计量科学与技术

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多气源格局下天然气计量体系国内外进展

成伟, 杨添波, 李长武, 侯立凯, 包福兵, 倪金春

2024, 68(1): 3-9, 75. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0321

摘要(384)

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摘要:
随着人们对环境问题的重视度越来越高，天然气作为一种清洁能源在我国化石能源消费体系中的占比也正在提升。近年来，在天然气消费过程中出现了不同气源的天然气增多、进口天然气比例上升等问题，形成了天然气管网多气源的格局。由于不同气源的天然气发热量存在明显差异，我国目前实行的天然气计量体系难以进行准确的贸易计量以及碳排放核算，需积极推进新型计量体系的建设。基于此，该文主要围绕国内外天然气计量体系的发展现状进行研究，介绍了体积计量、质量计量和能量计量3种计量方式及其测量原理，从技术标准、计量仪器、量值溯源方面对比分析了国内外现行的天然气计量技术，阐述我国在计量体系建设上开展的一系列工作，指出能量计量法从天然气的发热量出发，结合天然气的体积或质量流量，面对不同气源、不同品质的天然气能进行高效、准确的计量，是多气源天然气格局下的更公平、合理的计量方式。同时，指出我国在天然气气质分析设备、构建天然气分析溯源、管网中的核查技术等方面存在不足。

机动车尾气排放颗粒数浓度评价综述：法规发展和监测技术

吴丹, 沈上圯, 刘佳琪, 丑佳, 赵红达, 赵汐, 张国城

2024, 68(1): 10-17. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0310

摘要(166)

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PDF(33)

摘要:
环境颗粒物水平对人体健康有紧密的联系，而道路交通排放是城市环境颗粒物的重要来源。随着机动车尾气排放颗粒物质量浓度接近测量下限，灵敏度更高的颗粒物测量手段及评价方法的开发亟需解决。机动车颗粒物排放在过去二十年中受到越来越多的关注，使得全球排放法规发生了许多变化，包括更严格的标准、新指标以及拓展到更广泛的非道路应用领域。这些变化产生了对能够实时测量、高灵敏度、车载仪器的新要求。而颗粒物数量浓度的测量作为评价机动车排放颗粒物污染重要的补充手段，相关法规及研究者们都在不断的探索指标的评价依据和评价方法，综述了这一指标在相关法规中的发展历程，以及针对机动车尾气排放颗粒数浓度现有的测量方法，包括当前和新发展的仪器原理及应用范围进行了综述，为机动车尾气排放颗粒数浓度测量及评价的技术发展提供参考。

基于空气动力学法的呼吸性粉尘采样器采样效能评价

刘佳琪, 张国城, 吴丹, 田莹, 沈上圯, 潘一廷, 丑佳

2024, 68(1): 18-23. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0311

摘要(132)

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摘要:
呼吸性粉尘是指空气动力学当量直径在7.1 μm以下，可随着呼吸进入人肺部的粉尘，这类粉尘对人身体健康有害，是尘肺病的来源之一，需要严格监测其浓度。呼吸性粉尘采样器是煤炭行业常用的呼吸性粉尘浓度测量仪前端的重要零部件，其采样效能是指粉尘透过采样器前级分离装置的能力，是评价呼吸性粉尘采样器的重要指标之一。基于呼吸性粉尘采样器原理，提出了一种基于空气动力学法的采样头采样效能检测方法，并搭建了检测装置，对几种型号的进口和国产产品进行检测。与现行检测标准相比，该方法步骤简单，可直接溯源到空气动力学粒径谱仪的粒径和浓度，检测周期短，时间至少缩短98%，且重复性好，不受繁琐的采样、洗脱、溶液荧光定值等步骤的影响，大大降低了检测成本。检测结果表明，6个型号的采样头只有1个符合要求，急需提高产品质量。

GA-BP模型在大气微站数据修正中的应用

闫续, 张国城, 冯端, 沈上圯, 杨振琪, 董谋, 赵红达, 刘晨照

2024, 68(1): 24-30. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0341

摘要(124)

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摘要:
针对大气微站中的电化学气体传感器选择性不足，容易受到非目标气体交叉干扰的问题，提出使用遗传算法（GA）优化的反向传播（BP）神经网络模型（GA-BP模型）对微站进行数据修正的方法。GA-BP模型在善于处理非线性黑箱问题的BP神经网络模型的基础上引入具有全局寻优能力的GA，通过GA对神经网络的初始参数进行优化，弥补了BP神经网络容易陷入局部极小值的缺陷，提升了模型整体的精度和稳定性。实验结果表明，经过GA-BP模型修正后的微站可以实现对混合气体中的NO₂、CO、O₃和SO₂的准确定量分析，4种气体浓度的计算值和实测值之间的拟合优度（R²）均超过了0.95，与一元、多元线性回归和传统的BP神经网络相比，修正效果优势明显。此外，GA-BP模型还具有良好的泛化能力，将未参与训练的微站数据带入其中，得到的4种气体浓度计算值和实测值之间的R²值也均在0.88以上，证明了本方法具有很好的适用性，可以为厂家提升设备性能以及使用者得到准确的空气污染物的浓度数据提供有益的参考。

环境空气采样用滤膜截留效率测试方法研究

刘巍, 王婷, 邹亚雄, 张文阁, 刘文儒, 刘伟光, 郭亮

2024, 68(1): 31-36, 52. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0338

摘要(106)

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摘要:
为了满足环境空气滤膜截留效率的测试需求，保障环境空气滤膜截留效率测试的一致性和准确性，针对滤膜截留效率测试方法中所涉及的关键影响因素和可行性进行分析，分别研制了基于颗粒物数量浓度和基于颗粒物质量浓度的两种滤膜截留效率测试方案，用于开展环境空气滤膜截留效率的测试。介绍了环境空气滤膜截留效率测试的原理、实验装置需求和试验过程，并在此基础上针对不同材质和应用的环境颗粒物采样滤膜进行了测试。实验数据结果表明，在截留效率测试结果的符合性上两种方法保持高度的一致性，而在测试数据上，基于数量浓度的测试方法略低于基于质量浓度的测试方法，综合分析原因在于测试方法本身的限制和不同检测装置带来的测试偏差，但整体上对测试结果的影响可以忽略，两种方法均具有较高的可靠性和等效性。研究成果为进一步推广于实际应用中，可以根据实际实验装置的配置，任意选择基于颗粒物数量浓度或者颗粒物质量浓度中的一种测试方法进行滤膜截留效率的测试，为保证测试的准确可靠奠定了基础。

基于原位稀释技术的口罩颗粒物过滤效率测试仪校准研究

张明, 邹亚雄, 王婷, 刘巍, 刘伟光, 徐广强, 杨杰

2024, 68(1): 37-43, 62. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0337

摘要(78)

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摘要:
提出以一种原位气溶胶稀释器作为标准器，用于口罩颗粒物过滤效率测试仪的校准方法。该方法可以弥补传统校准方法（标准光度计法和标准滤膜法）在可操作性和溯源性方面的不足。原位气溶胶稀释器以多根限流毛细管组合和气溶胶原位稀释为特点，是一种结构型式满足在口罩夹具位置接入使用的限流式气溶胶稀释器。在工况流量已知的情况下，经过标定的稀释器，可根据校准过程中采集到的上下游差压，计算得到稀释器的稀释比。为证明该流量法稀释比可以直接转化为稀释器所提供的过滤效率参考值使用，文中针对稀释比校准方法进行了讨论。将校准过程类比于对气溶胶颗粒的同轴非等速采样，进行了斯托克斯数的推导计算，说明了所使用限流毛细管的吸入效率接近1。计算得到伴有扩散损失的毛细管内的输送效率大于0.99。使用原位气溶胶稀释器针对典型测量对象开展校准实验，并进行了参考值的不确定度分析。上述内容共同验证了稀释法校准的可行性和有效性。

微生物采样器采样效率测试方法研究

马晓丽, 邹亚雄, 刘巍, 王婷, 刘文儒, 张明, 刘伟光

2024, 68(1): 44-52. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0340

摘要(89)

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PDF(18)

摘要:
为更好的满足市场上不同类型的微生物气溶胶采样器测试需求，进一步指导生物气溶胶采样器的设计、制造、实际应用，提升国产生物气溶胶采样器的研发水平和测试精度，介绍了通过发生粒子模拟微生物气溶胶测试微生物采样器采样效率的荧光法和计数法两种测试装置的组成、测试方法以及数据处理步骤等。同时采用两种测试方法对国产的AGI-30微生物采样器和安德森六级微生物采样器进行测试，得到两款采样器的采样效率结果，以及不同采样条件对采样效率的影响。数据结果表明，AGI-30微生物采样器的采样效率随着发生颗粒粒径的增大而增加，对5 μm颗粒的采样效率可达90%以上，且随着采样流量的增大，采样效率逐渐减小。此外，采样时间对采样效率也有明显的影响。安德森六级微生物采样器对8种不同粒径的粒子的采样效率均较高，基本在99%左右，存在随着粒径增大，采样效率增大的趋势。此外，通过两种测试方法的比较，可以明确荧光法和计数法与传统微生物培养法相比较更为简便，且测试过程安全、数据可靠，能够快速得到测试结果。同时荧光法与计数法相比实验过程存在较多步骤，且存在荧光淬灭问题，因此两种方法相比较，可优先选择计数法对生物采样器进行采样效率测试。

振动传感器温度与横向灵敏度校准技术研究

倪博, 田芳怡, 赵嫚, 赵永祺, 朱文绮

2024, 68(1): 53-62. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0335

摘要(108)

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摘要:
高精度振动传感器被广泛用于航空航天发动机振动监测、高低温地面环境试验、模态试验等测量领域，是保障被测设备工作可靠的重要技术手段之一。精确测量振动传感器在高低温环境下的灵敏度温度响应，以及传感器的横向灵敏度，不仅对研究传感器性能、提高传感器工艺质量具有着重要意义，而且也是保障型号产品研制生产过程中各类地面测试试验数据可靠的关键。通过开展高精度振动传感器关键性能校准技术研究，基于振动比较法、温度逐点快速测试技术、横向灵敏度精确测量技术，采用PXI总线架构组建一套振动传感器关键参数一体化快速校准装置，形成一套测量评价系统，通过LabVIEW平台编写了控制与校准软件，实现了一体化控制与测量，解决高精度振动传感器温度响应、横向灵敏度等关键参数快速校准测试的难题。通过对校准装置进行测量不确定度分析评估以及验证试验，结果显示该方法可解决传感器温度特性、横向灵敏度等型号测试试验的特殊需求，优化传感器结构设计，进一步保障高精度振动传感器在线工作的稳定。

大气气溶胶水溶性离子自动监测仪校准装置初探

王婷, 景军, 张明, 王晓康, 刘文儒, 刘巍, 徐广强, 杨杰

2024, 68(1): 63-69. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0343

摘要(75)

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摘要:
大气气溶胶水溶性离子自动监测仪为大气研究提供了一种全新的，在线监测大气污染及研究的手段，美国、欧盟已对国外的此类设备提供了测试报告或研制了相应的标准物质，我国目前在这一领域尚无质量控制技术。初步搭建了一种大气气溶胶水溶性离子自动监测仪校准装置，装置包括三个模块：气溶胶发生系统、采样系统、基于HJ799和HJ800原理的自动测试系统。最终以该自动测试系统得到的数据为标准值，给出前端装置的修正值或修正系数。通过实验，分别对三个模块的性能进行了验证，均满足各自在校准装置中承担的功能作用，但由于系统比较复杂，应进一步考察影响装置各模块准确性的因素，提升各模块的效率，得到一套具有稳定特性的校准装置。

油烟净化设备非甲烷总烃净化效率检测装置研究

马景赟, 丁聪, 岳子明, 李亚飞, 高晓晶, 莫杏梅

2024, 68(1): 70-75. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0328

摘要(83)

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摘要:
为实现在实验室评价餐饮业油烟净化设备对非甲烷总烃的净化能力，提高评价方法的科学性和准确性，开发了可稳定产生高浓度非甲烷总烃的发生装置，筛选了适用于检测油烟中非甲烷总烃的检测方法，构建了实验室测试平台，实现了评价非甲烷总烃净化效果的实验室检测。通过对非甲烷总烃发生装置的研究，开发出可以稳定发生非甲烷总烃浓度高达40～50 mg/m³且重复性<15%的油烟发生装置，突破了实验室无法稳定模拟餐饮业排放的高浓度非甲烷总烃的难题。通过实验比较出便携式氢火焰离子化检测器法、气相色谱法两种适用于测定油烟中非甲烷总烃的检测方法。综合筛选出的检测方法，新开发的非甲烷总烃发生装置和实验室标准台架，构建出可用于评价油烟净化设备处理非甲烷总烃能力的检测平台，并通过实验验证了平台对高、低浓度的非甲烷总烃的稳定性（非甲烷总烃的重复性分别<15%和<20%），表明研究开发的检测系统可稳定、有效地用来评价餐饮业油烟净化设备治理非甲烷总烃的性能，为实现实验室统一检测奠定了基础。

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