導航：安全管理網>> 安全論文>> 職業衛生論文>>正文

呼吸性粉塵分離效能測試方法誤差分析呼吸性粉塵分離效能測試方法誤差分析

文檔作者：周涅皋文檔來源：中煤科工集團重慶研究院有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年10月22日
下載地址：點擊這里	文件大小： 302.39 KB 共4頁	文檔格式： PDF	下載點數： 1 點（VIP免費）

全屏查看

內容預覽 [文件共4頁]

本文件共4頁，如需編輯使用，請下載。

注：預覽效果可能會出現部分文字亂碼（如口口口）、內容顯示不全等問題，下載是正常的。

	文件大小：302.39 KB 共4頁文件格式：PDF 下載點數：1 點（VIP會員免費）

上一篇：基于FLUENT的粉塵擴散分析

文本預覽

僅提取頁面文字內容，供快速閱讀使用。

第40卷第6期
2013年12月
礦業安全與環保
MINING SAFETY ＆ ENVIRONMENTAL PROTECTION
Vo1．40 No．6
Dee．2013
周涅皋．呼吸性粉塵分離效能測試方法誤差分析[J]．礦業安全與環保，2013，40(6)：61—64
文章編號：1008—4495(2013)06-0061—04
呼吸性粉塵分離效能測試方法誤差分析
周涅皋
(中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶400037)
摘要：呼吸性粉塵濃度的準確測量是防治塵肺病的關鍵。分離效能是呼吸性粉塵采樣器的核心指
標，但其測試方法復雜，容易產生誤差。導致測試誤差的因素眾多，測試過程中產生的氣溶膠粒子的粒
徑對測試誤差的影響最為直接。對此，依據BMRC曲線，采用全微分等數學手段，得出粒子粒徑的各影
響因素導致的誤差與分離效能測試誤差的數學關系，通過一定方法實測并修正頻率與流量的數值，并將
溶液體積濃度提高至0．05％ 以上，可使由粒子粒徑引起的測試誤差低于1％。實測了3個采樣頭的分
離效能，測試數據表明該方法可以提高測試結果的可靠性。
關鍵詞：分離效能；呼吸性粉塵；BMRC曲線；全微分；粉塵采樣器
中圖分類號：TD714 ．4 文獻標志碼：B 網絡出版時間：2013-11—21 13：28
網絡出版地址：http：／／www．cnki．net／kcms／detail／50．1062．TD．20131121．1328．022．html
Error Analysis of Separating Efi ciency Test M ethod of Respirable Dust
ZHOU Ligao
(China Coal Technology and Engi~ering Group Chongqing Research Institute，Chongqiag 400037，China)
Abstract：The accurate measurement of respirable dust concentration iS the key to the prevention and treatment of
pneumoconiosis．The separating efi ciency is the core of the respirable dust sampler，but its measuring method is more complex
and the measuring error may exist．Many factors may lead to the measuring error，the size of aerosol particles generated in the
measuring process has the most direct influence on the measuring error． For this purpose，a mathematical relation between the
error led by the infl uence factors such as the particle size and the measuring error of the separating eficiency was obtained
according to BMRC curve and by using the total differential method．By modifying the values of flow rate and frequency and
enhancing the volume concentration of solution higher than 0．05％ ．the measuring eror can be dropped lower than 1％ ．The
separating efficiency of three sampling heads was measured，and the measuring data showed that this method can improve the
reliability of the measuring results．
Key words：separating eficiency；respirable dust；BMRC curve；total differential；dust sampler
粉塵分為總塵和呼吸性粉塵(簡稱呼塵) 1-3j。
總塵涉及到粉塵的爆炸特性，曾經是國內外研究的
重點。隨著醫學的發展，研究人員逐漸意識到呼塵
的危害，長期吸人呼塵會使礦工肺部機能逐漸萎縮，
直至呼吸衰竭而亡。這種危害并不像總塵的爆炸性
那樣直接，但其致死率較高，且患者生活質量極低。
衛生部全國職業病報告的統計數據顯示，自20世紀
50年代以來，全國累計報告職業病749 970例，其中累
計報告塵肺病676 541例，死亡149 110例。2010年
新增塵肺病為23 812例，約占所有職業病病例的
88％ 。這些現狀表明，防治塵肺病是監管職業衛
收稿日期：2013—03—16；2013—05—17修訂
作者簡介：周涅皋(1984～)，男，湖南岳陽人，碩士，助理
研究員，2010年畢業于清華大學微電子專業，現主要從事粉
塵監測等領域的科研工作。
生迫不及待的重要任務，而其首要任務就是準確監
測工作場所呼塵濃度。2010年9月試行的《煤礦作
業場所職業危害防治規定》，呼塵濃度已被列為重要
監測指標。
呼塵的測量需配備具有分離效能的采樣頭，這
種采樣頭可以將總塵中易進入肺泡的那部分粉塵分
離出來。因此，采樣頭的分離效能直接影響呼塵濃
度傳感器 的檢測結果。
分離效能指的是粒徑與分離比例的關系。關于
分離比例的數據定義，1952年英國提出BMRC曲線
(簡稱B曲線)，該曲線后來用于歐洲；1968美國提
出ACGIH曲線(簡稱A曲線)，該曲線主要用于美
洲。到20世紀90年代，歐洲提出了新的EN481曲
線，并沿用至今。而在這個時期，世界標準組織提出
了IS07708曲線，其與EN481對分離效能的定義是
一致的 。我國煤炭行業于1995年引入B曲線，
． 61．
Vo1．40 No．6
Dec．2013
礦業安全與環保
MINING SAFETY ＆ ENVIR0NMENTAL PROTECTION
第40卷第6期
2013年12月
并沿用至今。因此，筆者將基于B曲線進行誤差分
析。各種分離效能曲線對比見圖1。
裝
髓
奄
0
＼雉始難基本一敢 ● BMRC曲線
"-k'-EN481／IS07708~緱
{j ，．＼ ～A曲線
、
． 、I 《
— — — ～
? 易 離 t能j 7505 時。
H 應 t徑 ：同
＼ 【
。
R 北 陸占
、箍 ’
． 徑一j
、= ’、 ‘’～
2 3 4 5 6 8 9 10
粉塵空氣動力學直徑／I．rm
圖1 不同分離效能曲線的對比
1 測試方法
根據MT 394-1995(呼吸性粉塵測量儀采樣效
能測定方法》要求，在塵室中分別產生空氣動力學直
徑為2．2、3．9、5．0、5．9、7．1 m的氣溶膠粒子，將采
樣器置于塵室中，分別對各粒徑的氣溶膠采樣，最后
分析計算采樣器濾膜上所采集的粒子與進入采樣器
總粒子的比例是否滿足B曲線的要求。
美國TSI公司生產的氣溶膠發生器(TSI3450)
能生成指定粒徑的粒子。其原理是生成同等大小的
液滴，將液滴中溶劑揮發，溶質逐漸凝聚成球形粒
子。由于溶液的濃度是恒定的，所以凝結后粒子的
粒徑大小相同。
測試用亞甲基藍作為溶質，考慮到揮發性能，采
用50％的二次蒸餾水與50％ 的乙醇(體積比)作為
溶劑。將所配溶液吸人注射器，給注射器施壓，使溶
液通過微孔片(直徑為10 m或20 txm的圓孔)，產
生恒定流量的液柱，通過壓電陶瓷使微孔片產生指
定頻率的振動，從而將液柱分割為同等大小的液滴。
液滴在干燥筒中被純凈的空氣干燥，形成球形粒子，
最后輸送至塵室，形成一定濃度的單分散氣溶膠，為
下一步采樣提供環境。
2 誤差關系推導
2．1 粒徑的計算
氣溶膠粒徑的計算公式如下：
( )丁 (1)
式中： 。為氣溶膠粒子的物理直徑；C為亞甲基藍
溶液濃度(包含雜質)；f為氣溶膠發生器的擾動頻
率；Q為氣溶膠注射器推進流量。
此處的粒徑為粒子的實際直徑，可通過式(2)換
算成空氣動力學直徑：
． 62 ．
DP (2)
式中：D為氣溶膠粒子的空氣動力學直徑；P為粒子
密度，g／cm ；Po為1 g／cm。的標準密度。
2．2 粒徑誤差對分離效能誤差的影響
分離效能與粒徑的關系可由式(3)表示：
n 2
即=1一!
，(D≤D0) (3)
0
式中：叼為分離效能； 為常數，取7．07。
對粒徑求導，可以得出粒徑與分離效能的微變
量關系：
E =2(1-7／)orD (4)
式中：E 為分離效能誤差； 。為粒子粒徑相對誤差。
，7的取值范圍為0～100％，考慮最大誤差情況，
由式(4)可得：
E =2o"D (5)
2．3 參數誤差與粒徑誤差的關系
從式(1)可以看出，粒徑直接受Q、C、f的影響。
這些參數的實際值與設定值存在偏差，這些偏差將
導致粒徑誤差。為了分析參數誤差對粒徑誤差的影
響，對式(1)求全微分：
AO
p= △Q+ △c+ (6)
對式(1)變形：
D3 ： (7)
l
分別對Q、C、廠求偏導數：
3。2 00p
=
6C
如2 0Dp
：
6 q
3。 =一
合并式(8)：
(8)
3。 △Q+ △c+等
( Q+ c一 一
化簡：
3D2
p
ADp=D3
p(A~Q+ 一 (10)
變形為相對誤差形式：
AD p
= Lf
I
aQ
D 3 Q十 C f ? )
。
一 I J
取絕對值，得相對誤差關系式：
(12)
式中：orf)、 n、 ，分別代表粒徑、流量、濃度、頻率
∞ ∞ 舯 ∞ 如∞ 加m
第40卷第6期
2013年12月
礦業安全與環保
MINING SAFETY ＆ ENVIRONMENTAL PROTECTION
Vo1．40 No．6
Dec．2013
的最大相對誤差。
2．4 參數誤差與分離效能總誤差
聯立式(5)、(12)，可得簡單直觀的誤差關系式：
，'
E = ( Q+ c+ ) (13)
由式(13)可以得出：參數誤差對總誤差的影響
是平權的，因此可以分析哪些參數的誤差容易控制，
可用最小的代價來降低總誤差。
表1列出了誤差的對應關系。MT 394—1995
要求采樣頭分離效能的允差小于5％ ，那么測試誤差
應該遠低于5％ 。
表1 參數誤差和與總誤差的量化關系
分離效能測試誤差E ／％ 參數誤差和(o-O+O'c+trf)／％
5．0 7．5
3．O 4．5
1．0 1．5
n 0 75
從表1可以看出，參數誤差和至少要低于1．5％
時，測試結果才具有一定的可靠性；如果參數誤差和
接近7．5％時，那么測試很容易出現誤判，其可信度
幾乎為0。為此有必要分析參數誤差和的大小。
測試用的氣溶膠發生器是一種通用設備，并不
是專為測試分離效能而設計的，且隨著設備的老化
以及其他因素的影響，其流量、頻率的不確定性未必
能滿足實驗要求，另外在配置溶液時也會引入主觀
誤差。這些誤差會導致多大的測試誤差，以及通過
努力這些誤差能控制在什么范圍，只有定量地研究
誤差，才能提高測試結果的可靠性。
3 各參數誤差分析
3．1 流量
氣溶膠發生器的推進馬達以指定的速度推動注
射器，從而產生恒定流量的液柱。將推進器打開，在
排泄口收集液體并測量體積，用秒表計時，便可以計
算流量。選用揮發性弱的液體以便減少測量誤差。
測量時間宜長，選擇1 h，秒表的讀數最大誤差以2 s
計，計算可得時間的測量不確定度為0．056％。若用
量筒來測量體積，由于量筒精度、讀數誤差等原因，
易使誤差大于1％ ，因而不可取。一種更好的辦法
是，用萬分之一天平稱量液體質量，然后根據密度來
換算體積，其不確定度小于0．1％。流量總誤差為兩
者之和，即0．156％ 。
3．2 頻率
氣溶膠發生器壓電陶瓷的振動頻率是由電信號
驅動的，可由頻率計來測試電信號的頻率。頻率計
的測量誤差小于0．01％ ，可以精確地校準頻率。但
氣溶膠發生器受溫漂等影響，存在頻率波動。相同
條件下測量10次，每次測量1 h，最大相對頻偏 ，小
于0．11％。取頻率計的測量誤差為0．01％ ，那么頻
率總誤差為0．12％ 。
3．3 濃度
濃度分析主要是考慮非揮發性雜質的影響。測
試所配溶液為亞甲基藍溶液，溶質為亞甲基藍，溶劑
為50％乙醇和50％蒸餾水。這三者均含有非揮發性
雜質。測試所用亞甲基藍的濃度不超過0．2％ ，而亞
甲基藍固體中的非揮發l生雜質含量低于0．05％ ，所以
亞甲基藍本身對溶液濃度的影響小于0．000 1％。
為了提高實驗精度，在配置溶液時，蒸餾水選擇
二次蒸餾水，乙醇要求使用分析純，兩者非揮發性雜
質總含量小于0．000 5％。雜質濃度c 為三者之
和，即0．000 6％。這是雜質濃度的最大近似值，是
一個常數。濃度的相對誤差由式(14)給出，溶液濃
度及其相對誤差見表2。
c ：
Ca
×100％ (14)
表2 溶液濃度與濃度相對誤差的關系
c／％ c，％
0．O1
O．O5
O．10
0．15
0．2O
6．0
1．2
O．6
0．4
0．3
4 總誤差分析
公式(13)描述了參數誤差與總誤差的關系，通
過上節的推算也已經知道各參數誤差的實際情況。
表3給出了參數誤差與總誤差的數據關系。
表3 參數誤差與總誤差的數據關系 ％
O．01
O．05
0．1O
0．15
0．20
6．0
1．2
0．6
O．4
O．3
4．17
0．98
O．58
0．45
0．38
由表3可以看出，通過控制，頻率和流量誤差之
和僅為0．276％ ，為次要矛盾。如果要進一步降低這
兩方面的誤差，需要昂貴的設備來提高測試精度，而
且提高的效果也有限。在濃度方面，溶液濃度低會
引入較大誤差，因此可以通過提高溶液濃度來降低
測試誤差，這在測試過程中是容易做到的。測試所
配溶液的濃度如果控制在0．05％ ～0．20％，那么理
論上由粒子粒徑誤差而引入的測試誤差可以控制在
1％ 以內。
· 63 ·
Vo1．40 No．6
Dee．2013
礦業安全與環保
MINING SAFE IY ＆ ENVIRONMENTAL PROTECTION
第40卷第6期
2013年12月
5 實測論證
5．1 測試方案
任何測試方法都存在誤差，而被測對象的真值
往往是無法知曉的，所以目前難以實證測試方案使
誤差低于1％。但可以通過對比采取誤差控制方案
前后的測試數據，來判斷測試方案的可靠性。
先按照常規的方法測試分離效能，再對測試參
數進行誤差控制，然后再測同種樣品的分離效能。
測試對象為常熟市礦山機電器材有限公司的旋風分
離頭，該采樣頭通過了B曲線認證。實測每個采樣
頭的5個點，每個點測3次，記錄每個點的平均值。
5．2 實測數據
按照常規的方法設定參數，測試被測對象。參
數設置及測試數據見表4、表5。
表4 未約束誤差時的參數配置
kHz (10一 cm ／rain) ％ 徑／ m 期望值／％
86．8 82．7 83．4 3．2 7．3 6．6
72．7 75．3 73．2 2．7 5．3 3．2
51．1 53．7 52．2 1．1 3．7 2．2
32．4 33．5 33．9 2．4 3．5 3．9
4．1 5．3 5．1 4．1 5．3 5．1
用頻率、流量的實測值取代設定值，并且提高
2．2 m、3．9 m點的溶液濃度，再測同樣的3個采
樣頭。測試情況見表6、表7。
表6 約束誤差時的參數配置
表7 約束誤差時3個采樣頭的實測數據
· 64 ·
5．3 結果分析
國內要求被測采樣頭的誤差在5％以內才算合
格。本次試驗的被測對象是檢驗合格的產品，各點
誤差應該在5％以內。但表5的測試數據顯示，在未
對誤差進行控制前，15個測試數據中有5個點不合
格(見表5)，測試數據對采樣頭進行了誤判。在控
制了誤差之后再測同樣的15個點，所有點測試數據
均合格(見表7)。這表明，采用誤差控制的方法，測
試結果將更加接近真值，能提高測試結果的可靠性。
6 結語
1)首次采用全微分方法對分離效能測試誤差進
行量化分析，得出誤差的簡約關系。依據此關系，并
深入分析流量、頻率、濃度3個關鍵參數的誤差來源
及性質，提出誤差控制的辦法，使得由粒徑誤差引起
的分離效能測試誤差低于1％。
2)為了驗證方案的有效性，對比測試了3個驗
證合格的采樣頭。測試數據表明，采取誤差控制方
案后，可以提高測試結果的可靠性。目前尚無法通
過實驗手段驗證測試方案的誤差值，這是下一步需
努力的地方。
3)在一定程度上提高了分離效能測試的可靠
性，這有利于研發高準度的呼塵濃度傳感器，從而為
呼塵職業衛生危害提供可靠的鑒定數據，并為促進
行業規范提供根源性的技術支持。
參考文獻：
『1]A·K·辛哈，A·O·B·費笛．粉塵標準與塵肺病[J]．
礦業安全與環保，1986(6)：48—51．
[2]王耀明．煤礦呼吸性粉塵的計重測量及其原理[J]．礦
業安全與環保，1981(4)：24-33．
『3]李德文．粉塵防治技術的最新進展[J]．礦業安全與環
保，2000(1)：10—13．
f4]中華人民共和國衛生部．衛生部通報2010年職業病防
治工作情況和2011年重點工作[z]．
『51 ISO 7708—1995，Particle size fraction define—tions for
health—related sampling[S]．
[6] EN 481—1993，Workplace atmospheres Size fraction
definitions for me~uremem of airb0me particles[S]．
[7]G·格沃特金，T·L·奧杰恩．呼吸性粉塵個體采樣器
與113A型呼吸性粉塵采樣器并列比較[J]．礦業安全
與環保，1984(4)：64—68．
(責任編輯：陳玉濤)

網友評論 more

職業衛生論文最新內容

10-22