1 前  言

 

大氣是人類及一切生物賴以生存必不可少的物質和基本的環境要素之一，最初的空氣污染主要是由于火山爆發，森林火災等自然原因造成的。如今大氣污染特征發生了重要轉變，主要來自于以石油、煤炭為代表的化石燃料在工業生產、居民取暖和交通運輸車輛中的大量使用，因而產生大量的碳氧化物、氮氧化物、硫化物、碳氫化合物等空氣污染物[1]。

 

如今環境保護日益受到人們的重視，而環境監測又是環境保護的基礎，如何快速、準確地完成環境監測工作的采樣工作，一直是困擾環境監測工作的難題。基于當今環境監測的現狀，手持式大氣采集器的研究與開發，則解決了大氣傳統采樣繁瑣、計量不準等諸多問題，為環境監測數據提供了堅實的基礎。

 

2 傳統氣體采集器的弊端

 

傳統的氣體采集器通常使用雙聯橡皮球，即將雙聯橡皮球與采集袋接口連接，通過手工擠壓雙聯橡皮球方式將氣體樣品輸入到采氣袋中[2]。完成一個氣樣品采集過程并保證氣體樣品具有代表性，則需要對采氣袋內的氣體進行置換，此時需要將雙聯橡皮球與采氣袋連接，重復以上過程4-6次后方可將采氣袋充滿，充滿后封閉進樣口。多年的氣體樣品采集實踐證明，雙聯橡皮球采樣主要不足為：采樣時間長、勞動強度大、氣體置換不完全、采樣半徑小、平行樣精密度差和冬季采樣難等方面。

 

3 手持式氣體采集器的系統組成及工作原理

 

手持式氣體采集器主要由旋片式采氣泵、正反直流電機、程控電路板、鎳氫蓄電池組等四部分組成。旋片式采氣泵主要特點為無油潤滑、無污染、無磨損、低噪音，排除氣袋內廢氣時形成一定的真空度；正反直流電機主要特點為正轉是進氣采集氣體樣品，反轉時排氣清洗氣袋，與旋片式氣泵采氣泵共同作用，在排氣時形成一定的真空度，徹底排除氣袋內的廢氣，以保證氣體樣品的代表性；儀器電源采用鎳氫電池組供電，儀器電源為直流12V，即可用交流脈動充電（開關電源）又可用DC/DC車載充電，方便了環境應急及野外監測氣體樣品的采集。

 

手持式大氣采集器電源采用鎳氫電池組供電，經自主研發的四端比較器、蓄電池綜合電量檢測電路，在10段LED顯示器上輸出顯示蓄電池電量情況。內部穩壓電源用以提供儀器內部電子元件的工作電壓[3]。

 

a：欠電壓保護：內設電壓保護電路，在下列三種情況下關閉驅動輸出：芯片電壓VCC不足、VC不足（典型值低于9.1V）及基準電壓不足（典型值低于4.5V）。

 

b：轉子位置傳感器譯碼器電路：該譯碼器電路將電機轉子位置傳感器信號轉換成六路驅動輸出信號，三路上側驅動輸出和三路下側驅動輸出。

 

c：誤差放大器:該芯片內設有高性能、全補償的誤差放大器。

 

d：鋸齒波振蕩器：內部振蕩器振蕩頻率由外按定時元件CT和RT決定。

 

e：脈寬調制器：除非由于過電流活故障狀態使六驅動輸出閉鎖，在正常情況下，誤差放大器輸出與振蕩器輸出鋸齒波信號比較后，產生脈寬調制（PWM）信號，MOS管驅動電路將PWM信號整形提供給MOS管。MOS管大電流開關元件控制三個下側驅動輸出。改變輸出脈沖寬度，相當于改變供給電機繞組的平均電壓，從而控制其轉速和轉矩[4]。

 

4 手持式氣體采集器的特點及發展

 

手持式氣體采集器的研發在環境監測系統中得到了廣泛的應用，其主要的特點有以下五個方面：

 

（1）采氣泵采用無刷容積式聚四氟乙烯制作旋片泵，無油潤滑、無污染、無磨損、低噪音，可無障礙使用5年以上；

 

（2）儀器使用直流12V電源，內置鎳氫電池，使用壽命長，設有電量指示燈，一次充電可連續采集1升氣袋上百個，為野外或移動場所的氣樣采集提供了方便，并且可以實現車載電源充電；

 

（3）儀器操作簡單，正向反向無級調速。按動儀器設置的換向按鈕，即可完成氣體樣品的采集工作。只需連接1次，按動1個按鈕，幾分鐘之內，就可以完成符合監測技術規范要求的樣品采集工作，比手工采樣提高工作效率10倍以上；

 

（4）在儀器出氣口安裝“三通”接頭，可同時采集平行雙樣，使平行樣品測定結果精密度相對偏差小于0.5%；

 

（5）采樣人員不能進入的危險場所或相對較高位置，通過連接軟管可進行采樣。在寒冷冬季可戴手套操作儀器，能避免采樣人員的手凍傷[5]；

基于手持式氣體采集器以上的五大特點，該產品的開發研制實現了氣體樣品采集由手工向專用儀器的轉變，填補了國內領域的空白。目前，手持式氣體采集器在全國部分監測站得到了使用，并取得了一致的認可。

 

參考文獻：

 

[1]李春燕 高翠香.大氣顆粒物污染與城市生態環境整治方案，唐山學院學報，2007-3

 

[2]馮大偉.手持式自動大氣采集器專利技術[J]國家知識產權局出版社 實用新型專利公報2007年第23卷第52號公開收錄，公開號：200996911Y 

 

[3] 馮大偉.手持式自動大氣采集器[J]實用新型專利說明書 專利號：zl2006 2 0175976.3

 

[4]曹玉鑫 MP型氣體采樣器 《環境與健康雜志》1990-04-033

 

[5]馮大偉.先進環境監測采樣儀器的開發和研究[J]. 黑龍江省科技查新報告  報告編號：200815022672GN

 

收稿日期：2011-04-06

 

作者簡介：馮大偉（1970-），男，高級工程師，本科，研究方向：環境自動監測、應急監測.

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