商世華 周 芬

（武漢化工職業(yè)病防治研究所，湖北 武漢 430050）

恒流式多項氣體采樣儀

商世華 周 芬

（武漢化工職業(yè)病防治研究所，湖北 武漢 430050）

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，職業(yè)病成為嚴(yán)重威脅著我國廣大勞動者的自身心健康，制約了勞動力資源可持續(xù)發(fā)展的重要因素。對職業(yè)病危害因素的檢測也就成為重中之重，這款恒流式多項氣體采樣儀是我們自主研發(fā)的項目，現(xiàn)已申報國家專利，希望能為我國職業(yè)病防治工作多做貢獻(xiàn)。

恒流；多項；實時采集；首創(chuàng)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，職業(yè)病的防治工作已是國家提到議事日程上的重要事件，因此，對從業(yè)者工作環(huán)境中的職業(yè)病危害因素的檢測和治理是職業(yè)病的防治工作中最重要的環(huán)節(jié)，目前大氣采樣器、粉塵采樣器品種繁多，但大多數(shù)已經(jīng)不適合國家相關(guān)法律、法規(guī)的要求。向一機(jī)多用，智能化、多功能化方向技術(shù)革新和創(chuàng)新，已經(jīng)成為發(fā)展趨勢和必然，根據(jù)這個發(fā)展的需求，我們自主研制了這款恒流式多項大氣采樣儀。

1.工作原理

目前對于大氣、粉塵、煙氣及TSP采樣器（總懸浮顆粒物采樣器簡稱），主要采集的項目有：各類粉塵、煙塵、煙氣、一氧化硫、硫化氫、氯氣、氯化氫、苯、甲苯、二甲苯、甲醛等。目前的工作方式是通過氣泵將工作環(huán)境中的大氣吸收的辦法進(jìn)行采樣，粉塵是根據(jù)不同的類別使用不同濾膜，在一定的時間和流量下，采集的粉塵量。大氣中的有害氣體則是配制各種標(biāo)準(zhǔn)試劑，在一定的時間和流量下采集的量。通過分析計算得到結(jié)果。在采集過程中時間是標(biāo)量，流量是一個變量，它要受到各種因素的影響，如：流量示值誤差、流量重復(fù)性、流量穩(wěn)定性，采樣計時誤差、采樣體積差等。同時還有標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下大氣壓和儀器測量前后的絕對壓力以及檢定環(huán)境下熱力學(xué)溫度。根據(jù)氣壓和溫度的變化，對測量流量示值或測量體積進(jìn)行必要的修正換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下流量或體積。

大氣采樣器換算公式為：

式中：

QS—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流量；Q—實際流量；P—檢定環(huán)境大氣壓；Ps—標(biāo)準(zhǔn)下的大氣壓；PV—與檢定溫度相對應(yīng)的水飽和蒸氣壓；Ts—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下熱力學(xué)溫度；T—檢定環(huán)境下熱力學(xué)溫度。

粉塵采樣器流量換算公式：

式中：

qv—采樣流量；q—實際流量；Ps—標(biāo)準(zhǔn)裝置內(nèi)絕對壓力；PN—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下大氣壓；Pm—被檢儀器前氣體絕對壓力；TS—標(biāo)準(zhǔn)裝置內(nèi)的氣體熱力學(xué)溫度；TN—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體熱力學(xué)溫度；Tm—被檢儀器前氣體熱力學(xué)溫度。

對于相對采樣流量比較大，其溫度、壓力影響的修正值相對實際流量已經(jīng)很小，可以不加以修正（相應(yīng)規(guī)程也不做修正要求）。

根據(jù)相應(yīng)（JG956—2000的大氣采樣器、JJG520—2005粉塵采樣器）規(guī)程要求：

流量示值誤差表示：

式中：

δQ—流量的求值誤差；Q—流量計示值；QS—標(biāo)準(zhǔn)流量值；—標(biāo)準(zhǔn)流量的均值；

因此在采樣過程中流量的恒定是決定采樣精確性的重要指標(biāo)。

2.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

綜上所述，在實際采樣過程中，氣體流量的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性決定了采樣的結(jié)果是否準(zhǔn)確，目前常用的采樣器款式多樣，但大多數(shù)采樣器是依靠人工來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量計的閥門來調(diào)節(jié)流量，以保證檢測氣體的流量在規(guī)定值的范圍內(nèi)，但是人工無法做到實時調(diào)整流量來確保檢測氣體的流量恒定，并且還存在人眼的視角誤差。特別是在工作現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，如：在空間狹小和有毒有害的環(huán)境中，更難以實現(xiàn)實時調(diào)整采樣器的流量。

而我們自主研發(fā)的恒流式多項氣體采樣儀，是通過應(yīng)用計算機(jī)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)相關(guān)應(yīng)用程序來控制相關(guān)檢測、調(diào)節(jié)器件來實現(xiàn)恒流功能。同時通過不同功能的傳感器提供實時的大氣壓、溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速等相關(guān)參數(shù)，以確保采樣的精確性和可靠性。

恒流式多項氣體采樣儀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：采樣儀整體結(jié)構(gòu)是參照人體頭部形狀設(shè)計而成，更能接近真人體位在工作環(huán)境中的狀態(tài)，正面參考人體面部結(jié)構(gòu)設(shè)計，粉塵的短時采樣口設(shè)計在下部圓形單孔（如：口部），長時采樣口設(shè)計在中部圓形雙孔（如：鼻部），上部設(shè)計有單孔高清攝像頭（如：眼），左右兩個則面設(shè)計有大氣采樣口，單孔（如：耳），頂部有開孔用于實時的大氣壓、溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向采集裝置的升降，背面是采樣儀的核心部分，嵌入式系統(tǒng)和7"操作觸摸屏（如：大腦）。整個設(shè)計是以盡量模擬真人在不同工作環(huán)境下所能接觸的職業(yè)病有危害素的真實寫照，如圖1所示。

工作過程：

根據(jù)相關(guān)的檢測規(guī)范設(shè)置好采樣點(diǎn)，在作業(yè)者的下風(fēng)向處架好設(shè)備，調(diào)整好高度，以粉塵短時采樣口與作業(yè)者在工作時的體位口的高度相同。采樣準(zhǔn)備就緒。打開主機(jī)電源，頂部升起風(fēng)向、風(fēng)速、大氣壓、溫度、濕度檢測組件獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，嵌入式系統(tǒng)開始工作，7"觸摸屏操作面板上顯示出日期、時間、溫度、濕度、大氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速等信息。點(diǎn)擊進(jìn)入操作菜單：（1）粉塵（長時）采樣，流量選擇：1～5L/min，時間設(shè)定：0～24h。（2）粉塵（短時）采樣，流量選擇：1～30L/min。時間設(shè)定：0～24h。（3）大氣采樣1，流量選擇：100mL～1L/min，時間設(shè)定：0～24h。（4）大氣采樣2，100mL～1L/min，時間設(shè)定：0～24h。根據(jù)需要采集的項目可以單項選擇操作，也可以組合選擇操作，每個操作過程都可以通過操作界面輸入項目名稱、點(diǎn)號等信息，設(shè)定完后，點(diǎn)擊開始，設(shè)備開始工作，嵌入式系統(tǒng)根據(jù)不同的設(shè)定流量和時間進(jìn)行恒流控制操作并按設(shè)定時間停機(jī)，如遇堵塞情況主機(jī)會報警提示，粉塵采樣口在正面，在采樣過程中設(shè)備能自動跟隨風(fēng)向的變化，來調(diào)整方向使設(shè)備正面始終迎著風(fēng)向，以保證采樣的最佳性，同時設(shè)備正面的攝像頭能記錄下現(xiàn)場的實際情況，兩側(cè)是大氣采樣1、2口，可懸掛試劑瓶，整個采樣的數(shù)據(jù)可以通過USB接口存儲到移動存儲器上，還可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控和傳輸。

圖1　

結(jié)語

本采樣器的投入實際應(yīng)用將徹底改變職業(yè)衛(wèi)生行業(yè)在職業(yè)病危害因素粉塵和大氣的采樣現(xiàn)狀，解決以前采樣器在職業(yè)病危害因素采樣過程中諸多不符合國家采樣規(guī)范要求的情況，從而更好地提高了職業(yè)衛(wèi)生工作中對職業(yè)病危害因素采樣結(jié)果的可靠性和真實性，更提高了工作效率，為國家在職業(yè)病防治工作提供了可靠的數(shù)據(jù)，為減少職業(yè)病的危害做出貢獻(xiàn)。

［1］中華人民共和國職業(yè)病防治法［Z］.

［2］ JJG943-2011，總懸浮顆粒物采樣器［S］. HJ/T374-2007，總懸浮顆粒物采樣器技術(shù)要求及檢測方法［S］.

［3］ JJG956-2000，大氣采樣器［S］.

［4］ HJ/T375-2007，環(huán)境空氣采樣器技術(shù)要求及檢測方法［S］.

［5］ HJ/T93-2003，PM10采樣器技術(shù)要求及檢測方法［S］.

［6］趙霞.我國職業(yè)病現(xiàn)狀及調(diào)控策略的思考［J］.職業(yè)衛(wèi)生與應(yīng)急救援，2006（12）：12-15.

［4］樂端.我國職業(yè)病現(xiàn)狀及防治的社會學(xué)分析［J］.西南民族大學(xué)學(xué)報，2004（14）：123-124.

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