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在上面仿真结果的基础上,分别根据传统激发光光路和新设计的激发光光路搭建气室,除激发光光路外,两个气室其它的结构均保持一致,其信号采集与处理系统也完全一致。实验系统的原理图如图 8所示。在该实验系统的基础上进行两组实验,两组实验只做气室上的更换,第1组使用传统激发光光路的气室,第2组使用本文中新设计的激发光光路的气室。根据HJ 654-2013《环境空气气态污染物(SO2, NO2, O3, CO)连续自动监测系统技术要求及检测方法》所要求的方式分别针对两种结构的示值误差与精密度进行对比实验。
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根据HJ 654-2013《环境空气气态污染物(SO2, NO2, O3, CO)连续自动监测系统技术要求及检测方法》设备运行稳定并校准后,通入50%量程即250μg/L标准气体,度数稳定后院记录质量浓度值,再通入零气重新校准,重复3次,计算示值误差。应用两种激发光光路结构的实验数据如表 1所示。
serial number mass concentration/(μg·L-1) indication error 1 2 3 traditional structure 254.2 247.3 253.6 0.34% full scale new structure 248.6 252.9 251.3 0.18% full scale Table 1. Measurement value and indication error of experiment using two kinds of structural domains
可见使用本文中新设计的激发光光路结构较使用传统结构的示值误差显著缩小。根据国家标准,示值误差由下式计算:
式中, Le为分析仪的示值误差,cs为标准气体质量浓度的标称值(μg/L),cd为待测分析仪3次测量的平均值(μg/L),R为分析仪满量程值(μg/L)。
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根据HJ 654-2013《环境空气气态污染物(SO2, NO2, O3, CO)连续自动监测系统技术要求及检测方法》,待分析仪器稳定后,分别通入20%量程(即100μg/L)和80%量程(即400μg/L)标准气体,度数稳定后记录相应显示的质量浓度值,重复6次,计算使用结构仪器的精密度。表 2和表 3分别为100μg/L下和400μg/L下两种结构所测得的数据及量程精密度。
serial number mass concentration/(μg·L-1) precision/(μg·L-1) 1 2 3 4 5 6 traditional structure 99.0 98.1 97.3 98.9 99.3 100.1 1.13 new structure 99.2 98.9 99.3 100.2 99.6 98.7 0.53 Table 2. Measurement value and precision of two structures at 100μg/L
serial number mass concentration/(μg·L-1) precision/(μg·L-1) 1 2 3 4 5 6 traditional structure 397.3 401.6 401.2 398.3 397.1 402.0 2.26 new structure 398.6 400.8 399.3 399.5 398.5 401.0 1.1 Table 3. Measurement value and precision of two structures at 400μg/L
由表 2和表 3可知,在100μg/L下和400μg/L下,新设计的激发光结构所测出的量程精密度均高于传统结构。其中,量程精密度由下式求得:
式中, P为量程精密度(μg/L),xi为第i次的测量值(μg/L),x是n次测量的平均值(μg/L),n为观测次数(n≥6)。