測量裝置及測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文中描述的實施例的某個方面涉及測量裝置及測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近來，頻繁進(jìn)行對微粒物質(zhì)如PM 2.5的濃度測量。每單位體積氣體中微粒的質(zhì)量被用作氣體中微粒的濃度單位。微粒濃度是質(zhì)量濃度。存在作為測量PM 2.5的質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)方法(例如，參見日本專利申請公開N0.11-502303)的如下方法:將氣體的微粒收集到過濾器中并且測量微粒的質(zhì)量。存在作為能夠自動執(zhí)行測量質(zhì)量濃度的方法的β射線吸收方法。通過過濾方法或β射線吸收方法獲得的濃度是質(zhì)量濃度。目前，ΡΜ 2.5濃度一般被表達(dá)為質(zhì)量濃度。此外，作為簡單方法，存在使用如下光散射檢測方法的方法:該光散射檢測方法使用通過向氣體中的微粒輻射光而獲得的散射光來測量氣體中的微粒的數(shù)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]鑒于那些情況做出了本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供能夠在短時間內(nèi)以高精度測量微粒濃度或測量微粒的吸濕度的測量裝置及測量方法。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種測量裝置，包括:質(zhì)量測量器，測量氣體中微粒的質(zhì)量；濕度改變器，改變質(zhì)量被測量的微粒所接觸的氣氛的濕度；濃度測量器，測量氣體中微粒的計數(shù)濃度；濕度測量器，在由濃度測量器測量計數(shù)濃度的同時，對計數(shù)濃度被測量的微粒所接觸的氣氛的濕度進(jìn)行測量；以及計算器，計算表示質(zhì)量關(guān)于由濕度改變器改變的濕度的相關(guān)性的信息，并且基于所述信息、計數(shù)濃度以及由濕度測量器所測量的濕度，來計算氣體中計數(shù)濃度由濃度測量器測量的微粒的質(zhì)量濃度。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種測量方法，包括:測量氣體中微粒的質(zhì)量；改變質(zhì)量被測量的微粒所接觸的氣氛的濕度；測量氣體中微粒的計數(shù)濃度；在測量計數(shù)濃度的同時，對計數(shù)濃度被測量的微粒所接觸的氣氛的濕度進(jìn)行測量；計算表示質(zhì)量關(guān)于所改變的濕度的相關(guān)性的信息；以及基于所述信息、計數(shù)濃度和所測量的濕度，計算氣體中計數(shù)濃度被測量的微粒的質(zhì)量濃度。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供了一種測量裝置，包括:濃度測量器，測量氣體中微粒的計數(shù)濃度；濕度測量器，在由濃度測量器測量計數(shù)濃度的同時，對計數(shù)濃度被測量的微粒所接觸的氣氛的濕度進(jìn)行測量；以及計算器，基于表示微粒的質(zhì)量關(guān)于微粒所接觸的氣氛的濕度的相關(guān)性的信息來計算氣體中微粒的質(zhì)量濃度，計數(shù)濃度由濃度測量器來測量并且濕度由濕度測量器來測量。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供了一種測量裝置，包括:質(zhì)量測量器，測量氣體中微粒的質(zhì)量；濕度改變器，改變微粒所接觸的氣氛的濕度；以及計算器，計算表示質(zhì)量關(guān)于濕度的相關(guān)性的信息。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種測量方法，包括:測量氣體中微粒的計數(shù)濃度；以及基于表示微粒的濕度關(guān)于微粒所接觸的氣氛的濕度的相關(guān)性的信息以及通過所述測量所測量的計數(shù)濃度來計算氣體中微粒的質(zhì)量濃度。
[0009]借助于在權(quán)利要求中具體指出的要素和組合，將可以實現(xiàn)和獲得本發(fā)明的目的和優(yōu)點。應(yīng)當(dāng)理解，上面的概括描述和下面的詳細(xì)描述都為示例性和說明性，并且并不限制如所要求保護(hù)的本發(fā)明。
【附圖說明】
[0010]圖1示出了根據(jù)第一實施例的測量裝置的框圖；
[0011]圖2示出了根據(jù)第一實施例的測量方法的流程圖；
[0012]圖3示出了根據(jù)第二實施例的測量裝置的框圖；
[0013]圖4示出了在第二實施例中由處理器執(zhí)行的處理的流程圖；
[0014]圖5示出了處理器在圖4的步驟S20和步驟S24中的處理的流程圖；
[0015]圖6示出了處理器在圖4的步驟S22中的處理的流程圖；
[0016]圖7A和圖7B分別示出了測量箱中的相對濕度與經(jīng)過的時間的關(guān)系以及石英晶體振蕩器的質(zhì)量與經(jīng)過的時間的關(guān)系；
[0017]圖8A至圖8C不出了質(zhì)量與相對濕度的關(guān)系；
[0018]圖9示出了第二實施例的處理器的操作的流程圖；
[0019]圖10示出了根據(jù)第三實施例的測量裝置的框圖；
[0020]圖11示出了根據(jù)第三實施例的圖4的步驟S22的流程圖；
[0021]圖12A至圖12C分別示出了溫度與經(jīng)過的時間的關(guān)系、相對濕度與經(jīng)過的時間的關(guān)系以及質(zhì)量與經(jīng)過的時間的關(guān)系；以及
[0022]圖13A至圖13C分別示出了另一溫度與經(jīng)過的時間的關(guān)系、另一相對濕度與經(jīng)過的時間的關(guān)系以及另一質(zhì)量與經(jīng)過的時間的關(guān)系。
【具體實施方式】
[0023]例如，花費24小時或長于24小時的時間使用利用過濾器收集微粒的方法進(jìn)行單一測量。此外，很難進(jìn)行自動測量。另一方面，對于β射線吸收方法，可以進(jìn)行自動測量。然而，測量時間卻不夠短。測量裝置大且昂貴。對于光散射方法，可以進(jìn)行自動測量而且測量時間短。并且，可以將測量裝置小型化，而且測量裝置也不貴。然而，能夠通過光散射方法測量的濃度不是質(zhì)量濃度而是與單位體積內(nèi)微粒的數(shù)量相對應(yīng)的計數(shù)濃度。因此，在將計數(shù)濃度轉(zhuǎn)變成質(zhì)量濃度期間可能降低精確度。
[0024]能夠通過光散射方法測量的濃度不是質(zhì)量濃度而是與每單位體積微粒的數(shù)量相對應(yīng)的計數(shù)濃度。氣體的濕度對將氣體中微粒的計數(shù)濃度轉(zhuǎn)變成質(zhì)量濃度有影響。例如，當(dāng)氣體的濕度變化時，微粒的吸濕量也發(fā)生變化。因此，微粒直徑的分布和物理化學(xué)特性也發(fā)生變化。微粒是各種成分的混合物。微粒的吸濕特性因微粒的成分而異。例如，當(dāng)微粒是硫酸銨時，在90%濕度下光散射的橫截面面積是在干燥條件下的光散射的橫截面面積的5倍。當(dāng)微粒是有機物質(zhì)時，濕度對光散射的橫截面面積幾乎沒有影響。以這種方式，當(dāng)微粒的成分變化時，微粒的吸濕特性也發(fā)生變化。微粒的成分隨地點和時間而變化。因此，將計數(shù)濃度轉(zhuǎn)變成質(zhì)量濃度的精確度變得較低。在下面的實施例中，通過簡單測量微粒的吸濕特性，將微粒的計數(shù)濃度轉(zhuǎn)變成質(zhì)量濃度的精確度變得較高。因此，可以以高精度來測量微粒的濃度。
[0025][第一實施例]
[0026]圖1示出了根據(jù)第一實施例的測量裝置的框圖。圖2示出了根據(jù)第一實施例的測量方法的流程圖。如圖1和圖2中所示，測量裝置100主要具有濕度改變器12、質(zhì)量測量器14、計算器16、濃度測量器18和測量箱20。入口 21引導(dǎo)氣體80a如氣氛氣體進(jìn)入測量箱20。氣體80a中的微粒10a附著到平臺15。濕度改變器12改變測量箱20中的微粒10a所接觸的氣氛的濕度(步驟S10)。質(zhì)量測量器14對氣體80a中附著到平臺15的微粒10a的質(zhì)量進(jìn)行測量(步驟S12)。計算器16根據(jù)微粒10a周圍的氣氛氣體的相對濕度和微粒10a的質(zhì)量來計算吸濕性參數(shù)(步驟S14)。吸濕性參數(shù)是表示質(zhì)量關(guān)于濕度的相關(guān)性的信息。
[0027]此后，經(jīng)由入口 22將氣體80b導(dǎo)入濃度測量器18。氣體80b中微粒10b的成分與氣體80a中微粒10a的成分大致相同。例如，收集氣體80a和氣體80b的地點和/或時刻大致相同。濃度測量器18對氣體80b中微粒10b的計數(shù)濃度進(jìn)行測量(步驟S16)。在這種情況下，在測量計數(shù)濃度的同時還對氣體80b的濕度進(jìn)行測量。計算器16根據(jù)由濃度測量器18所測量的計數(shù)濃度、吸濕性參數(shù)以及氣體80b的濕度來計算氣體80b中微粒10b的質(zhì)量濃度(步驟S18)。
[0028]在第一實施例中，如在步驟S14的情況下，計算器16計算具有與經(jīng)歷測量計數(shù)濃度的氣體80b中的微粒10b的成分類似的成分的微粒10a的吸濕性參數(shù)。如在步驟S18的情況下，根據(jù)微粒10a的吸濕性參數(shù)、氣體80b中的微粒10b的計數(shù)濃度以及氣體80b的濕度來計算氣體80b中的微粒10b的質(zhì)量濃度。以這種方式，測量裝置100可以通過鑒于微粒10b的吸濕度計算微粒10b的質(zhì)量濃度，以高精度且在短時間內(nèi)測量微粒10b的濃度。
[0029][第二實施例]
[0030]第二實施例是第一實施例的具體示例。圖3示出了根據(jù)第二實施例的測量裝置的框圖。測量裝置102主要具有濕度調(diào)節(jié)器38、質(zhì)量測量器14、測量箱20、處理器36、沖擊器44、抽吸栗50和光散射類型的濃度測量器68。濕度調(diào)節(jié)器38與第一實施例的濕度改變器12對應(yīng)。要在測量箱20中測量溫度和濕度的溫濕傳感器40被設(shè)置在測量箱20中。質(zhì)量測量器14是微天平并且具有石英晶體振蕩器30、振蕩器電路32和頻率測量電路34。光散射類型的濃度測量器68與第一實施例的濃度測量器18對應(yīng)。
[0031]入口 21吸入氣氛氣體作為氣體80a。沖擊器44將氣體80a中具有期望范圍內(nèi)的大小的微粒10a分離開。例如，當(dāng)沖擊器44測量PM 2.5的濃度時，沖擊器44將大小(微粒是球形的情況下的直徑)接近2.5 μ m或小于2.5 μ m的微粒分離開?？梢匀我獯_定通過沖擊器44分離的微粒10a的大小。例如，大小可以為10 μ m或小于10 μ