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暨惡劣氣候環(huán)境下大氣顆粒物監(jiān)測儀的流量校準
呼吸一口清爽冰冷的空氣，感受雪花拍打在臉上的瞬間。。。這樣的場景是不是很美呢？你可知道這樣的氣候環(huán)境幾乎導致所有流量校準儀的既定精度極限失效。幸運的是，FP-25大氣采樣校準儀不受絲毫影響。多虧所有現場大氣環(huán)境監(jiān)測工程師不斷提出的寶貴意見，FP-25大氣采樣校準儀實乃為這類變化多端的氣候環(huán)境量身定制的流量校準儀。
上圖為FP-25校準Thermo Fisher Partisol 2000(FRM)
顆粒物連續(xù)監(jiān)測儀
接下來我們就來講講FP-25大氣采樣校準儀如何誕生的故事。艾里卡特全新大氣采樣校準儀FP-25從研發(fā)到上市，幾個測試版本經過美國國內具有代表性氣候特點的環(huán)境監(jiān)測站數輪反復試用，聆聽了眾多一線大氣環(huán)境監(jiān)測工程師的核心意見，才有了如今這臺于所有大氣顆粒物在線監(jiān)測儀流量校準的FP-25大氣采樣校準儀。
故事始于幾個曾用過艾里卡特便攜式流量校準儀的大氣環(huán)境監(jiān)測工程師，幾位工程師在校準內含質量流量控制器的動態(tài)氣體發(fā)生器的過程中頗為受挫，冗長的20個校準點過程極為繁瑣，于是便將容積式流量計替換成了艾里卡特便攜式流量校準儀，至此以后每個點的校準過程僅需短短幾秒鐘，即便在流量低至5 sccm時。
上圖為低壓損便攜式流量校準儀
此后不久，艾里卡特推出了低壓損便攜式流量校準儀，其中一些工程師便將其用于工作在室外的大氣顆粒物采樣儀的流量校準。對一臺實驗室級別的高精度流量校準儀來說，要在室外苛刻的氣候環(huán)境下工作實為不易。由此，我們便產生了設計一臺既具有實驗室級別的精度同時又能工作于惡劣氣候環(huán)境下的流量校準儀的想法。
上圖為FP-25校準校準賽默飛世爾2025i(FRM)顆粒物連續(xù)監(jiān)測儀
用過低壓損便攜式流量校準儀的工程師們告訴我們，校準儀在室外需花較長時間才能與環(huán)境溫度達到平衡，尤其是在陽光照射強烈的晴天。被不銹鋼整個包裹的內置的溫度傳感器十分適用于實驗室內，挪到室外環(huán)境下就有點不濟了。由此，我們將不銹鋼換成了鋁，相應減少包裹面積，但還是無法克服因熱輻射產生的問題。
為了縮減熱平衡時間，初的設想是改動內部溫度傳感器的位置，將其往下垂直移動些便可更加地測量空氣溫度，即便只是人為地消除因太陽熱輻射而造成的長時間熱平衡問題。后來我們?yōu)?strong>FP-25大氣采樣校準儀增加了快速相應的外置溫度探針，將氣道內的空氣溫度修正至大氣環(huán)境溫度。作此改良后，FP-25大氣采樣校準儀即可于室外酷熱的陽光直射環(huán)境下迅速啟動開始流量校準并長時間工作，即便從開著暖氣的車中取出馬上置于冰點以下的環(huán)境溫度工作，也僅需幾分鐘溫度平衡。
大氣環(huán)境是要全年監(jiān)測的，美國北部和加拿大地區(qū)的工程師們常常需要在零下30度的室外環(huán)境下對大氣顆粒物監(jiān)測儀進行流量校準。零點以下溫度環(huán)境對電子儀器設備有嚴重的破壞性，電池續(xù)航時間變短、LCD顯示屏變暗甚至模糊、橡膠密封圈脆化等。在冰點以下的環(huán)境工作，活塞式流量校準儀將直接結冰從而無法工作，文丘里管式流量校準儀的壓力傳感器則變得無法預計的響應緩慢，從而導致流量測量的精度偏差。
在零度以下的工作環(huán)境保證流量測量精度十分具有挑戰(zhàn)性。零點以下的溫度變化將使電子壓力傳感器自身發(fā)生形變，從而導致響應偏差。對于這一廣為熟知的棘手問題，艾里卡特的工程師們終想出一創(chuàng)新的解決方案。我們對每一臺FP-25大氣采樣校準儀的壓力傳感器在-30°C ~ +60°C整個溫度量程范圍內進行測試，于多個點監(jiān)測其響應性能，終生成每一臺FP-25大氣采樣校準儀*的壓力-溫度響應曲線，并將曲線融為此臺FP-25大氣采樣校準儀終流量與壓力標定的一部分。得益于這一*的設計，FP-25大氣采樣校準儀的流量測量精度相比于Alicat標準精度的流量校準儀更勝*，其流量讀數精度在-30°C ~ +60°C這個溫度量程范圍內始終優(yōu)于1%。
上圖為FP-25校準Met One BAM 1020/1022(FEM)顆粒物連續(xù)監(jiān)測儀
據幾位工作在一線的大氣環(huán)境監(jiān)測工程師告訴我們，風力的影響在大氣顆粒物在線監(jiān)測儀的流量校準過程中由始至終都是一個不容小覷的嚴重問題，一片小小的雪花即能阻塞文丘里管流量計從而導致無法正常工作。這是因大氣顆粒物在線監(jiān)測儀的流量校準依據是體積流量，測量體積流量時伴隨的典型的特征就是氣路中前后壓差極小，從而不至于影響體積流量讀數。也正是因為這極小的壓損，使其對風異常敏感。確實如此！因為此時此刻我桌上的一臺低壓損便攜式流量標定儀的顯示屏上正跳動著由于辦公室內開著空調而產生的空氣流量的讀數。靈敏至此無疑是保證了流量測量的精度，但若處于有風的環(huán)境下工作卻又衍生了另一個麻煩。此外，有風的天氣還將把空氣中的灰塵或雪花也一起帶進流量標定儀中。
為解決這個問題，我們首先想到的是從大氣顆粒物在線監(jiān)測儀的制造商們那里找突破，因為大氣顆粒物在線監(jiān)測儀本身的防風防塵問題是很久以前就已被攻克的。每一臺大氣顆粒物監(jiān)測儀的入口處都有濾膜用以過濾大顆粒塵埃，百葉窗式的設計使得進口管以下的空氣流量不受風力影響。艾里卡特FP-25大氣采樣校準儀正是充分利用了上述這些大氣顆粒物監(jiān)測儀既有的防風防塵性能，將FP-25大氣采樣校準儀直接嵌入連接于大氣顆粒物監(jiān)測儀的進氣管道下方，我們稱之為直接模式。采用此連接模式，FP-25大氣采樣校準儀直接被接在PM10監(jiān)測儀入口管段下方或PM2.5監(jiān)測儀氣旋切割器(VSCC)上方(如果有VSCC的話)，徹*底地保護了流量傳感器免遭刮風、灰塵、雨水、雪花的影響，從而確保FP-25大氣采樣校準儀校準流量讀數時所處于的工況環(huán)境總是無限接近于大氣顆粒物監(jiān)測儀在正常工況下測得的流量讀數。
大雪紛飛、狂風暴雨、艷陽高照。。。FP-25大氣采樣校準儀能在任何氣候環(huán)境下正常穩(wěn)定地校準每一臺大氣環(huán)境監(jiān)測儀的流量。若您需要在其它特殊環(huán)境工況下校準氣體流量，也歡迎告訴我們，艾里卡特十分樂意幫您排憂解難。
