振荡传感器磁耦合干扰... 详细信息

针对现有粉尘浓度测量技术在工业现场测量误差大、稳定性低的问题,设计了一种基于振荡天平法原理的粉尘浓度测量装置。为了提高振荡传感器测量精度,对不同材料、结构的振荡系统进行模态分析优化质量灵敏度。通过对振荡传感器磁耦合干扰问题进行研究,提出了一种线圈交错安装的传感器结构,并搭建实验平台确定交错参数,从而提高振荡传感器的稳定性。根据振荡特性设计了基于模拟乘法器的测频电路确保测量准确度。结合搭建的粉尘浓度测量系统进行测试,经实验验证:振荡传感器灵敏度为0.624 Hz/mg,重复性小于5%,在工业现场应用中,零漂在±0.1 mg/m^(3)以内,相对误差在±8%以内,具有较高的测量准确度,在干扰因素较多的生产作业场所仍具有良好的稳定性,满足应用需要。

关键词：粉尘浓度振荡天平法振荡传感器质量灵敏度磁耦合干扰

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基于振荡天平法的烟尘浓度在线监测装置

基于振荡天平法的烟尘浓度在线监测装置

作者：暴翔太原理工大学

学位级别：硕士

随着我国各行各业的飞速发展,空气质量越来越差,严重威胁着大家的身体健康,因而引起了广泛的关注和重视。固定污染源排放是大气污染的主要因素之一,它是我国环保部门重点监测的一项指标。为满足国家对固定污染源超低浓度排放监测的要求... 详细信息

随着我国各行各业的飞速发展,空气质量越来越差,严重威胁着大家的身体健康,因而引起了广泛的关注和重视。固定污染源排放是大气污染的主要因素之一,它是我国环保部门重点监测的一项指标。为满足国家对固定污染源超低浓度排放监测的要求,本文提出一种基于振荡天平法的烟尘浓度在线监测装置,其核心思想是利用物体固有频率与其自身的质量间有某种固定的函数关系,确定了物体的固有频率就可以间接得到物体的重量。用高精度频率测量电路对烟尘采样前后振荡管的固有频率进行测量,通过计算得到采样烟气中含有的烟尘颗粒物的质量。本文的主要工作如下:(1)基于振荡天平法烟尘浓度在线监测系统的设计。其烟尘采样部分利用模糊PID算法,实现了对烟道烟气的等流速采样。其烟尘连续称重部分采用振荡天平法的原理,实现了对烟尘颗粒物的精确连续称量。其烟尘样气检测部分实现了对采样烟气体积的温压补偿和氧含量折算。其数据显示部分实现了对烟尘浓度等关键数据的实时监测,并且提供历史曲线和数据报表等。该系统实现了对超低浓度排放下烟尘浓度的实时监测。(2)利用有限元分析软件ANSYS对振荡天平法质量传感器的核心元件振荡管进行了动力学建模和仿真。对不同参数下振荡管的振荡特性进行了细致仿真,得到了各种参数与振荡特性之间的关系,确定了振荡管结构的最优设计方案,该方案下的振荡管测量灵敏度很高,满足对超低浓度检测的要求。(3)设计了振荡天平法质量传感器的硬件电路。利用DDS芯片AD9832来生成频率可调节的激励信号。用相位差检测的方法来实现对振荡管固有频率的捕捉测量,频率测量电路的精度影响着质量传感器称量的精确度。根据等精度测频法的原理,利用具有100MHz晶振的FPGA,来实现对检测信号频率的测量,其测量精度可以达到0.001Hz。通过将振荡天平法质量传感器与分析天平进行比对,测量数据相对误差较低,能够精确称量0.1mg的烟尘颗粒物。将该质量传感器模块加入到烟尘浓度在线监测装置中,测量结果与离线式的滤膜称重采样法的测量结果具有较高的一致性。说明本文的基于振荡天平法的烟尘浓度在线监测装置具有使用价值,相信经过不断探索和改进,该产品应用前景十分广泛,能应用在工业、农业以及社会生活的有关环境质量检测的领域中去。

关键词：振荡天平法烟尘浓度振荡管 AD9832 相位差

基于硅胶除湿法提高振荡天平法颗粒物分析仪准确性的方法研究

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广东化工 2016年第11期43卷 248-249页

作者：张涛岳玎利师建中周炎广东省环境监测中心国家环境保护区域空气质量监测重点实验室广东广州510308

根据振荡天平法颗粒物分析仪浓度测值误差产生的原因,论述现有气体除湿方法的优缺点,自主研发一款气溶胶连续除湿装置。首次提出以硅胶除湿的方式提高振荡天平法颗粒物分析仪准确度的原理和方法,并论证该方法的技术可行性。

关键词：振荡天平法气溶胶连续除湿装置硅胶除湿

硅胶除湿法提高振荡天平法PM_(2.5)分析仪的准确性研究

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安徽农业科学 2016年第8期44卷 78-80页

作者：张涛师建中岳玎利周炎钟流举广东省环境监测中心国家环境保护区域空气质量监测重点实验室广东广州510308

以珠三角区域大气复合污染立体监测网络中大气超级站为观测点,利用自主研发的气溶胶连续除湿装置,采用硅胶除湿方式提高振荡天平法PM_(2.5)分析仪准确度的原理和方法,分析了振荡天平法PM_(2.5)浓度测值误差产生的原因。通过比对试验,验... 详细信息

以珠三角区域大气复合污染立体监测网络中大气超级站为观测点,利用自主研发的气溶胶连续除湿装置,采用硅胶除湿方式提高振荡天平法PM_(2.5)分析仪准确度的原理和方法,分析了振荡天平法PM_(2.5)浓度测值误差产生的原因。通过比对试验,验证了该方法的技术可行性,有效解决了振荡天平法PM_(2.5)颗粒物在线监测的连续除湿问题,特别是在潮热天气等相对湿度较大的情况下具有明显优势。

关键词：振荡天平法气溶胶连续除湿装置硅胶除湿

一种提高振荡天平法PM2.5分析仪测量准确性的方法

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一种提高振荡天平法PM2.5分析仪测量准确性的方法

空气质量自动监测系统中振荡天平法测尘仪测量不确定度的评定方法

中国环境科学学会2016年学术年会

作者：张涛岳玎利师建中周炎钟流举广东省环境监测中心国家环境保护区域空气质量监测重点实验室

以珠三角区域大气复合立体监测网络中大气超级站为观测点,自主研发了一款气溶胶连续除湿装置,首次提出了以硅胶除湿的方式提高振荡天平法PM分析仪准确度的原理和方法,论述现有气体除湿方法的优缺点,分析了振荡天平法PM浓度测值误差产生... 详细信息

以珠三角区域大气复合立体监测网络中大气超级站为观测点,自主研发了一款气溶胶连续除湿装置,首次提出了以硅胶除湿的方式提高振荡天平法PM分析仪准确度的原理和方法,论述现有气体除湿方法的优缺点,分析了振荡天平法PM浓度测值误差产生的原因。通过比对实验,验证了该方法的技术可行性,有效的解决振荡天平法PM颗粒物在线监测的连续除湿问题,特别是在湿热天气等相对湿度较大的情况下具有明显优势。

关键词：振荡天平法气溶胶连续除湿装置硅胶除湿

来源： cnki会议评论

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空气质量自动监测系统中振荡天平法测尘仪测量不确定度的评定方法

第十一届全国大气环境学术会议

作者：黄厔厦门市环境监测中心站

为检验测量结果的可信性、可比性和可接受性,必须对测量结果的不确定度进行评定。本文根据振荡天平法测尘仪的测量原理、校准方法分析不确定度的来源,按不确定度评定原则给出其评定方法。

关键词：振荡天平法测量不确定度评定方法

来源： cnki会议评论

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β射线法和振荡天平法在监测中的应用

辽宁城乡环境科技 2005年第5期25卷 16-17页

作者：姜峰大连市环境监测中心大连116023

β射线法和振荡天平法已在测定空气环境中颗粒物质,方法准确,灵敏度高。通过对两种方法监测原理、方法特点、仪器性能、监测数据的对比,两种方法具有很好的相关性。为更好地提出了仪器使用中存在的问题、解决方法以及两种仪器在实际应... 详细信息

β射线法和振荡天平法已在测定空气环境中颗粒物质,方法准确,灵敏度高。通过对两种方法监测原理、方法特点、仪器性能、监测数据的对比,两种方法具有很好的相关性。为更好地提出了仪器使用中存在的问题、解决方法以及两种仪器在实际应用中的性能,使用两种方法可知。

关键词： β射线法振荡天平法对比实验仪器应用监测原理应用平法振荡仪器性能颗粒物质

振荡天平法在固定污染源烟尘排放浓度监测中的研究

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资源节约与环保 2014年第1期29卷 99-99页

作者：丁剑江苏省环境监测中心江苏南京210000

振荡天平法是通过检测振荡频率的变化,测量沉积在滤膜上颗粒物的质量,根据采样体积,计算出该时段内颗粒物的质量浓度。且具有精度高、重复性好、测量迅速、步骤简单、自动化程度高等特点,很好的弥补了国内现有烟尘测试仪的缺点,必定会... 详细信息

振荡天平法是通过检测振荡频率的变化,测量沉积在滤膜上颗粒物的质量,根据采样体积,计算出该时段内颗粒物的质量浓度。且具有精度高、重复性好、测量迅速、步骤简单、自动化程度高等特点,很好的弥补了国内现有烟尘测试仪的缺点,必定会成为其未来发展的趋势。

关键词：振荡天平法烟尘监测便携式自动化

振荡天平的微质量传感元件及驱动电路优化设计

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振荡天平的微质量传感元件及驱动电路优化设计

作者：李志磊太原理工大学

学位级别：硕士

振荡天平微质量传感器利用振荡元件谐振频率与质量之间的固有关系对微质量进行称量。内部中空的微质量传感元件上端覆有滤膜,用于获取烟尘气中的颗粒物,并在线称量颗粒物。为进一步提高微质量传感器的灵敏度及简化驱动电路,本文对其核... 详细信息

振荡天平微质量传感器利用振荡元件谐振频率与质量之间的固有关系对微质量进行称量。内部中空的微质量传感元件上端覆有滤膜,用于获取烟尘气中的颗粒物,并在线称量颗粒物。为进一步提高微质量传感器的灵敏度及简化驱动电路,本文对其核心部件微质量传感元件进行了仿真优化设计,并且设计了基于STM32的数字闭环驱动电路。论文的主要工作如下:(1)微质量传感元件的运动分析。通过数学模型分析了微质量传感元件的振荡状态,着重对阻尼振荡及强迫振荡进行了分析对比。为后续微质量传感元件优化及数字驱动电路设计提供了理论基础。(2)质量传感元件的仿真优化。使用Solidworks进行微质量传感元件的模型组件工作,并使用有限元分析软件ANSYS对模型进行模态分析。选材方面,对常用材料进行了仿真实验,结果表明镁合金性能优异且耐用,最终选定镁合金为微质量传感元件的选材。选型方面,改进了复合双管微质量传感元件的尺寸设计,并对不同夹角的复合双管振荡元件进行了仿真实验分析,探究了双管夹角与振荡元件整体性能的关系。进一步改进复合双管微质量传感元件的整体设计,完成了振荡元件的初步优化。(3)微质量传感元件的进一步优化。采用渐进结构优化法对微质量传感元件进行进一步优化设计,添加激振力分析振荡元件的应力应变结果。在确保元件整体结构性能几乎无损失的情况下,实现了对元件多余材料的剔除。并对振荡元件不同部位材料删除方案进行了模态分析,实验对比显示,渐进结构优化法可有效实现振荡元件的轻质化。最终实现了振荡元件减重9.8%,质量灵敏度及频降比分别提高了58.1%,43.6%。振荡元件整体性能提升显著。(4)基于STM32的数字闭环驱动电路设计。以STM32为核心,采用AD9833芯片构成频率发生电路,实现了对振荡元件的初始强制驱动。运用自动增益控制电路实现了驱动信号的稳定输出。谐振频率的捕获利用了强迫振荡的相频特性,采用二分法算法在-90度处实现了对谐振频率的快速捕获。针对实验中振荡元件相频特性曲线异常的现象,通过改变激振信号的检测方法,由测电压法改为使用反相线性霍尔元件直接测量激振器另一端的磁场强度。有效减小了由检测所带来的相频特性曲线误差。针对霍尔元件输出波形异常的现象,设计了方波转换电路,有效地解决了问题。本文对振荡天平中微质量传感元件进行了优化,效果提升明显,验证了渐进结构优化法在实现振荡元件轻质化的有效性。所设计的数字闭环驱动电路避免了传统模拟闭环电路起振困难,易停振的缺陷。且无需加入测频电路,大大简化了整体电路的复杂度,具有一定实用价值。

关键词：振荡天平法烟尘颗粒物浓度有限元分析渐进结构优化数字闭环电路