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空气质量自动监测系统

技术方案2 / 20

目录

、, 、.

前言

- *■. 系统概述

- •-. 系统组成

四． 空气质量监测仪性能特点

五． 仪器工作原理

六． 监测参数及性能指标

七． 采样系统

八． 多点校准设备（高精度配气仪）

九． 零气发生器

十． 气象系统

十一． 中心站软件系统介绍

十二． 项目详细的自动监测系统框图、安装方案

十三． 常见故障维修 3 / 20

大气环境自动监测系统技术文件

一．前言

环境保护监测先行，自动化、信息化是做好环境监测的前提和保障。在地方经济 迅速发展的同时、各地区不断出现不同程度的水、气、噪声等环境污染事件，严重影 响了人们的生活质量，阻碍了当地经济的持续发展。随着国家制定的各种环境保护政 策及法规的颁布实施，各级地方政府在对辖区内的环境治理日益重视的同时，加大了 对环境监测的投资力度，各地区陆续规划安装了大气环境质量监测地面站，实施城市 空气质量预报。

THY-AQM6係列城市级大气环境监测系统完全可以实现区域环境保护监测部门对环境监测 的实际需要，满足城市空气质量预报的要求。

二、 系统概述

THY-AQM6系列城市级大气环境监测系统通过在城市均布点设置子站 （子站数量根据当

地情况而定），安装在线式环境监测设备。监测数据实时传送到当地环保监控中心；中心可 通过系统实时监测终端监测辖区内分布的各点在线监测设备的实时动态数据，并及时记录； 建立监测系统数据库， 根据历史记录数据和分析结果预测、 预报辖区环境污染状况及发展趋 势，为有效控制辖区内环境状况提供科学依据。

系统将在环保局监控中心安装一个视频显示屏及建立一个显示控制系统， 该系统可满足

环保局政务公示及辖区环境监测数据、信息实时发布的需要。

THY-AQM60系列环境空气质量自动监测系统是以自动监测仪器为核心的自动“测 -控”

系统。系列环境空气自动监测系统是基于干法仪器的生产技术， 利用定电位电解传感器原理， 结合国际上成熟的电子技术和网络通讯技术研制、 开发出来的最新科技产品。 该系统符合国 家对城市环境空气自动监测系统的各项技术指标要求， 国产化程度高， 具有较强的实用性和 理想的性能价格比，可替代同类进口产品，是开展城市环境空气自动监测的理想仪

系列环境空气自动监测系统由一个中心站和若干个子站构成 （子站数量根据当地情况而 定），安装在线式环境监测设备。因此系统软件将由中心站软件和子站软件两大部分组成， 两者有机结合， 协调整个监测系统的运行， 完成对各种监测仪器的数据采集和远程通讯控制 及数据处理，并形成报告。

三、系统组成

大气污染物：N02（ NO NOX监测仪、臭氧监测仪、二氧化碳监测仪、一氧化碳监测仪、

PM10监测仪

气象系统： 可测量风速、风向、温度、湿度、大气压力。 4 / 20 现场校准系统：包括多种标准气体、一套气体标定装置。

中心站及子站系统： 可连续自动采集大气污染监测仪、气象仪、现场校准的数据及状

态信息等。并进行预处理和贮存，等待中心计算机轮询或指令。

采样系统： 由采样头、总管、支路接头、抽气风机、排气口等组成。

数据采集系统（即远程数据通讯设备）：直接使用无线 PC卡（支持GPRS。条件保证设

备：站房等其它硬件

系统组成图

PSTN/GPRS/I nternet

四、空气质量监测仪性能特点：

•同时测量5种气体和一种颗粒物

•便携、在线两用型

•测量参数任意组合，可同时监测五种气体参数和可吸入颗粒物， 并在屏幕上实时显示检测

值

•采用进口高灵敏度的传感器，响应速度快，分辨率高，线性好，检测下限可达 ppb级

•大屏幕液晶显示， 可直观动态显示各种检测数据、图形、仪器工作状态，提供全中文菜单 和友好的人机对话界面

•机内锂电池供电或外接交流电供电方式， 如果外电源断电后，设备内的电池可供仪器连续

工作8小时

•应用单片机技术和无线网络通讯技术相结合，采用 SD卡数据存储功能，理论上支持 8G

的数据存储量

•自动计算小时、日、周、月平均值，并生成相应的数据报表和数据曲线 省级管理部门

信息中心 各级管理部门

'•、；”信息中心

市级管理部门

信息中心 县/区级管理部门

信息中心 授权区域监控管理

信息中心

I -------------—才

调制接调器 调制糜器 调制: :调器 调制: :调器

电话

!监测点（1）；

I 监测点 (N

现场控制柜 1

1 i

i

环境在线监 ■ 环境在线监

测设备 1 i 测设备

i i

i i 环境在线监

测设备 I 监测点（2） ； ! 监测点（3） I

I I I I 5 / 20

• RS485或GPRS无线传输，上位机软件远程接收

•可更换粒子切割器 PM10 PM5 PM2.5及TSP

•体积小、重量轻、便于随处移动监测

•操作方便、易于维护

•应用领域：城市大气环境监测、企业环境监测、工厂厂区无组织排放污染气体监测、 应急监测环境评价监测

五、仪器工作原理

气体检测部分工作原理

本仪器采用高灵敏度电化学传感器原理，结合单片机技术和网络通讯技术，可以连续

监测大气层中的 SO2 N02 03 CO H2S NH3 HF等气体，全面显示需要的测量数据。首 先由抽气泵将环境空气通过过滤器， 经流量调节器后分别以 300ml/min 的流量送到传感器气 室，通过传感器时所产生的信号经放大 A/D 转换后，由微处理器进行采集 计算 数据处 理，产生浓度结果数据，同时保存数据结果或通过 RS485串行接口送至信息中心。

对于空气中微量气体的检测， 不同气体之间的交叉干扰尤其突出， 如处理不好， 对测试 结果会产生极大的影响。 我们采用了两项关键技术解决了此问题： 一是采用面对环境空气质 量专用传感器；二是使用选择性合适过滤器，由此使本系统监测结果准确 可靠。

气体传感器的工作原理：

传感器通常由三个电极构成，其中最主要的是工作电极。它通常是用一种具有催化活 性的金属， 例如：铂，

将其喷镀在一种透气但是憎水的膜上做成。被测量的气体扩散透过多 孔的膜在其上进行氧化或还原反应。其反应的性质以工作电极的热力学电位和分析气体的 （氧化还原）性质而定。氧化还原反应中参加反应的电子，流向（还原）或流出（氧化）工 作电极， 通过外电路成为传感器的输出信号。 为了氧化还原反应得以进行， 工作电极的热力 学电位是一个极为重要的因素。 参考电极则是为了提供电解中的工作电极具有一种稳定的电 位而设。 参考电极通常需要保护， 使之不暴露在样气中， 这样参考电极的热力学电位就总是 具有同一数值保持稳定。 此外， 参考电极不允许有电流需要的第二电极， 它的作用主要是允 许电子进入或流出传感器内部。

控制工作电极电位和将信号电流转换为电压信号的电路称之恒电位电路（或恒电

位器）。工作电极的工作信号需经运放 U2转换为电压信号。电路同时保持工作电极的电压使 之处于其偏压 Vbias

之值。参考电极电位与一个经过仔细选择的稳定的输入电压 Vbias 比较 后，线路中运放 U1在对电极产生一电压信号，其大小正好是产生一个与工作电极电流相等 6 / 20

相反的电流信号。同时恒电位电路使工作电极与参考电极之间保持一恒定的电位差 （电压）。

可吸入颗粒物检测部分工作原理

采用激光光源，质量浓度转换系数不受颗粒物颜色的影响， 内装光学标准散板，确保仪

器高稳定性。仪器设计了可更换的粒子切割器，实现了 PM10 PM5 PM2. 5、TSP多种粒

子分离切割器兼容。在线滤膜采样器，实现了连续监测粉尘浓度与滤 膜采样兼容，可以分

析所收集到颗粒物的成份以及求出该场所的质量浓度转换系数 K值。设计了恒流控制器，

确保采样流量恒定，切割曲线的正确。 具有特别的保护气幕，避免了粉尘对仪器核心部件

—光学系统的污染，确保仪器高可靠性 通过计算机软件实现仪器零点自动调节，提高了仪

器测量精度，方便了用户使用。 控制流程图

rsit

仪器的组成：仪器由采样部分、过滤器、样气浓度分析、数据采集/数字滤波、动态数据图形 显示、数据存储/查询/通讯、供电方式自动选择等部分组成。

采样部分：采样部分是由进气管路、过滤器、抽气泵、流量调节器等组成，其作用是由抽气 泵将环境空气通过过滤器，分别以300ml/min的流量送到传感器气室，然后经仪器排放孔排 出。

信号转换部分：该部分由气体传感器和温度传感器组成, 信号处理部分：该部分由信号变换和控制两部分组成。

信号变换：由气体传感器和温度传感器产生的电信号较小,

（根据用户要求可改变）。数字信号ppb或ug/m3供面板LED显示，温度信号经变换后供控50犬屏墓 荐!il

其功能是将被测物浓度变成电信号

并且和要求输出的信号不成比例

关系，必须经放大后才能得到标准输出信号及控制信号 信号经处理后，输出模拟信号0-2V 7 / 20

制和计算用。

控制部分：由于传感器信号的输出与温度有关系， 该仪器为提高准确度设计了温度控制装置，

根据传感器的温度变化即调整制冷和制热系统， 保证了传感器的最佳使用状态。控制部分还

包括电源保护，开关，泵及标校整定电位趋，其作用是保证系统安全可靠。

输出部分：该部分由模拟信号输出和 LED数字输出两部分组成。

数据采集/数字滤波：由CPU控制的数据采集电路对传感器输出的多路信号进行实时采集，

并通过数字滤波对异常数据进行处理，克服各种干扰的影响，确保采集的数据准确可靠。

动态数据图形显示： 仪器采用图型液晶显示屏， 可直观显示各种监测数据、 图形；仪器工作

状态；提供全中文菜单、人机对话方式，界面友好。

数据存储/查询/通讯：采用大容量数据存储器，理论最大可支持 8G的历史监测数据存储；

提供方便的数据查询方式；具有无线通讯接口，可与计算机进行数据通讯、数据整理、打印。 供电方式自动选择：仪器采用机内锂电池供电或外接交流市电供电方式，当外接市电时，仪 器自动断开机内电池。

六、监测参数及性能指标

气体监测参数 检测范围 分辨率

二氧化硫 0-2ppm O.OOIppm

二氧化氮 0-2ppm O.OOIppm

臭氧 0-2ppm 0.001ppm

一氧化碳 0-50ppm 0.01ppm

硫化氢 0-2ppm 0.01ppm

二氧化碳 0-2000ppm 1ppm

有机挥发物（VOC 0-500ppm 1ppm

氟化氢 0-2ppm 0.01ppm

温湿度 -20 C -100 C

0-100% RH 0.01 C

1%

颗粒物

切割器 PM10、PM5、PM2.5 及TSP 0-10mg/m3 0.001 mg/m3

其它可选气体：

氨气、氯气、氰化氢、氯化氢、、氟气、氢气、氧气、一氧化氮、溴气、磷 化氢、偏二甲肼、二氧化氯、溴化氢、氯甲烷、氯乙烯、光气、砷化氢、锗 烷、硒化氢、硅烷、环氧乙烷、易燃易爆气体等。

性能指标