CN106716106B - 基于微量天平的微尘测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动更换滤纸，可连续检测微尘浓度或利用校准砝码自动进行校准的基于微量天平的微尘测量装置。本发明基于微量天平的微尘测量装置的滤纸夹安装板上设有多个带有滤纸的浓度测量用滤纸夹及用于获得微尘质量和振动频率间的关系系数——质量变换系数的砝码用滤纸夹，并通过滤纸夹安装板的转动来更换滤纸夹，并安装于振动管的自由端。

Description

基于微量天平的微尘测量装置

技术领域

本发明涉及一种自动更换滤纸，可连续检测微尘浓度或利用校准砝码自动进行校准的基于微量天平的微尘测量装置。

背景技术

空气中的悬浮灰尘呈粒径一般为0.1μm至100μm的多分散分布，而且含有多种化学组分。特别是微尘，可直接或间接地影响人体健康，危害动植物，降低能见度，从而成为大气化学领域的热点研究对象。有关微尘项目被纳入大气环境基准项目，为了改善大气环境而在进行相关检测和管理。

研究初期，研究人员主要致力于TSP（total suspended particulate）管理项目，但随着保健意识的增强，开始研发有关微尘、即PM10（粒径10um以下）的管理项目，而近年，由于PM2.5（粒径2.5um以下）对人体所造成的危害更加严重，因此，同时将PM2.5纳入了管理项目。目前，PM1管理问题正逐步受到关注。

为了管理好微尘PM10、PM2.5、PM10、PM1，需要使用微尘测量装置。

目前，具有代表性的微尘测量方法有滤纸法、β射线吸收法（Beta-rayAttenuation Methed:BAM）及微量天平法（Tapered Element Oscillation MicrobalanceMass Measurement Method:TEOM）。其中，微量天平法是唯一可连续自动测量微尘浓度、可直接测量重量的方法。

图1是现有基于微量天平的微尘测量装置结构示意图。

通常的微量天平法（TEOM），如美国授权专利4391338及日本授权专利第3354217号中所述，通常是采用轴向直径由下至上逐渐增大的锥形状振动管10，这种振动管10的下端为用于固定的固定端12，上端为自由端11。振动管10的自由端11安装有带有滤纸70的滤纸夹60，通过样品管30进入的样品空气通过滤纸70得到过滤后，经过振动管10的自由端11排放至振动管10内部的空心。一般情况下，振动管10的内部空心与连接于抽气泵的曲管40相连通，从而可使样品空气流动。

随着样品空气经过滤纸70，滤纸70收集的微尘会增加，随着微尘收集量的增加质量会增加，导致由振动管10的共振所形成的固有振动频率会逐渐下降。利用固有振动频率和质量之间的关系，监测微尘质量变化量，从而可测量微尘收集趋势、收集累积量及大气中微尘浓度。

此外，根据振动管10、滤纸夹60、滤纸70等的结构及材质特性，固有振动频率与质量间关系的系数值发生变化，因此，将作为砝码使用的滤纸夹安装在振动管的自由端后，通过测量固有振动频率来获得系数，并进行校准。

但是，用于进行校准或测量微尘收集量的滤纸夹需安装在振动管10的自由端11，而且现有的微尘测量装置只能进行人工安装。于是，校准误差较大，目前，在韩国形式认定中排除了PM2.5自动测量仪。此外，当沉积在滤纸上的微尘达到一定数量时，测量微尘的程序会自动停止，因此，在实际使用过程中，使用者每隔一段时间就要人工更换滤纸，从而不便于连续自动地进行测量，并且可能因一个滤纸上沉积过量微尘而难以保证检测数据的可靠性。

（现有技术文献）

（专利文献）

（专利文献1）US4391338A 1983.07.05

（专利文献2）JP3354217 B2 2002.09.27。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种通过自动安装砝码用滤纸夹来进行校准，在适当时间自动更换滤纸，连续测量微尘浓度的基于微量天平的微尘测量装置。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

本发明基于微量天平的微尘测量装置的样品管的端部与安装于空心锥形状振动管的自由端的滤纸夹相对而置，通过样品管流入的样品空气经滤纸夹的滤纸得到过滤后，通过自由端排放至振动管的内部空心，通过控制器引起振动管的振动后，测量固有振动频率的变化值，以此测量通过滤纸收集的微尘质量，基于微量天平的微尘测量装置包括：安装有带有滤纸并用于收集微尘、测量质量的浓度测量用滤纸夹和用于获得微尘的质量与振动频率间关系系数——质量变换系数的砝码用滤纸夹的滤纸夹安装板；及在控制器的控制下移动滤纸夹安装板，将砝码用滤纸夹移动至自由端后安装于自由端的状态下，通过测量固有振动频率校准质量变换系数，并将浓度测量用滤纸夹移至自由端后安装于自由端，而测量微尘质量的步进电机。

所述砝码用滤纸夹中未设有滤纸，所述控制器利用将砝码用滤纸夹安装在自由端时测得的固有振动频率、将浓度测量用滤纸夹安装在自由端时测得的固有振动频率和滤纸的质量获得质量变换系数。

所述滤纸夹安装板上设有至少两个所述浓度测量用滤纸夹，所述控制器通过控制步进电机，将至少两个浓度测量用滤纸夹依次安装在自由端，用以更换用于微尘质量测量的滤纸，并收集微尘和测量质量。

本发明基于微量天平的微尘测量装置的样品管的端部与安装于空心锥形状振动管的自由端的滤纸夹相对而置，通过样品管流入的样品空气经滤纸夹的滤纸得到过滤后，通过自由端排放至振动管的内部空心，通过控制器引起振动管的振动后，测量固有振动频率的变化值，以此测量通过滤纸收集的微尘质量，基于微量天平的微尘测量装置包括：安装有至少两个带有滤纸并用于收集微尘、测量质量的浓度测量用滤纸夹的滤纸夹安装板；及在所述控制器的控制下移动滤纸夹安装板，将至少两个浓度测量用滤纸夹依次安装在振动管的自由端，更换用于测量微尘质量的滤纸的步进电机。

安装于所述滤纸夹安装板的至少两个浓度测量用滤纸夹中的至少一个是用于获得微尘质量和振动频率间关系系数——质量变换系数的砝码用滤纸夹，所述控制器通过控制步进电机将砝码用滤纸夹移动至自由端后安装于自由端的状态下，测量固有振动频率，以校准质量变换系数，之后，更换滤纸，测量微尘的质量。

所述控制器按照预设的周期将砝码用滤纸夹安装在自由端，以校准质量变换系数。

当微尘的质量超过预设数量或者固有振动频率小于预设值时，通过所述控制器进行控制，以更换滤纸。

所述振动管固定于在伺服电动机的作用下可上下移动的上下移动块上，滤纸夹的底面设有贯通用于安装滤纸的上面中心并向下延伸的空心套管，振动管的自由端插在套管内，使滤纸夹安装于自由端，所述控制器通过控制伺服电动机及步进电机，将自由端插进套管，使向自由端上部移动的滤纸夹从滤纸夹安装板上抬起，之后，测量微尘收集或质量，通过下降自由端，使其从套管中抽出，将滤纸夹安装在滤纸夹安装板后，通过移动滤纸夹安装板，更换滤纸。

所述控制器通过控制伺服电动机提升自由端、抬起滤纸夹，并用滤纸紧密覆盖样品管端部后，通过滤纸收集样品空气，滤纸夹处于样品管端部和滤纸夹安装板之间时，通过测量固有振动频率测量微尘的质量。

设有包住样品管端部的密封圈，当通过滤纸过滤样品空气、收集微尘时，在滤纸夹边缘或滤纸的边缘压紧密封圈，以进行密封。

所述滤纸夹安装板呈圆盘形，上面设有沿相同半径的圆周方向以辐射状分布的至少两个纵向开口、用于安装滤纸夹的安装孔，在步进电机的作用下进行旋转，从而使至少两个滤纸夹依次移动至振动管的自由端。

本发明基于微量天平的微尘测量装置将至少两个滤纸夹安装在滤纸夹安装板，用于更换安装在振动管自由端的滤纸夹，因此，不用人工更换带有滤纸的浓度测量用滤纸夹，而可通过依次移动和安装浓度测量用滤纸夹来进行连续测量；每当需要校准时，通过移动和安装砝码用滤纸夹来进行自动校准，从而可准确地测量微尘浓度。

附图说明

图1是现有基于微量天平的微尘测量装置的结构示意图。

图2是本发明基于微量天平的微尘测量装置的结构示意图。

图3是本发明基于微量天平的微尘测量装置的纵向剖视图。

图4是本发明基于微量天平的微尘测量装置的横向剖视图。

图5是本发明基于微量天平的微尘测量装置的局部分解示意图。

图6是图5中滤纸夹安装板上的滤纸夹和滤纸分离时的示意图。

图7是本发明基于微量天平的微尘测量装置更换滤纸时的纵向剖视图。

图8是本发明基于微量天平的微尘测量装置通过滤纸收集微尘时的纵向剖视图。

图9是本发明基于微量天平的微尘测量装置测量收集于滤纸上的微尘质量变化情况时的纵向剖视图。

附图中：

10：振动管；11：自由端；12：固定端；13：内空心；20：振动频率测量装置；21：振动件； 22：振动锤；23：振动传感器；30：样品管；40：曲管；50：滤纸夹安装板；51：安装孔；60：浓度测量用滤纸夹；60a：砝码用滤纸夹；61：套管；62：滤纸安装槽；70：滤纸；100：支架；110：支撑块；111：安装板插口；112：样品管插口；113：振动管插口；114：振动件插口；115：振动传感器插口；116：密封圈120：步进电机；130：导引块；140：伺服电动机；150：上下移动块；151：内通道；200：控制器；210：电缆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行说明，以便所属领域普通技术人员实施。

图2至图6是用于说明本发明基于微量天平的微尘测量装置的附图。图2是结构示意图，图3是纵向剖视图，图4是横向剖视图，图5是局部分解示意图，图6是图5中滤纸夹安装板上的滤纸夹和滤纸分离时的示意图。

如图2至图6所示，本发明基于微量天平的微尘测量装置，其支架100上安装有用于安装滤纸夹60的振动管10、用于测量振动管10的固有振动频率的振动频率测量装置20、用于供应样品空气的样品管30、用于排出过滤的样品空气的曲管40、及安装有至少两个滤纸夹60、60a滤纸夹安装板50，可在控制器200的作用下自动进行滤纸更换、微尘收集、微尘质量变化测量及校准。

所述支架100包括支撑块110、导引块130、上下移动块150。

所述上下移动块150上面垂直固定有通过固定端12固定的直径由下至上逐渐变小的锥形空心管状振动管10，并设有可使振动管10的内空心13和曲管40相连通的内通道151。所述内通道151与所述曲管40相连接。

所述导引块130用于导引所述上下移动块150作上下移动，由于设有受控制器200控制的伺服电动机140，因此，可通过伺服电动机140带动上下移动块150上下移动。

所述支撑块110上安装有振动频率测量装置20、样品管30、滤纸夹安装板50及用于驱动滤纸夹安装板50移动（本发明实施例为转动）的步进电机120。所述支撑块110位于上下移动块150的上部，样品管30的端部、即排出样品空气的端部在垂直方向与振动管10的自由端11相对，通过移动（转动）滤纸夹安装板50，使安装于滤纸夹安装板50上的至少两个滤纸夹60、60a依次位于振动管10的自由端11和样品管30的端部之间。

具体而言，所述支撑块110上设有振动管插口113、样品管插口112、振动件插口114和振动传感器插口115、以及安装板插口111。所述振动管插口113用于由下至上插入振动管10，并与振动管10外缘间留有空隙，以便轻松插入振动管10，并使振动管10能够自由地进行上下移动和振动；所述样品管插口112设置于振动管插口113的垂直方向上部，与振动管插口113的上端之间留有空隙，从其上部插入样品管30时，样品管30的下端与振动管10的自由端100相对并彼此间留有空隙；所述振动件插口114和振动传感器插口115以低于空隙的高度设置于宽度方向的两侧，分别与振动管插口113相连通；所述安装板插口111用于从前面插入滤纸夹安装板50，使安装于滤纸夹安装板50的至少一个滤纸夹60配置于样品管插口112的下端和振动管插口113上端之间的空隙内，并且其上下之间留有间隙，使滤纸夹安装板50能够轻松地移动（旋转），通过移动（旋转）滤纸夹安装板50，将安装于滤纸夹安装板50上的至少两个滤纸夹60、60a依次配置于样品管插口112下端和振动管插口113上端之间的空隙内。

本发明实施例中，所述滤纸夹60、60a的上面设有用于插设滤纸70的滤纸安装槽62，其下面设有中空管状套管61。滤纸安装槽62的底部中心被贯穿，与套管61的内部空心相连通。所述套管61用于插入振动管10的自由端11，当振动管10为玻璃管时，易在插入过程中受到破损。因此，所述套管61的下部内边缘设有用于包住自由端11外边缘的衬垫11a。所述衬垫11a也可固定于自由端11，它还具有可使自由端11更加稳定地插设在套管61内的作用。

所述滤纸夹安装板50设有纵向开口，呈圆盘形，其上面设有至少两个从中心沿相同半径的圆周方向以辐射状分布的安装孔51，所述安装孔51带有用来卡住滤纸夹60、60a底面边缘的棱。当将滤纸夹60、60a逐一安装在各自的安装孔51内时，每个滤纸夹的套管61插在安装孔51内并向下露出。

将与连接振动管插口113和样品管插口112的垂直方向线相平行的垂直轴作为中轴，将如上所述的滤纸夹安装板50放置在水平面上，并将其安装于支撑块110上，保证有一个安装孔51位于振动管插口113和样品管插口112之间的空隙内。每当滤纸夹安装板50在步进电机120的带动下所旋转的角度等于在控制器200的控制下形成相邻安装孔51的中心角度时，位于振动管插口113和样品管插口112之间的空隙，即，位于振动管10自由端11和样品管30下端之间的安装孔51依次变换。换言之，以辐射状设置在滤纸夹安装板50的至少两个滤纸夹60、60a依次轮流移动到振动管10的自由端11与样品管30下端的之间。

用于插入所述滤纸夹安装板50的一部分并可使其旋转的安装板插口111的上下高度略大于滤纸夹安装板50的厚度。

安装于滤纸夹安装板50的至少两个滤纸夹60、60a区分为设有滤纸70，可进行微尘收集和浓度测量的至少两个浓度测量用滤纸夹60和用于获得微尘质量和振动频率间的关系系数——质量变换系数的至少一个砝码用滤纸夹60a。

本发明实施例中，砝码用滤纸夹60a未设置滤纸70，因此，与设有滤纸的浓度测量用滤纸夹60相比，其质量略小，两者质量之差为滤纸夹60的质量。利用这一质量差，通过控制器200获得质量变换系数。

此外，将滤纸夹安装板50和样品管30设置在支撑块110，将直立固定在上下移动块150上面的振动管10的上部插在振动管插口113，使样品管30的下端部和振动管10的上部自由端11沿上下垂直方向相对而置，其间的空隙内设有随着滤纸夹安装板50的旋转依次更换的滤纸夹60、60a。

以安装于滤纸夹安装板50的状态配置在样品管30的下端部和振动管10的上部自由端11之间空隙内的滤纸夹60、60a，随着上下移动块150的上下移动，将振动管10的自由端11插入滤纸夹60、60a的套管61内，并从滤纸夹安装板50上升起，从而使其以不接触样品管30的程度处于悬浮状态。当滤纸夹60、60a为安装有滤纸70的浓度测量用滤纸夹60时，可以增加升起高度，使滤纸70紧贴在样品管30的端部并覆盖。通过振动管10的下降将滤纸夹60、60a安装在滤纸夹安装板50的安装孔51内，并使振动管10自由端11脱离套管61。此时，转动滤纸夹安装板50可以避免卡在振动管10。

所述样品管30插固于样品管插口112内，直到样品管30的端部到达下端。下端设有包住样品管30端部的密封圈116。在用滤纸70覆盖样品管30端部的状态下，可将密封圈116紧贴于滤纸夹60的边缘或者滤纸70的边缘，以此密封样品空气从样品管30通过滤纸70、再通过滤纸夹60的套管61至振动管10内部空心的通道。

本发明的实施例中，振动频率测量装置20由向振动管10的上部施加振动的振动件21，设置于振动管10上部对应于振动件21向其施加振动的位置、用于接受振动件21施加的振动的振动锤22，及用于检测振动管10的固有振动频率的振动传感器23构成。在此，振动件21和振动传感器23由如日本授权专利第3354217号中所采用的压电元件构成，对振动传感器23感应的频率的振动进行放大后，利用振动件21施加于振动管10，形成基于共振的固有振动频率，以此检测固有振动频率。

所述振动频率测量装置20的振动件21和振动传感器23通过振动件插口114和振动传感器插口115从宽度方向的两侧贯穿支撑块110，并且隔着其端部插设于振动管插口113内的振动管10相对而置。在振动管10上与所述振动件21和振动传感器23相对而置的位置相对应的部位固定有振动锤22，从而通过振动频率测量装置20检测固有振动频率。

控制器200通过电缆210以电信号方式与振动件21、振动传感器23、步进电机120和伺服电动机140相连接，用以控制校准、微尘收集、微尘质量变化测量及滤纸更换等动作。为此，控制器200由可根据各动作的执行程序对通过电缆201连接的组件进行控制的微型计算机构成。

控制器200内设定有浓度测量用滤纸夹60和砝码用滤纸夹60a安装于滤纸夹安装板50上的位置信息。其中，浓度测量用滤纸夹60的安装位置信息是依照顺序而设定的，因此，进行校准时，将砝码用滤纸夹60a移动至振动管10的自由端11并安装于自由端11后，进行所述校准；将浓度测量用滤纸夹60依次移动至振动管10的自由端11并安装于自由端11后，进行所述微尘收集及微尘质量变化测量，然后进行滤纸更换。

首先，基于微量天平的微尘测量所应用的原理是锥形部件的质量与锥形部件固有振动频率f的平方成反比。根据这一原理，收集于滤纸70的微尘质量变化量△m可通过下列数学公式计算出。

公式1

公式中，△m表示收集到的微尘质量变化量；f₀表示△m的质量变化量产生之前测得的振动频率；f表示△m的质量变化量产生之后测得的振动频率；k为质量变换系数，用于表示质量m和振动频率平方的倒数之间的关系。

质量变换系数k可通过在锥形部件振动管10的自由端11分别安装质量各不相同的滤纸夹来测量振动频率，并将其结果代入上述公式1中计算而得。

本发明实施例的滤纸夹安装板50上安装有至少两个带有滤纸70的浓度测量用滤纸夹60和至少一个不带滤纸70的砝码用滤纸夹60a。可通过将不带滤纸的砝码用滤纸夹60a安装于振动管10的自由端11后测量振动频率和将收集微尘之前或未用于测量浓度的浓度测量用滤纸夹60安装于振动管10的自由端11后测量振动频率，并利用下列公式2计算出质量变换系数k。在此，可利用算得的质量变换系数k计算出微尘的收集质量变化量。

公式2

公式2中，M表示滤纸70的质量；f₁表示将带有滤纸70的浓度测量用滤纸夹60安装于自由端11时测得的振动频率，f₂表示将不带滤纸70的砝码用滤纸夹60a安装于自由端11时测得的振动频率。可利用质量变化量等于滤纸70质量时的频率变化值，计算质量变换系数k。滤纸70的质量应设定在控制器200内。

当基于微量天平的微尘测量装置长期处于运行状态时，质量变换系数k会发生微小变化。所谓校准（calibration）就是指定期获得这种质量变换系数k，并将其应用于微尘浓度的测量。

下面，对控制器200的控制原理进行说明。

控制器200通过按照预定的周期对步进电机120进行控制，带动滤纸夹安装板50旋转，从而使砝码用滤纸夹60a移动至振动管10的自由端11的上部后安装于自由端11。利用振动频率测量装置20使振动管10发生振动，以此测量固有振动频率，并完成校准。

此时，虽然只能利用将未收集微尘的浓度测量用滤纸夹60移动并安装至自由端11后测得的固有振动频率才能进行校准，但是，也可根据更换滤纸时测量的固有振动频率进行校准。为了方便起见，对通过安装砝码用滤纸夹60a测量固有振动频率，并以此进行校准的方式进行了说明。

完成校准后，控制器200将带有未收集微尘滤纸的至少两个浓度测量用滤纸夹60依次移动至振动管10的自由端11并安装在自由端11，从而在更换滤纸的同时通过曲管40吸入样品空气，收集微尘，测量收集微尘的质量变化量。

结合图7至图9，对滤纸更换、微尘收集及微尘质量变化的测量进行说明。

图7是更换滤纸时的纵向剖视图。

图8是通过滤纸收集微尘时的纵向剖视图。

图9是测量收集于滤纸的质量变化量时的纵向剖视图。

如图7所示，更换滤纸的步骤是，通过控制伺服电动机140，降落上下移动块150，使振动管10的自由端11处于脱离浓度测量用滤纸夹60的套管61的状态；之后，通过控制步进电机120带动滤纸夹安装板50旋转，使带有拟更换滤纸70的浓度测量用滤纸夹60位于振动管10的自由端11的上部。

然后，通过提升上下移动块150使振动管10上升，随着自由端11插进浓度测量用滤纸夹60的套管61，浓度测量用滤纸夹60从滤纸夹安装板50抬起并安装于自由端11。

如上所述的滤纸更换方法也适用于将砝码用滤纸夹60a安装于自由端11之时。

如图8所示，收集微尘的步骤是，将浓度测量用滤纸夹60安装在自由端11的状态下，通过提升上下移动块150，使振动管10进一步上升，用设在浓度测量用滤纸夹60的滤纸70密封样品管30的下端部，之后，通过曲管40吸入空气，使通过样品管30吸入的样品空气经滤纸70过滤后，通过套管61、振动管10及曲管40排出，从而达到通过滤纸收集微尘的效果。

采用上述方法更换滤纸后收集微尘时，按预设的时间间隔对微尘的质量变化量进行测量。

如图9所示，对收集微尘的质量变化量进行测量的步骤是，在停止通过曲管40吸气的状态下，通过下降上下移动块150，使滤纸夹60降落并处于样品管30的端部和滤纸夹安装板50的之间。之后，利用振动频率测量装置20对固有振动频率进行测量。完成固有振动频率测量后，提升上下移动块150，使滤纸夹60随之上升，从而进入微尘收集状态，以进行微尘收集，如图8所示。

控制器将按预设的时间间隔测得的固有振动频率代入公式1，计算出基于固有振动频率变化的微尘收集量的变化趋势及收集累积量，并根据曲管40吸入的样品空气流量，计算出空气中的微尘浓度。

如果在按预设的时间间隔测量收集微尘的质量变化量的同时收集微尘，会导致收集微尘的数量增加，从而降低滤纸的收集能力，因此，需要更换滤纸。

于是，当微尘收集累积量大于预设的数量或者固有振动频率小于预设数值时，通过控制器200进行控制，以更换滤纸。此时，由于固有振动频率会随着微尘收集累积量的增加而逐渐减少，因此，经过反复实验后获得微尘收集能力刚好低于最佳水平时的振动频率，并将获得的振动频率设定为所述预设值或者设定为对对应微尘收集累积量的预设量。

更换滤纸时，上下移动块150下降，随之带动振动管10下降，从而使自由端11脱离浓度测量用滤纸夹60的套管61，并使浓度测量用滤纸夹60安装于滤纸夹安装板50，这时，自由端11脱开浓度测量用滤纸夹60及滤纸夹安装板50。其后的步骤与结合图8所述的步骤相同。

用浓度测量用滤纸夹60替换砝码用滤纸夹60a和用砝码用滤纸夹60a替换浓度测量用滤纸夹60时，采用与更换滤纸时相同的方法。

此外，将砝码用滤纸夹60a安装于振动管10自由端11下测量振动频率而进行校准时，如图8所示，通过提升上下移动块150使振动管10上升，从而使砝码用滤纸夹60a处于样品管30的下端部和滤纸夹安装板50之间，在此状态下，利用振动频率测量装置20测量固有振动频率。测量固有振动频率后，通过上下移动块150的下降，降落振动管10，从而使砝码用滤纸夹60a安装于滤纸夹安装板50。之后，旋转滤纸夹安装板50，使浓度测量用滤纸夹60安装于振动管10的自由端11，以进行微尘收集及测量。

如上所述，进行校准时，要具备将带有未收集微尘滤纸的浓度测量用滤纸夹60安装在振动管10的自由端11时测得的固有振动频率数，因此，通过安装砝码用滤纸夹60a测量固有振动频率后，当安装带有未收集微尘滤纸的最初浓度测量用滤纸夹60时测量固有振动频率。为此，利用所述公式2计算出质量变换系数k，之后，在收集微尘的过程中，按预设的时间间隔测量质量变化量时，使用质量变换系数的校准值k来测量质量变化量。

另外，连接于曲管40的抽气泵及吸入样品空气的流量调节装置（或者样品空气吸入量测量装置）是吸入样品空气及进行浓度测量时所必要的公知组件，因此，未标注在附图中。

此外，支撑块110的形成有用于插入样品管30的样品管插口112的位置，设有用于加热样品管30的加热器。利用加热器可以蒸发样品空气中的湿气在滤纸70上形成的水分，以更加准确地测量微尘的质量。

此外，可利用粒径分离装置限制混合在吸入样品空气中的微尘的最大粒径，而用于测量PM10、PM2.5及PM1中任意一种的微尘浓度。

此外，可以在至少两个浓度测量用滤纸夹60中指定一个作为校准专用滤纸夹。此时，校准步骤包括：在安装有所述砝码用滤纸夹60a的状态下测量固有振动频率、在安装有所述指定的校准专用滤纸夹的状态下测量固有振动频率、及根据所述公式2计算出质量变换系数k。

上述的说明仅是对本发明实施例的详细描述，但本发明保护范围并不限定于上述实施方式。在权利要求书和说明书及其附图所示的范围之内通过一些修改，可实现不同的实施方式，而这种修改应属于本发明的范围。

Claims (10)

1.一种基于微量天平的微尘测量装置，样品管的端部与安装于空心锥形状振动管的自由端的滤纸夹相对而置，通过样品管流入的样品空气经滤纸夹的滤纸得到过滤后，通过自由端排放至振动管的内部空心，通过控制器引起振动管的振动后，测量固有振动频率的变化值，以此测量通过滤纸收集的微尘质量，其特征在于：它包括：安装有带有滤纸并用于收集微尘、测量质量的浓度测量用滤纸夹和用于获得微尘的质量与振动频率间关系系数——质量变换系数的砝码用滤纸夹的滤纸夹安装板；及在控制器的控制下移动滤纸夹安装板，将砝码用滤纸夹移动至自由端后安装于自由端的状态下，通过测量固有振动频率校准质量变换系数，并将浓度测量用滤纸夹移至自由端后安装于自由端，而测量微尘质量的步进电机。

2.根据权利要求1所述的基于微量天平的微尘测量装置，其特征在于：所述砝码用滤纸夹中未设有滤纸，所述控制器利用将砝码用滤纸夹安装在自由端时测得的固有振动频率、将浓度测量用滤纸夹安装在自由端时测得的固有振动频率和滤纸的质量获得质量变换系数。

3.根据权利要求2所述的基于微量天平的微尘测量装置，其特征在于：所述滤纸夹安装板上设有至少两个所述浓度测量用滤纸夹，所述控制器通过控制步进电机，将至少两个浓度测量用滤纸夹依次安装在自由端，用以更换用于微尘质量测量的滤纸，并收集微尘和测量质量。

4.一种基于微量天平的微尘测量装置，样品管的端部与安装于空心锥形状振动管的自由端的滤纸夹相对而置，通过样品管流入的样品空气经滤纸夹的滤纸得到过滤后，通过自由端排放至振动管的内部空心，通过控制器引起振动管的振动后，测量固有振动频率的变化值，以此测量通过滤纸收集的微尘质量，其特征在于：它包括：安装有至少两个带有滤纸并用于收集微尘、测量质量的浓度测量用滤纸夹的滤纸夹安装板；及在所述控制器的控制下移动滤纸夹安装板，将至少两个浓度测量用滤纸夹依次安装在振动管的自由端，更换用于测量微尘质量的滤纸的步进电机，安装于所述滤纸夹安装板的至少两个浓度测量用滤纸夹中的至少一个是用于获得微尘质量和振动频率间关系系数——质量变换系数的砝码用滤纸夹，所述控制器通过控制步进电机将砝码用滤纸夹移动至自由端后安装于自由端的状态下，测量固有振动频率，以校准质量变换系数，之后，更换滤纸，测量微尘的质量。

5.根据权利要求3或4所述的基于微量天平的微尘测量装置，其特征在于：所述控制器按照预设的周期将砝码用滤纸夹安装在自由端，以校准质量变换系数。

6.根据权利要求3或4所述的基于微量天平的微尘测量装置，其特征在于：当微尘的质量超过预设数量或者固有振动频率小于预设值时，通过所述控制器进行控制，以更换滤纸。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的基于微量天平的微尘测量装置，其特征在于：所述振动管固定于在伺服电动机的作用下可上下移动的上下移动块上，滤纸夹的底面设有贯通用于安装滤纸的上面中心并向下延伸的空心套管，振动管的自由端插在套管内，使滤纸夹安装于自由端，所述控制器通过控制伺服电动机及步进电机，将自由端插进套管，使向自由端上部移动的滤纸夹从滤纸夹安装板上抬起，之后，测量微尘收集或质量，通过下降自由端，使其从套管中抽出，将滤纸夹安装在滤纸夹安装板后，通过移动滤纸夹安装板，更换滤纸。

8.根据权利要求7所述的基于微量天平的微尘测量装置，其特征在于：所述控制器通过控制伺服电动机提升自由端、抬起滤纸夹，并用滤纸紧密覆盖样品管端部后，通过滤纸收集样品空气，滤纸夹处于样品管端部和滤纸夹安装板之间时，通过测量固有振动频率测量微尘的质量。

9.根据权利要求8所述的基于微量天平的微尘测量装置，其特征在于：设有包住样品管端部的密封圈，当通过滤纸过滤样品空气、收集微尘时，在滤纸夹边缘或滤纸的边缘压紧密封圈，以进行密封。

10.根据权利要求7所述的基于微量天平的微尘测量装置，其特征在于：所述滤纸夹安装板呈圆盘形，上面设有沿相同半径的圆周方向以辐射状分布的至少两个纵向开口、用于安装滤纸夹的安装孔，在步进电机的作用下进行旋转，从而使至少两个滤纸夹依次移动至振动管的自由端。