RU2563762C2 - Measuring method of concentration of aerosol particles, and device for its implementation - Google Patents
Measuring method of concentration of aerosol particles, and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2563762C2 RU2563762C2 RU2013127071/28A RU2013127071A RU2563762C2 RU 2563762 C2 RU2563762 C2 RU 2563762C2 RU 2013127071/28 A RU2013127071/28 A RU 2013127071/28A RU 2013127071 A RU2013127071 A RU 2013127071A RU 2563762 C2 RU2563762 C2 RU 2563762C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aerosol
- concentration
- sensors
- calibration
- mcm
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Description
Предложенный способ позволяет измерять распределение по фракциям и концентрации твердых и жидких частиц аэрозоля в интервале размеров частиц: от 0,8 мкм до 2 мкм, от 2 мкм до 5 мкм, от 5 мкм до 10 мкм и более 10 мкм при помощи полупроводниковых кондуктометрических сенсоров по изменению проводимости.The proposed method allows to measure the distribution by fractions and concentration of solid and liquid aerosol particles in the range of particle sizes: from 0.8 μm to 2 μm, from 2 μm to 5 μm, from 5 μm to 10 μm and more than 10 μm using semiconductor conductometric sensors on the change in conductivity.
Техническое решение относится к способам контроля состояния атмосферного воздуха и может быть использовано для мониторинга загрязнения окружающей среды, а также для контроля за аварийными химическими выбросами.The technical solution relates to methods for monitoring the state of atmospheric air and can be used to monitor environmental pollution, as well as to control accidental chemical emissions.
В настоящий момент существует несколько способов контроля осаждаемого аэрозоля. Наиболее распространенным и признанным в качестве стандарта в Европе, в частности в России, Англии, Франции, Бельгии и др., является гравитационный способ, согласно которому из аэрозольного потока выделяют частицы и определяют их массу. Выделение частиц, как правило, осуществляется при пропускании проб воздуха через различные фильтры, и по массе частиц, осажденных на фильтрах, определяют концентрацию аэрозоля в воздухе по формуле (1):Currently, there are several ways to control the deposited aerosol. The most common and recognized as a standard in Europe, in particular in Russia, England, France, Belgium and others, is the gravitational method, according to which particles are extracted from the aerosol stream and their mass is determined. Particle extraction, as a rule, is carried out by passing air samples through various filters, and the concentration of aerosol in air is determined by the mass of particles deposited on the filters by the formula (1):
где m - масса осажденных частиц, мг;where m is the mass of precipitated particles, mg;
Q - объемный расход воздуха через пробоотборник, м3/с;Q - volumetric air flow through the sampler, m 3 / s;
τ - время отбора пробы, с.τ is the sampling time, s.
Основные преимущества этого способа - получение массовой концентрации веществ и отсутствие влияния их химического и дисперсного состава на результаты измерений. К недостаткам относится большая трудоемкость процесса измерения и отсутствие возможности контролирования изменения концентрации аэрозоля в режиме реального времени.The main advantages of this method are obtaining a mass concentration of substances and the absence of the influence of their chemical and dispersed composition on the measurement results. The disadvantages include the great complexity of the measurement process and the inability to control changes in aerosol concentration in real time.
Известен способ измерения концентрации частиц аэрозоля, состоящий из измерения аэрозоля кондуктометрическим полупроводниковым сенсором в реальном времени [1]. Недостатком данного способа является невозможность измерения дисперсного состава аэрозоля из-за нулевой избирательности данного типа сенсора.A known method of measuring the concentration of aerosol particles, consisting of measuring the aerosol conductometric semiconductor sensor in real time [1]. The disadvantage of this method is the inability to measure the dispersed composition of the aerosol due to the zero selectivity of this type of sensor.
Известен способ измерения концентрации частиц аэрозоля, состоящий из забора пробы из окружающей среды, распределения по дисперсности исследуемого потока аэрозоля по соответствующим камерам и измерения концентрации аэрозоля (исследуемого вещества) для каждой камеры, имеющей свой диапазон дисперсности [2]. Изобретение позволяет фиксировать во времени изменение концентрации аэрозоля и его дисперсности, обеспечивает совместное измерение дисперсного состава и концентрации аэрозоля в большом временном интервале. Недостатком данного изобретения является невысокая точность измерения концентрации аэрозоля и невозможность проведения измерений в реальном времени.A known method for measuring the concentration of aerosol particles, consisting of sampling from the environment, the dispersion distribution of the studied aerosol flow in the respective chambers and measuring the concentration of aerosol (analyte) for each chamber having its own dispersion range [2]. The invention allows to fix in time the change in the concentration of aerosol and its dispersion, provides a joint measurement of the dispersed composition and concentration of the aerosol in a large time interval. The disadvantage of this invention is the low accuracy of measuring the concentration of aerosol and the inability to conduct measurements in real time.
Известен способ измерения концентрации частиц аэрозоля газоанализатором на основе полупроводниковых кондуктометрических датчиков [3]. Однако в предложенном способе аэрозоль осаждается диффузией, что существенно затрудняет проведение контроля фракционного состава аэрозоля.A known method of measuring the concentration of aerosol particles by a gas analyzer based on semiconductor conductometric sensors [3]. However, in the proposed method, the aerosol is precipitated by diffusion, which greatly complicates the control of the fractional composition of the aerosol.
Наиболее близким является способ измерения концентрации частиц аэрозоля в реальном времени и устройство для его осуществления, состоящий из забора пробы из окружающей среды, распределения по дисперсности исследуемого потока аэрозоля по соответствующим камерам устройства и измерения концентрации аэрозоля для каждой камеры, имеющей свой диапазон дисперсности [4]. Недостатками данного способа и устройства являются дороговизна, а также громоздкость измерительного устройства и большое потребление энергии.The closest is a method for measuring the concentration of aerosol particles in real time and a device for its implementation, consisting of sampling from the environment, the dispersion distribution of the studied aerosol flow in the respective chambers of the device, and measuring the aerosol concentration for each chamber having its own dispersion range [4] . The disadvantages of this method and device are the high cost, as well as the bulkiness of the measuring device and high energy consumption.
Задачей технического решения является выбор условий, при которых измерения проводятся с минимальными материальными и энергетическими затратами.The objective of the technical solution is to select the conditions under which measurements are carried out with minimal material and energy costs.
Технический результат состоит в том, что заявленный способ позволяет снизить стоимость измерений и потребление энергии, а в части устройства - в уменьшении его массогабаритных характеристик.The technical result consists in the fact that the claimed method allows to reduce the cost of measurements and energy consumption, and in part of the device to reduce its weight and size characteristics.
Поставленная задача решается следующим образом. При применении заявляемого способа измерения концентрации частиц аэрозоля в реальном времени и устройства для его осуществления, состоящего из забора пробы из окружающей среды, распределения по дисперсности исследуемого потока аэрозоля по соответствующим камерам и измерения концентрации аэрозоля в каждой камере, измерения проводятся полупроводниковыми кондуктометрическими сенсорами по изменению их проводимости (после предварительного прогрева), для чего проводится предварительная калибровка сенсоров по их проводимости на атмосферном воздухе и на воздухе, содержащем аэрозоль с известной концентрацией и дисперсностью, которая принимается постоянной вплоть до окончания измерений, причем калибровка осуществляется для каждого сенсора. С учетом калибровки значения проводимостей пересчитываются в концентрации по заданному алгоритму.The problem is solved as follows. When using the proposed method for measuring the concentration of aerosol particles in real time and a device for its implementation, consisting of sampling from the environment, distribution of the dispersion of the studied aerosol flow in the respective chambers and measuring the concentration of aerosol in each chamber, the measurements are carried out by semiconductor conductometric sensors to change them conductivity (after preheating), for which a preliminary calibration of the sensors is carried out according to their conductivity in the atmosphere polar air and in air containing aerosol with a known concentration and dispersion, which is assumed to be constant until the end of measurement, the calibration is performed for each sensor. Taking into account the calibration, the conductivity values are recalculated in concentration according to a given algorithm.
Кроме того, в устройстве, состоящем из импактора с последовательно расположенными измерительными камерами для определенных диапазонов дисперсности частиц, установлены датчики концентрации аэрозоля, которыми согласно изобретению являются полупроводниковые кондуктометрические сенсоры.In addition, in the device, consisting of an impactor with successive measuring chambers for certain ranges of particle dispersion, aerosol concentration sensors are installed, which according to the invention are semiconductor conductometric sensors.
Кроме того, калибровку дополнительно проводят по другому известному веществу.In addition, calibration is additionally carried out on another known substance.
Кроме того, кондуктометрические сенсоры установлены в зоне торможения потока.In addition, conductometric sensors are installed in the area of flow inhibition.
Данное техническое решение позволяет снизить стоимость измерений и потребление энергии, а также уменьшить габариты устройства.This technical solution allows to reduce the cost of measurements and energy consumption, as well as reduce the dimensions of the device.
Техническая сущность предложенного решения поясняется фигурой, где представлено условное изображение функционирования устройства - импактора с полупроводниковыми кондуктометрическими сенсорами в процессе осуществления предложенного способа: импактор (1), входной патрубок (2), перегородки (3), отверстия (4) в перегородках (3), камеры (5) для аэрозоля с различной дисперсностью, полупроводниковые кондуктометрические сенсоры (6), выходной патрубок (7).The technical essence of the proposed solution is illustrated by the figure, which shows a conditional image of the functioning of the device - impactor with semiconductor conductometric sensors in the process of implementing the proposed method: impactor (1), inlet pipe (2), partitions (3), holes (4) in partitions (3) , chambers (5) for aerosol with different dispersion, semiconductor conductometric sensors (6), outlet pipe (7).
Предлагаемый способ состоит из последовательности следующих операций: через входной патрубок (2) в импактор осуществляется забор атмосферного воздуха, содержащего аэрозоль, попав в импактор (1), аэрозоль через отверстия (4) перегородок (3) поступает в измерительные камеры (5), в которых установлены сенсоры (6), и через выходной патрубок (7) покидает импактор (1). Так как отверстия (4) имеют разный диаметр, то поток аэрозоля проходит через них с разной скоростью, что позволяет в каждой камере (5) осаждать частицы на сенсоры и измерять концентрацию аэрозоля различной дисперсности. Для проведения измерений необходимо предварительно провести калибровку, которая осуществляется следующим образом. Сенсоры предварительно прогревают, и далее проводят калибровку сенсоров по их проводимости на атмосферном воздухе и воздухе, содержащем аэрозоль с известной концентрацией и дисперсностью. Калибровку осуществляют для каждого сенсора, количество калибровочных экспериментов с измерением проводимости сенсоров на воздухе, содержащем аэрозоль с известной концентрацией и дисперсностью, определяется исходя из требований к диапазону и точности измерений. Далее проводят измерения текущих значений проводимостей сенсоров в реальном времени, которые с учетом калибровки, по заданному алгоритму пересчитываются в концентрации.The proposed method consists of a sequence of the following operations: through the inlet pipe (2) to the impactor, atmospheric air containing an aerosol is taken into the impactor (1), the aerosol through the openings (4) of the partitions (3) enters the measuring chambers (5), which are equipped with sensors (6), and through the outlet pipe (7) the impactor (1) leaves. Since the holes (4) have different diameters, the aerosol flow passes through them at different speeds, which allows particles to be deposited on the sensors in each chamber (5) and to measure the concentration of aerosol of different dispersion. To take measurements, it is necessary to carry out a calibration first, which is carried out as follows. The sensors are preheated, and then the sensors are calibrated by their conductivity in atmospheric air and air containing an aerosol with a known concentration and dispersion. Calibration is carried out for each sensor, the number of calibration experiments with measuring the conductivity of sensors in air containing an aerosol with a known concentration and dispersion is determined based on the requirements for the range and accuracy of measurements. Next, measurements are made of the current values of the conductivity of the sensors in real time, which, taking into account the calibration, are recalculated in concentration according to a given algorithm.
Пример конкретного осуществления предложенного способа.An example of a specific implementation of the proposed method.
Калибровка проводилась с использованием, аэрозоля 15% водного раствора модельного вещества и импакторов. Испытания проводились в герметичной испытательной камере, объемом 8 м3, оборудованной вытяжной вентиляцией и технологическими отверстиями для подключения импактора с полупроводниковыми кондуктометрическими датчиками и такого же импактора с фильтрами Петрянова. В течение всех экспериментов импактор с полупроводниковыми кондуктометрическими сенсорами находился в камере, а для каждого эксперимента устанавливался такой же импактор с фильтрами Петрянова (на местах крепления сенсоров). Создание аэрозоля водного раствора осуществлялось с использованием ультразвукового генератора «Вулкан-2». Длительности распыления водного раствора выбирались в соответствии с производительностью генератора для равномерного охвата исследуемого диапазона концентраций. После каждого распыления осуществлялось перемешивание аэрозоля в течение одной минуты. Отбор аэрозоля производился параллельно через импактор с полупроводниковыми кондуктометрическими датчиками и через такой же импактор с фильтрами Петрянова. Объемы прокачиваемого воздуха через каждый импактор были равны. После отбора аэрозоля проводился продув камеры до полного очищения (не менее 15 минут). Определение количества аэрозоля модельного вещества, уловленного импакторами с фильтрами Петрянова, осуществлялось методом высокоэффективной жидкостной хроматографии со спектрофотометрическим детектированием. В процессе калибровки было проведено 7 калибровочных экспериментов, в результате которых были получены зависимости показаний концентрации аэрозоля, измеренных при помощи импактора с фильтрами Петрянова методом количественного химического анализа, от показаний импактора с полупроводниковыми кондуктометрическими датчиками. Калибровочная кривая представлена прямой линией с формулой (2):Calibration was carried out using an aerosol of a 15% aqueous solution of a model substance and impactors. The tests were carried out in a sealed test chamber with a volume of 8 m 3 , equipped with exhaust ventilation and technological holes for connecting an impactor with semiconductor conductometric sensors and the same impactor with Petryanov filters. During all experiments, an impactor with semiconductor conductometric sensors was in the chamber, and for each experiment, the same impactor with Petryanov filters was installed (at the points of attachment of the sensors). The creation of an aerosol aqueous solution was carried out using an ultrasonic generator "Volcano-2". The duration of spraying the aqueous solution was chosen in accordance with the performance of the generator for uniform coverage of the studied range of concentrations. After each spraying, aerosol was mixed for one minute. Aerosol was selected in parallel through an impactor with semiconductor conductometric sensors and through the same impactor with Petryanov filters. The volumes of air pumped through each impactor were equal. After sampling the aerosol, the chamber was purged until it was completely cleaned (at least 15 minutes). The amount of aerosol of a model substance captured by impactors with Petryanov filters was determined by high performance liquid chromatography with spectrophotometric detection. During the calibration process, 7 calibration experiments were carried out, as a result of which the dependences of the aerosol concentration readings measured using an impactor with Petryanov filters by the method of quantitative chemical analysis were obtained on the readings of an impactor with semiconductor conductometric sensors. The calibration curve is represented by a straight line with the formula (2):
где C - предполагаемая концентрация аэрозоля в мг/л,where C is the estimated concentration of aerosol in mg / l,
G - показания импактора с полупроводниковыми кондуктометрическими датчиками в отсчетах АЦП,G - readings impactor with semiconductor conductometric sensors in the ADC readings,
а и G0 - калибровочные коэффициенты, полученные при линейной аппроксимации результатов.and G 0 - calibration coefficients obtained by linear approximation of the results.
Список литературыBibliography
1. Патент США №5382341. «Способ детектирования дыма (аэрозоля)».1. US patent No. 5382341. "A method for detecting smoke (aerosol)."
2. Патент РФ №2296975, 10.04.2007, МПК7 G01N 15/02. «Импактор».2. RF patent No. 2296975, 04/10/2007, IPC 7 G01N 15/02. "Impactor."
3. Патент на полезную модель РФ №95846, 29.12.2009, G01N 27/00 (2006.01). «Газоанализатор на основе полупроводниковых кондуктометрических датчиков».3. Patent for a utility model of the Russian Federation No. 95846, 12/29/2009, G01N 27/00 (2006.01). "Gas analyzer based on semiconductor conductometric sensors."
4. Патент США №6431014, 13.08.2002, МПК7 G01N 15/02. «Высокоточный импактор аэрозоля и мониторинг».4. US patent No. 6431014, 08/13/2002, IPC 7 G01N 15/02. "High Precision Aerosol Impactor and Monitoring."
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013127071/28A RU2563762C2 (en) | 2013-06-13 | 2013-06-13 | Measuring method of concentration of aerosol particles, and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013127071/28A RU2563762C2 (en) | 2013-06-13 | 2013-06-13 | Measuring method of concentration of aerosol particles, and device for its implementation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013127071A RU2013127071A (en) | 2014-12-20 |
| RU2563762C2 true RU2563762C2 (en) | 2015-09-20 |
Family
ID=53278221
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013127071/28A RU2563762C2 (en) | 2013-06-13 | 2013-06-13 | Measuring method of concentration of aerosol particles, and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2563762C2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114279913B (en) * | 2021-11-19 | 2023-09-26 | 上海交通大学 | Method for calculating concentration of non-spherical polydisperse aerosol in closed space under action of gravity |
| CN117074332B (en) * | 2022-05-10 | 2024-06-11 | 天津师范大学 | Method for monitoring bioaerosol particles |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU268005A1 (en) * | И. В. Петр нов Соколов, В. И. Козлов, Э. А. Дружинин, Б. Ф. Садовский , Н. В. Поршнев | DEVICE FOR DETERMINING DISTRIBUTION OF PARTICLE SIZES OF AEROSOLS | ||
| WO2002018910A1 (en) * | 2000-09-01 | 2002-03-07 | Dekati Oy | A device for determining the size distribution of aerosol particles |
| RU2296975C2 (en) * | 2005-01-11 | 2007-04-10 | Федеральное агентство по атомной энергии | Impactor |
-
2013
- 2013-06-13 RU RU2013127071/28A patent/RU2563762C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU268005A1 (en) * | И. В. Петр нов Соколов, В. И. Козлов, Э. А. Дружинин, Б. Ф. Садовский , Н. В. Поршнев | DEVICE FOR DETERMINING DISTRIBUTION OF PARTICLE SIZES OF AEROSOLS | ||
| WO2002018910A1 (en) * | 2000-09-01 | 2002-03-07 | Dekati Oy | A device for determining the size distribution of aerosol particles |
| US20040025567A1 (en) * | 2000-09-01 | 2004-02-12 | Marko Marjamaki | Device for determining the size distribution of aerosol particles |
| RU2296975C2 (en) * | 2005-01-11 | 2007-04-10 | Федеральное агентство по атомной энергии | Impactor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013127071A (en) | 2014-12-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Markovic et al. | Characterization and optimization of an online system for the simultaneous measurement of atmospheric water-soluble constituents in the gas and particle phases | |
| CN105136992A (en) | VOC (Volatile Organic Compound) concentration online monitoring device and VOC concentration online monitoring method thereof | |
| CN108333299A (en) | A kind of marine main engine discharges pollutants quick precise testing device and method | |
| RU2563762C2 (en) | Measuring method of concentration of aerosol particles, and device for its implementation | |
| EP3510630A1 (en) | Apparatus and method for analysing a chemical composition of aerosol particles | |
| CN108414608B (en) | Method for real-time on-line monitoring and analyzing chemical components in complex reaction system and special device thereof | |
| Catrambone et al. | Performance evaluation of a very-low-volume sampler for atmospheric particulate matter | |
| CN110687062B (en) | System and method for detecting content of sulfur trioxide in flue gas | |
| CN103115917B (en) | A kind of method utilizing ICP-AES to measure impurity metallic elements in oil sample | |
| CN110187062A (en) | A kind of ship tail gas on-line checking analytical equipment and determination method | |
| Alroe et al. | Determining the link between hygroscopicity and composition for semi-volatile aerosol species | |
| CN104597109A (en) | Method for detecting content of selenium in cigarette mainstream smoke | |
| Yao et al. | Underestimation of sulfate concentration in PM 2.5 using a semi-continuous particle instrument based on ion chromatography | |
| CN206020144U (en) | Volatile organic matter sampling detector for multifunctional in a kind of water | |
| CN114235761A (en) | Fractal-state atmospheric mercury monitoring equipment and monitoring method | |
| RU2572291C2 (en) | Device to measure quantity of forcedly deposited aerosol particles in flow braking point | |
| CN207636537U (en) | One kind being based on mass spectrographic air pollutants detection device | |
| CN104597108A (en) | Method for detecting content of mercury in cigarette mainstream smoke | |
| JP4066989B2 (en) | Aerosol analyzer | |
| RU2333480C1 (en) | Tester for toxic gas control analytical instruments | |
| CN202631479U (en) | Device by utilizing electrochemical sensor to measure gas concentration | |
| Manova et al. | Atomic absorption spectrometry with electrothermal atomization to determine trace amounts of arsenic | |
| Yao et al. | Key Factors for Rapid Detecting 1, 1-dimethylhydrazine in Air by Solution Absorption/Spectrophotometry Method | |
| CN107677721A (en) | A kind of assay method for heating chromium in non-combustion-type tobacco product main flume, nickel, arsenic, selenium, cadmium and lead element | |
| CN108663429A (en) | One kind being based on mass spectrographic air pollutants detection device and detection method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151009 |