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颗粒物质量浓度智慧计量平台的研制

许潇 池顺鑫 李想

许潇,池顺鑫,李想. 颗粒物质量浓度智慧计量平台的研制[J]. 计量科学与技术,2022, 66(10): 71-76 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0178
引用本文: 许潇,池顺鑫,李想. 颗粒物质量浓度智慧计量平台的研制[J]. 计量科学与技术,2022, 66(10): 71-76 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0178
XU Xiao, CHI Shunxin, LI Xiang. Development of an Intelligent Metrological Platform for Particulate Matter Mass Concentration[J]. Metrology Science and Technology, 2022, 66(10): 71-76. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0178
Citation: XU Xiao, CHI Shunxin, LI Xiang. Development of an Intelligent Metrological Platform for Particulate Matter Mass Concentration[J]. Metrology Science and Technology, 2022, 66(10): 71-76. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0178

颗粒物质量浓度智慧计量平台的研制

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0178
基金项目: 中国计量科学研究院“智慧计量实验室”项目(06-AJDYX21)。
详细信息
    作者简介:

    许潇(1985-),中国计量科学研究院副研究员,研究方向:颗粒物计量,邮箱:xuxiao@nim.ac.cn

Development of an Intelligent Metrological Platform for Particulate Matter Mass Concentration

  • 摘要: 厂矿产生的粉尘、烟尘、扬尘和环境空气中的颗粒物是我国劳动保护、工业排放控制和环境空气污染监控等领域的重点关注对象,这也对颗粒物质量浓度监测仪器的检定校准提出了更高需求。设计了一套颗粒物质量浓度智慧计量平台,通过应用发尘反馈控制、数字图像分析和光学文本识别等技术,为粉尘浓度测量仪、PM2.5/PM10质量浓度监测仪以及粉尘/颗粒物传感器等成套仪器或传感器的多样化检定和校准需求,提供了通用的软硬件基础设施。通过发尘反馈控制,可将粉尘浓度20 min连续测量的相对标准偏差由3.6%~6.4%降至0.3%~0.7%,4 h连续测量的相对极差由1.9%~12%降至0.6%~1.9%,浓度波动显著降低。检校流程控制与数据采集自动化,可减少PM2.5/PM10质量浓度监测仪校准过程中约88%的人工操作以及粉尘浓度测量仪检校中的全部人工操作,有效提升检校效率和数据质量。
  • 图  1  颗粒物质量浓度智慧计量平台硬件架构

    Figure  1.  Hardware architecture of the intelligent metrological platform

    图  2  颗粒物质量浓度智慧计量平台软件架构

    Figure  2.  Software architecture of the intelligent metrological platform

    图  3  粉尘浓度测量仪显示面板的光学文字识别结果

    Figure  3.  Optical character recognition results of dust measurement devices

    表  1  粉尘浓度测量仪检校浓度反馈控制性能

    Table  1.   Performance of feedback control of mass concentration for dust measurement devices

    时间/min粉尘浓度/mg·m−3
    无控制反馈控制无控制反馈控制无控制反馈控制
    10.1090.1051.912.0050.750.1
    20.1100.1051.911.9748.549.5
    30.1090.1051.941.9848.849.3
    40.1110.1051.941.9749.549.5
    50.1120.1041.951.9850.049.5
    60.1220.1041.961.9854.450.3
    70.1090.1041.981.9851.949.3
    80.1080.1041.991.9851.549.5
    90.1070.1052.001.9852.549.5
    100.1080.1052.001.9852.949.5
    110.1060.1042.021.9954.149.5
    120.1040.1042.021.9856.849.6
    130.1060.1042.061.9856.449.9
    140.1060.1052.061.9848.849.6
    150.1080.1052.061.9847.149.6
    160.1050.1062.081.9846.849.6
    170.1060.1062.11.9846.449.7
    180.1050.1062.121.9945.649.7
    190.1050.1052.121.9850.349.8
    200.1050.1062.141.9848.349.9
    相对标准偏差3.7%0.7%3.6%0.3%6.4%0.5%
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    表  2  PM2.5/PM10监测仪浓度反馈控制性能

    Table  2.   Performance of feedback control of mass concentration for PM2.5/PM10 measurement devices

    时间/h粉尘浓度/μg·m−3
    无控制反馈控制无控制反馈控制无控制反馈控制
    152.551.2151150796802
    254.650.7154148801798
    357.351.3156149809800
    459.250.9158151811803
    相对极差12%1.2%4.5%2.0%1.9%0.6%
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    表  3  质量浓度监测仪自动化与人工校准作业量对比

    Table  3.   Workload comparison between automated and manual calibration of PM2.5 monitor

    校准项目人工校准用时/h 自动校准用时/h
    总用时人工操作总用时人工操作
    流量温压计时1.50.5 1.50.5
    零点漂移60.160
    浓度示值误差153120
    证书制作0.50.500
    总计234.119.50.5
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    表  4  粉尘浓度测量仪自动化与人工校准作业量对比

    Table  4.   Workload comparison between automated and manual calibration of dust measurement device

    校准项目人工校准用时/h 自动校准用时/h
    总用时人工操作总用时人工操作
    浓度示值误差33 1.50
    重复性0.50.50.50
    证书制作0.50.500
    总计4420
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-07-22
  • 录用日期:  2022-08-01
  • 网络出版日期:  2022-09-13

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