關于粉塵濃度檢測技術現(xiàn)狀的探討

王 歡

（1.中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400037；2.重慶安標檢測研究院有限公司，重慶 401325）

引言

近些年，隨著我國工業(yè)產業(yè)的大規(guī)模發(fā)展，導致粉塵污染日益嚴重，長時間在此環(huán)境工作的人員都會產生職業(yè)病，如由粉塵引發(fā)的塵肺病等。近年來，塵肺病發(fā)病率一直居高不下，甚至有增高趨勢，結合衛(wèi)生機構的數(shù)據(jù)來看，塵肺病在職業(yè)病中占據(jù)比例超過半數(shù)，同時煤炭、有色金屬、機械建筑等行業(yè)患有塵肺病比例處于前列，但是現(xiàn)階段的醫(yī)學醫(yī)療水平無法治愈塵肺病。基于此，對粉塵濃度檢測技術進行思考和研究有重要的價值。

1 粉塵的理化性質

粉塵理化性質主要是指粉塵在初始狀態(tài)下具有的物理性質和化學性質，這些性質表現(xiàn)程度與粉塵本身及周圍環(huán)境有關。具體來看，粉塵的物理性質主要包括密度性、分散度和濕潤性等。其中的密度主要是指在既定的單位體積中含有粉塵的質量，可根據(jù)環(huán)境差異分為真密度和表觀密度。而分散度是指粉塵顆粒的分布狀態(tài)，對粉塵等顆粒物而言，分散度不會是一成不變的，在進行檢測時會由于多種因素綜合作用，導致粉塵顆粒處于移動狀態(tài)。濕潤性是指空氣中的粉塵可以吸附水分而表現(xiàn)出來的性質，如果粉塵吸濕性比較高，則粉塵表現(xiàn)出來的粘附性也相對較高，反之則相反[1]。

2 我國現(xiàn)階段常見的粉塵濃度檢測技術

粉塵對人的健康、生命和財產安全有極大的危害性，因此，必須對粉塵濃度較高行業(yè)提高粉塵危害性認知、嚴格做好人員行為管控、按照標準要求做好防護、充分利用科技手段做好粉塵濃度檢測。隨著科技發(fā)展，越來越多等新技術理論應用在粉塵濃度檢測上，且市場上也出現(xiàn)了很多準確度較高的檢測儀器，例如微電腦粉塵儀、直讀式粉塵儀等，這些工具為監(jiān)測工作提供了便利。結合粉塵濃度檢測技術發(fā)展情況，現(xiàn)階段主要的測量技術包括濾膜稱重測塵法、光散射原理測塵法、顯微鏡法、篩分法、細孔通過法和沉降法。在新技術的支持下，電荷感應式粉塵濃度檢測技術、數(shù)字圖像處理測量法以及色譜法和質譜法等技術也逐漸得到應用[2]。

3 現(xiàn)階段的粉塵濃度檢測技術闡述

3.1 電荷感應法粉塵濃度檢測技術

此種方法的基本應用原理是帶電粉塵顆粒經過金屬棒狀電極時，會發(fā)生電荷感應現(xiàn)象。粉塵顆粒接近金屬電極時，可在顆粒靠近電極表面一側感應出反相電荷，而此時同相電荷向遠離顆粒一端移動。粉塵顆粒與電極越近，此時靠近顆粒一端電荷感應越多。當顆粒遠離電極時，此時遠端電荷逐漸向近端移動，在遠端處感應到的電荷量逐漸下降。如果粉塵顆粒與電極檢測區(qū)域相脫離，則電極表面的電荷量會回歸原始狀態(tài)，只有電極感應區(qū)域內再次出現(xiàn)粉塵顆粒物時才會發(fā)生變動。借助電荷感應原理，結合傳感器技術，目前對感應式粉塵濃度傳感器有了深入的研究，并逐漸得到應用[3]。

3.2 光散射法檢測粉塵濃度技術

現(xiàn)階段常用的光學檢測方法中最常用的為Mie散射法，此種檢測方法基本原理如下頁圖1 所示，主要通過光散射檢測裝置對粉塵濃度進行檢測。光散射檢測裝置主要包括光發(fā)射單元激光器、透鏡、光陷阱及光接收器等，通過這些部件可有效檢測粉塵濃度。具體應用原理為：當有粉塵存在于光敏感區(qū)域時，激光器發(fā)射出來的光受到粉塵影響，散射到各個方向，此時球面聚光鏡會盡可能收集散射的光，并將光傳遞給光接收器，在接收器中可感受到光的存在。借助光接收器，可將光轉換成電信號，不同的粉塵濃度，光接收器將光轉換的電信號存在差異。如果光敏感區(qū)域無粉塵時，激光發(fā)射器發(fā)射的光經過透鏡后全部被光陷阱吸收，此時無法在光接收器上接收到光信息，從而可明顯發(fā)現(xiàn)此時檢測區(qū)域不存在粉塵。通過上述原理，可較為準確地獲得粉塵濃度。

圖1 光散射法檢測粉塵濃度基本原理圖

3.3 光散射法和電荷感應法融合的粉塵濃度檢測技術

由光散射法和電荷感應法原理可知，光散射法適合低濃度粉塵檢測工作，但對于高濃度粉塵存在不足。而電荷感應法在面對高濃度粉塵時具有優(yōu)勢，但對于低濃度粉塵檢測存在誤差或者標定分辨率方面存在局限。為了攻克這兩種檢測方法的局限性，相關人員提出了研制光散射子單元和電荷感應子單元，從而將兩種檢測技術融合，發(fā)揮最大化優(yōu)勢，提出一種新的粉塵濃度檢測技術，此方法最大化發(fā)揮了光散射法和電荷感應法的優(yōu)點，通過電子元件的方式大幅度提升了檢測準確率[4]。

3.4 直讀式粉塵濃度檢測技術

直讀式粉塵檢測技術應用較為廣泛，主要是對空氣中的粉塵濃度進行檢測，以直讀式粉塵濃度檢測儀為主要工具，按照相關要求操作可保證檢測結果具有可信度，同時此儀器操作簡便，最終的檢測結果可直接呈現(xiàn)在顯示器上，便于相關人員觀察和記錄。直讀式粉塵濃度檢測儀器由暗室、紅外線發(fā)射管、氣泵及電池裝置等幾部分組成。相較其他檢測技術而言，該檢測儀具備攜帶方便、操作簡單等優(yōu)勢。直讀式粉塵檢測儀使用之前，需要對儀器進行準確度檢測，有兩種校準方式：一是基準校驗法，采取濾膜稱重的方式對儀器進行標定，同時打開被校準的直讀式粉塵檢測儀和標準濾膜粉塵采樣器，確保兩者在同一地點、同一時間開展工作，然后采取稱重法確定粉塵濃度，最終兩個儀器數(shù)值一致，則表示直讀式粉塵檢測儀標準，否則，需要進行校準。二是比較校對法，利用已經得到校準、結果準確的直讀式粉塵檢測儀作為參照，同基準校驗法相似，也是讓兩個儀器在同一地點、同一時間進行檢測，最終以結果判定待檢驗儀器的精準度。經過校驗的儀器具有精確檢測粉塵濃度的功能，在正常應用情況下，只要儀器不存在問題，均能有效檢測出粉塵濃度。

4 粉塵濃度檢測技術存在的缺陷及改進策略

結合當前粉塵濃度檢測實際工作環(huán)境分析，多數(shù)情況下檢測環(huán)境惡劣，存在各種各樣的挑戰(zhàn)，同時不同情況下粉塵的粒徑等存在差異，這導致粉塵濃度檢測儀器的實際工作環(huán)境較實驗室測試場景存在差異，很多在實驗室中通過檢測合格的儀器，在實際應用時卻會存在不足，部分設備無法充分發(fā)揮優(yōu)勢等。上述因素的存在，對粉塵濃度檢測技術提出了新的要求，因此科學利用先進技術和新理論，綜合考慮粉塵理化性質，合理進行優(yōu)化革新，促進檢測設備更新?lián)Q代有重要作用。目前很多人員針對粉塵濃度檢測技術進行深入思考，從粉塵性質方面入手，探索研究新型檢測設備，另外研究提升現(xiàn)有儀器清潔工作質量的方法，從這兩方面共同進行思考，為粉塵濃度檢測工作進一步發(fā)展提供了助力[5]。

4.1 對現(xiàn)有原理進行深度剖析

例如對于光散射檢測法進行研究，探究改良手段，對β 射線原理測塵法進行掌握，結合當前我國β 射線源的供應商比較少的限制條件進行分析，力求探究出解決策略。

4.2 對儀器清潔功能進行適當?shù)母倪M

對于現(xiàn)存的儀器難以清潔問題及粉塵吸附在儀器上面問題進行研究，探究解決粉塵吸附的方法策略。目前主要采取及時對元件進行校對、對儀器進行定期檢查和定期維護等手段，保證儀器檢測靈敏度和檢測準確度。

4.3 企業(yè)員工做好培訓工作

與粉塵長期相接接觸的企業(yè)應針對性地做好員工培訓活動，對于新入職員工應重點強調安全問題。在上崗之前，需要充分掌握專業(yè)知識及相關技能，并進行相應的考核，只有經過考核合格才能上崗工作。日常工作要做好檢查、巡視，對發(fā)現(xiàn)的隱患要及時進行處理解決，定期組織員工參與安全講座，讓員工真正認識到粉塵濃度檢測工作的價值。

5 結語

目前隨著我國粉塵濃度檢測技術的不斷發(fā)展，新技術、新產品不斷出現(xiàn)，科學利用檢測技術、加強粉塵濃度檢測、提升檢測工作準確度和精確度，可有效保護工作人員生命健康安全，降低安全事故發(fā)生概率，為企業(yè)發(fā)展營造安全、穩(wěn)定的環(huán)境。