第8章 大气污染连续自动监测系统 - 图文

大气环境分析与监测技术讲义 环境科学教研室

要求监测仪器必须具备自动连续运转能力强、灵敏、准确、易维修、维修频次低等特性。常用空气质量连续监测仪器如下：

（1）脉冲荧光法SO2监测仪(TE Model 43)

该方法的监测原理是用脉冲化的紫外光(190～230nm)激发SO2分子，处于激发态的SO2分子返回基态时放出荧光(240～420nm)，所放出的荧光强度与SO2的浓度呈线性关系，从而测出SO2的浓度。工作原理见图6-48。该法响应快、灵敏度高，且对温度、流量的波动不敏感，稳定性好，作为连续监测仪器较为可靠。

（2）化学发光法NOx监测仪(TE Model 14B／E)

该方法的原理是：一氧化氮被臭氧氧化成激发态二氧化氮，当其回到基态二氧化氮时放出光量子，其发光强度与二氧化氮的浓度成正比。 反应式为：NO+O3--NO2*+O2

NO2*--NO2+hν

当测定样品气中的氮氧化物（NOx＝NO＋NO2）时，必须先将二氧化氮通过催化剂(金属丝网、活性炭、Mo-Al2O3等)还原成一氧化氮，然后再测定。该法采用一氧化氮标准气进行动态校正，不用吸收液，因此可使误差大大减小，在低浓度范围更为准确。同时反应迅速，很易求得瞬时值，且线性好，范围宽，是一种比较理想的测定方法。如图6-49。

（3）气体过滤器红外光谱CO监测仪(TE Model 48)

该方法的原理是非分散红外法的一种改进，采用了气体过滤器相关技术，基本原理是基于在有其他干扰气体存在下，比较样品气中被测气体红外吸收光谱的精细结构。仪器中装有一个可转动的气体过滤器转轮，此轮一半充入纯CO，另一半充入纯N2，当红外线通过CO一侧时，相当于参比光束，通过N2一侧时，相当于样品光束，转轮后设有一多次反射光程吸收池(池长40cm，反射32次，光程长12.8m)保证有足够的灵敏度，气体过滤器转轮按一定频率旋转，此时对吸收池来说，从时间上分割为交替的样品光束和参比光束，可以获得一交变信号，而对干扰气体说，样品光束和参比光束是相同的可相互抵消。该法的灵敏度好，设备简单，由于采用固态检测器，避免了非色散红外法微量电容检测器易受震动的影响，使仪器运行可靠。

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（4）紫外光度法O3监测仪(TE Model 49)

该方法的原理是利用O3对紫外光(波长254nm)的吸收，直接测定紫外光通过O3后减弱的程度，根据吸光度求出O3浓度。该法设备简单，无试剂、气体消耗。

（5）气相色谱(FID)法及光离子化(PID)法非甲烷烃监测仪 (Baseline Model 1030A及HNU Model 201)

① 氢火焰离子化气相色谱：空气样品先经色谱柱分离成甲烷及非甲烷烃两个峰，用FID先测流出的甲烷，再测反吹出的非甲烷烃，反应周期约5min，仪器有内装的微处理机，用户可自行编制程序来完成分析过程，并可随时进行基线校正、积分值的计值等。气相色谱法的主要问题是精度较差，作为连续监测仪器需要较多的维护。

② 光离子化检测器：即以高强度的紫外光作为激发源，紫外光照射到被测定的烃类化合物上产生电离，用离子检测器测定电离强度即可求出烃类的浓度。该法的主要问题是所选用的紫外光源只能对C4以上的烃类产生电离，C4以下的烃不产生电离。但该法的主要优点是不需色谱柱分离，也不需要氢气源，仪器非常简单。

（6）可吸入颗粒物连续监测仪(IP)

光散射可吸入颗粒物浓度计的设计原理是使一束平行可见光通过含可吸入颗粒物的大气，由于光线受到粒子的阻挡而发生光散射现象，其散射光强度的变化与可吸入颗粒物的浓度成定量关系，因此当仪器用标样标定后，即可直接显示可吸入颗粒物的浓度值。

此外，可吸入颗粒物的测定仪器还有：β射线可吸入颗粒物测定仪、压电石英晶体可吸入颗粒物测定仪。现在许多监测站采用具有10μm切割机的大容量采样器24h连续取样，经手工分析后再将数据输入计算机存储。

5.校准系统的组成

校准系统包括校正监测仪器零点、量程的零气源和标准气气源(如标准气发生器、标准钢瓶)、校准流量计等。在环境微机和控制器的控制下，每隔一定时间(如8h或24h)依次将零点气和标准气输入各监测仪器进行校准。校准完毕，环境微机给出零值和跨度值报告。

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6.子站数据处理和传送

子站环境微机及时采集大气污染监测仪的测量数据，将其进行处理和存贮。各子站的数据收集和监测仪器工作的控制是由一台微机进行的。它每0.1s从各数据通道读一次监测数据，每半秒做一次半秒平均，每秒做一次秒平均。以后，每10s又对秒平均做一次平均，每分钟又对10s平均做平均，然后再做5min平均。所有的5min平均值都保存起来，准备传输给中心。

子站环境微机的工作方式有两种：一是被动工作方式，二是自主工作方式。当中心站的计算机运行正常时，子站环境微机受控于中心计算机而运行，称为被动工作方式。此时中心站每隔5min向各监测子站自动发出指令，各子站接到指令后，向中心站传送回发5min内各监测仪器测得的平均数据。受中心站命令，子站可以重发某时的数据或随时抽检保存在子站的某些数据。当子站设备的运行状态、环境状况出现异常时，如氢焰灭火、站房温度升高等，子站向中心站发回状态信息及报警信号，以便中心站及时掌握调整。当中心站的计算机或通信系统出现故障时，为使数据不丢失，子站微处理机承担起就地控制运行、收集存贮数据等功能，待中心站或通信设备正常后，再集中地把中心站未收集到的数据传输回去，称为子站进入自主工作方式。子站微处理机可存贮16h每5min数据，无论子站或中心站，通信设备故障不超过16h，数据不会丢失。子站工作原理如图6-50。 二、中心站

中心站是整个系统的心脏部分，它是所有测量数据收集、存贮、处理、输出、控制系统和其他科研计算的中心。整个大气污染连续自动监测系统的可靠性和效能，中心站是关键。为了确保数据收集和进行较多的科研计算和管理，采用两台计算机，一台作主机与系统相连，在线运行；一台作辅机进行计算管理。当主机发生故障，辅机可代替运行。中心站工作原理如图6-51。其运行方式为：

1.由中心站定时向各子站轮流发出询问信号，各子站按一定格式依次发送回数据，对数据进行差错校验及纠正。有疑问时可指令子站重发。具有随机查询子站实时数据并收集子站运行状态的功能。

2.对数据进行存贮、处理、输出。定时收集各子站的监测数据并进行处理，打印各种报表，绘制各种图形；建立数据库，完成各种数据的贮存。

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3.对全系统运行的实时控制。

该系统包括：通信控制；对子站监测仪器操作的控制，如校零、校跨度、控制开关、流量等；对污染源超标排放时的警戒控制。