手持式气体采集器在环境监测中的应用
更新时间：2011-11-17 10:22
来源：1、大庆市环境监测中心站， 黑龙江 大庆 163316 2、鸡西市环境监测中心站， 黑龙江 鸡西 158311
作者: 冯大伟1 张国庆1朴德雄2 张明明1
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1 前 言
大气是人类及一切生物赖以生存必不可少的物质和基本的环境要素之一，最初的空气污染主要是由于火山爆发，森林火灾等自然原因造成的。如今大气污染特征发生了重要转变，主要来自于以石油、煤炭为代表的化石燃料在工业生产、居民取暖和交通运输车辆中的大量使用，因而产生大量的碳氧化物、氮氧化物、硫化物、碳氢化合物等空气污染物[1]。
如今环境保护日益受到人们的重视，而环境监测又是环境保护的基础，如何快速、准确地完成环境监测工作的采样工作，一直是困扰环境监测工作的难题。基于当今环境监测的现状，手持式大气采集器的研究与开发，则解决了大气传统采样繁琐、计量不准等诸多问题，为环境监测数据提供了坚实的基础。
2 传统气体采集器的弊端
传统的气体采集器通常使用双联橡皮球，即将双联橡皮球与采集袋接口连接，通过手工挤压双联橡皮球方式将气体样品输入到采气袋中[2]。完成一个气样品采集过程并保证气体样品具有代表性，则需要对采气袋内的气体进行置换，此时需要将双联橡皮球与采气袋连接，重复以上过程4-6次后方可将采气袋充满，充满后封闭进样口。多年的气体样品采集实践证明，双联橡皮球采样主要不足为：采样时间长、劳动强度大、气体置换不完全、采样半径小、平行样精密度差和冬季采样难等方面。
3 手持式气体采集器的系统组成及工作原理
手持式气体采集器主要由旋片式采气泵、正反直流电机、程控电路板、镍氢蓄电池组等四部分组成。旋片式采气泵主要特点为无油润滑、无污染、无磨损、低噪音，排除气袋内废气时形成一定的真空度；正反直流电机主要特点为正转是进气采集气体样品，反转时排气清洗气袋，与旋片式气泵采气泵共同作用，在排气时形成一定的真空度，彻底排除气袋内的废气，以保证气体样品的代表性；仪器电源采用镍氢电池组供电，仪器电源为直流12V，即可用交流脉动充电（开关电源）又可用DC/DC车载充电，方便了环境应急及野外监测气体样品的采集。
手持式大气采集器电源采用镍氢电池组供电，经自主研发的四端比较器、蓄电池综合电量检测电路，在10段LED显示器上输出显示蓄电池电量情况。内部稳压电源用以提供仪器内部电子元件的工作电压[3]。
a：欠电压保护：内设电压保护电路，在下列三种情况下关闭驱动输出：芯片电压VCC不足、VC不足（典型值低于9.1V）及基准电压不足（典型值低于4.5V）。
b：转子位置传感器译码器电路：该译码器电路将电机转子位置传感器信号转换成六路驱动输出信号，三路上侧驱动输出和三路下侧驱动输出。
c：误差放大器:该芯片内设有高性能、全补偿的误差放大器。
d：锯齿波振荡器：内部振荡器振荡频率由外按定时元件CT和RT决定。
e：脉宽调制器：除非由于过电流活故障状态使六驱动输出闭锁，在正常情况下，误差放大器输出与振荡器输出锯齿波信号比较后，产生脉宽调制（PWM）信号，MOS管驱动电路将PWM信号整形提供给MOS管。MOS管大电流开关元件控制三个下侧驱动输出。改变输出脉冲宽度，相当于改变供给电机绕组的平均电压，从而控制其转速和转矩[4]。
4 手持式气体采集器的特点及发展
手持式气体采集器的研发在环境监测系统中得到了广泛的应用，其主要的特点有以下五个方面：
（1）采气泵采用无刷容积式聚四氟乙烯制作旋片泵，无油润滑、无污染、无磨损、低噪音，可无障碍使用5年以上；
（2）仪器使用直流12V电源，内置镍氢电池，使用寿命长，设有电量指示灯，一次充电可连续采集1升气袋上百个，为野外或移动场所的气样采集提供了方便，并且可以实现车载电源充电；
（3）仪器操作简单，正向反向无级调速。按动仪器设置的换向按钮，即可完成气体样品的采集工作。只需连接1次，按动1个按钮，几分钟之内，就可以完成符合监测技术规范要求的样品采集工作，比手工采样提高工作效率10倍以上；
（4）在仪器出气口安装“三通”接头，可同时采集平行双样，使平行样品测定结果精密度相对偏差小于0.5%；
（5）采样人员不能进入的危险场所或相对较高位置，通过连接软管可进行采样。在寒冷冬季可戴手套操作仪器，能避免采样人员的手冻伤[5]；
基于手持式气体采集器以上的五大特点，该产品的开发研制实现了气体样品采集由手工向专用仪器的转变，填补了国内领域的空白。目前，手持式气体采集器在全国部分监测站得到了使用，并取得了一致的认可。
基于手持式气体采集器以上的五大特点，该产品的开发研制实现了气体样品采集由手工向专用仪器的转变，填补了国内领域的空白。目前，手持式气体采集器在全国部分监测站得到了使用，并取得了一致的认可。
参考文献：
[1]李春燕 高翠香.大气颗粒物污染与城市生态环境整治方案，唐山学院学报，2007-3
[2]冯大伟.手持式自动大气采集器专利技术[J]国家知识产权局出版社 实用新型专利公报2007年第23卷第52号公开收录，公开号：200996911Y
[3] 冯大伟.手持式自动大气采集器[J]实用新型专利说明书 专利号：zl2006 2 0175976.3
[4]曹玉鑫 MP型气体采样器 《环境与健康杂志》1990-04-033
[5]冯大伟.先进环境监测采样仪器的开发和研究[J]. 黑龙江省科技查新报告 报告编号：200815022672GN
收稿日期：2011-04-06
作者简介：冯大伟（1970-），男，高级工程师，本科，研究方向：环境自动监测、应急监测.
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