激光粉塵儀中相對濕度影響的修正

近年來，隨著經濟的發展和城市化進程的不斷加快，城市空氣污染日益嚴重。大量研究表明，大氣粉塵是大氣污染的主要原因之一，流行病學研究也證明大氣可吸入粉塵對人類的健康有著重要的影響，因此對大氣可吸入粉塵的檢測是十分必要的。

一、檢測儀系統介紹

LD-3C型激光粉塵儀適用于公共場所可吸入顆粒物（PM10）濃度的快速測定、工礦企業生產現場等勞動衛生方面粉塵濃度的檢測，以及環境保護領域可吸入粉塵濃度的監測，還可用于空氣凈化器凈化效率的評價和重點監測場所粉塵濃度超標報警。它既可顯示可吸入粉塵顆粒的不同粒徑的質量濃度數，也可同時顯示測量時的溫度和濕度。

當激光粉塵儀工作時，空氣從真空氣泵進入測量腔，并以一定的速率通過激光檢測區，空氣中的粉塵由于其粒徑不同將引起激光的散射，系統由光電二極管來采集相應的散射光信號，并將其轉換為6種幅值不等的脈沖序列，經過放大處理后送到可編程邏輯CPLD；同時系統對環境溫度濕度進行相應的測量，將實測結果送給MCU。MCU對這8路信號進行相應的處理，完成存儲、顯示、打印等功能。由于系統在進行數據監測時會受到溫濕度的影響，因此采用了一款新式的數字式傳感器SHT71來進行相應的數據補償。

二、系統濕度修正

1.原理介紹

研究表明，空氣中的溫度和濕度都會對激光粉塵儀檢測到的顆粒物質量濃度產生一定的影響，特別是相對濕度的影響更加明顯。當空氣中的相對濕度較大時，很小的濕度變化就能造成很大的誤差，激光粉塵儀的讀數會隨相對濕度的增加而偏大（特別是相對其濕度＞60%情況下），這是由粉塵中的吸濕性成份生長造成平均粒徑的增大引起的，因此環境中的相對濕度對激光粉塵儀檢測結果的影響變得不可忽略。

當前，用來降低相對濕度對懸浮顆粒物質量濃度測量的影響的方法較多，本文通過引入SHT71傳感器構成濕度檢測系統，實時獲取環境中的濕度數據，同時根據空氣中的粉塵性質選擇濕度修正函數，來修正由于濕度變化所帶來的粉塵濃度影響。

2.濕度修正公式

目前，國內外采用光散射濃度測量法的粉塵檢測儀器普遍使用光度計法，即基于散射光與粉塵質量濃度成比例原理的光散射粉塵質量濃度測量法。其計算公式為C=K×(R-B)，K為總粉塵質量濃度轉換系數，C為總粉塵質量濃度，R為相對質量濃度，B為粉塵儀基底值，其中每分鐘的脈沖計數用CPM表示，K值是在常溫常濕（T＝23±2℃，RH＝30%±4%）下通過稱重法標定得到的。由上文的論述可知，當空氣中的濕度發生較大的變化尤其是RH＞60%時，常溫常濕下標定得到的K值已不能適應外部條件的變化，所以需要根據空氣中濕度引入相應的修正因子CF修正其帶來的誤差，使K能夠適應環境濕度所帶來的影響。

在此基礎上，本文使用LD-3C激光粉塵儀作為數據采集對象，以TSI DUSTTRAK Ⅱ（以下簡稱TSI）的檢測值作為質量濃度的真實值。在LD-3C的進氣口放置加濕設備，控制樣本濕度變化，同時記錄各濕度值下LD-3C檢測到的粉塵濃度值，與未設加濕設備下TSI采集到的數據相比較，結果顯示，不同濕度對粉塵檢測結果存在不同程度的影響。當相對濕度(RH)較小時(RH＜60%)，RH變化對粉塵測試結果的影響并不大，大約在4%以內；但隨著RH的增大(尤其是RH＞60%)，濕度的變化對激光粉塵儀測量結果的影響逐漸變大，這說明我們需要建立分段函數進行濕度修正。根據濕度對粉塵檢測結果的影響，濕度修正函數被分成(0%～60%)、（60%～75%）、（75%～85%）、（85%～95）四段。為了獲取各段的修正函數CF（RH），本文以檢測到的各濕度值CF平均值作為初值，通過高斯牛頓迭代法獲取各濕度值的CF值，之后采用非線性最小二乘法擬合各濕度段的修正因子，得出一組以相對濕度為變量的經驗濕度修正函數CF（RH），將其代入粉塵濃度計算公式CCF=中，即可得到修正后的粉塵濃度。

（作者單位：江蘇淮安技師學院）