關于粉塵濃度檢測技術現狀的探討

王 歡

（1.中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400037；2.重慶安標檢測研究院有限公司，重慶 401325）

引言

近些年，隨著我國工業產業的大規模發展，導致粉塵污染日益嚴重，長時間在此環境工作的人員都會產生職業病，如由粉塵引發的塵肺病等。近年來，塵肺病發病率一直居高不下，甚至有增高趨勢，結合衛生機構的數據來看，塵肺病在職業病中占據比例超過半數，同時煤炭、有色金屬、機械建筑等行業患有塵肺病比例處于前列，但是現階段的醫學醫療水平無法治愈塵肺病。基于此，對粉塵濃度檢測技術進行思考和研究有重要的價值。

1 粉塵的理化性質

粉塵理化性質主要是指粉塵在初始狀態下具有的物理性質和化學性質，這些性質表現程度與粉塵本身及周圍環境有關。具體來看，粉塵的物理性質主要包括密度性、分散度和濕潤性等。其中的密度主要是指在既定的單位體積中含有粉塵的質量，可根據環境差異分為真密度和表觀密度。而分散度是指粉塵顆粒的分布狀態，對粉塵等顆粒物而言，分散度不會是一成不變的，在進行檢測時會由于多種因素綜合作用，導致粉塵顆粒處于移動狀態。濕潤性是指空氣中的粉塵可以吸附水分而表現出來的性質，如果粉塵吸濕性比較高，則粉塵表現出來的粘附性也相對較高，反之則相反[1]。

2 我國現階段常見的粉塵濃度檢測技術

粉塵對人的健康、生命和財產安全有極大的危害性，因此，必須對粉塵濃度較高行業提高粉塵危害性認知、嚴格做好人員行為管控、按照標準要求做好防護、充分利用科技手段做好粉塵濃度檢測。隨著科技發展，越來越多等新技術理論應用在粉塵濃度檢測上，且市場上也出現了很多準確度較高的檢測儀器，例如微電腦粉塵儀、直讀式粉塵儀等，這些工具為監測工作提供了便利。結合粉塵濃度檢測技術發展情況，現階段主要的測量技術包括濾膜稱重測塵法、光散射原理測塵法、顯微鏡法、篩分法、細孔通過法和沉降法。在新技術的支持下，電荷感應式粉塵濃度檢測技術、數字圖像處理測量法以及色譜法和質譜法等技術也逐漸得到應用[2]。

3 現階段的粉塵濃度檢測技術闡述

3.1 電荷感應法粉塵濃度檢測技術

此種方法的基本應用原理是帶電粉塵顆粒經過金屬棒狀電極時，會發生電荷感應現象。粉塵顆粒接近金屬電極時，可在顆?？拷姌O表面一側感應出反相電荷，而此時同相電荷向遠離顆粒一端移動。粉塵顆粒與電極越近，此時靠近顆粒一端電荷感應越多。當顆粒遠離電極時，此時遠端電荷逐漸向近端移動，在遠端處感應到的電荷量逐漸下降。如果粉塵顆粒與電極檢測區域相脫離，則電極表面的電荷量會回歸原始狀態，只有電極感應區域內再次出現粉塵顆粒物時才會發生變動。借助電荷感應原理，結合傳感器技術，目前對感應式粉塵濃度傳感器有了深入的研究，并逐漸得到應用[3]。

3.2 光散射法檢測粉塵濃度技術

現階段常用的光學檢測方法中最常用的為Mie散射法，此種檢測方法基本原理如下頁圖1 所示，主要通過光散射檢測裝置對粉塵濃度進行檢測。光散射檢測裝置主要包括光發射單元激光器、透鏡、光陷阱及光接收器等，通過這些部件可有效檢測粉塵濃度。具體應用原理為：當有粉塵存在于光敏感區域時，激光器發射出來的光受到粉塵影響，散射到各個方向，此時球面聚光鏡會盡可能收集散射的光，并將光傳遞給光接收器，在接收器中可感受到光的存在。借助光接收器，可將光轉換成電信號，不同的粉塵濃度，光接收器將光轉換的電信號存在差異。如果光敏感區域無粉塵時，激光發射器發射的光經過透鏡后全部被光陷阱吸收，此時無法在光接收器上接收到光信息，從而可明顯發現此時檢測區域不存在粉塵。通過上述原理，可較為準確地獲得粉塵濃度。

圖1 光散射法檢測粉塵濃度基本原理圖

3.3 光散射法和電荷感應法融合的粉塵濃度檢測技術

由光散射法和電荷感應法原理可知，光散射法適合低濃度粉塵檢測工作，但對于高濃度粉塵存在不足。而電荷感應法在面對高濃度粉塵時具有優勢，但對于低濃度粉塵檢測存在誤差或者標定分辨率方面存在局限。為了攻克這兩種檢測方法的局限性，相關人員提出了研制光散射子單元和電荷感應子單元，從而將兩種檢測技術融合，發揮最大化優勢，提出一種新的粉塵濃度檢測技術，此方法最大化發揮了光散射法和電荷感應法的優點，通過電子元件的方式大幅度提升了檢測準確率[4]。

3.4 直讀式粉塵濃度檢測技術

直讀式粉塵檢測技術應用較為廣泛，主要是對空氣中的粉塵濃度進行檢測，以直讀式粉塵濃度檢測儀為主要工具，按照相關要求操作可保證檢測結果具有可信度，同時此儀器操作簡便，最終的檢測結果可直接呈現在顯示器上，便于相關人員觀察和記錄。直讀式粉塵濃度檢測儀器由暗室、紅外線發射管、氣泵及電池裝置等幾部分組成。相較其他檢測技術而言，該檢測儀具備攜帶方便、操作簡單等優勢。直讀式粉塵檢測儀使用之前，需要對儀器進行準確度檢測，有兩種校準方式：一是基準校驗法，采取濾膜稱重的方式對儀器進行標定，同時打開被校準的直讀式粉塵檢測儀和標準濾膜粉塵采樣器，確保兩者在同一地點、同一時間開展工作，然后采取稱重法確定粉塵濃度，最終兩個儀器數值一致，則表示直讀式粉塵檢測儀標準，否則，需要進行校準。二是比較校對法，利用已經得到校準、結果準確的直讀式粉塵檢測儀作為參照，同基準校驗法相似，也是讓兩個儀器在同一地點、同一時間進行檢測，最終以結果判定待檢驗儀器的精準度。經過校驗的儀器具有精確檢測粉塵濃度的功能，在正常應用情況下，只要儀器不存在問題，均能有效檢測出粉塵濃度。

4 粉塵濃度檢測技術存在的缺陷及改進策略

結合當前粉塵濃度檢測實際工作環境分析，多數情況下檢測環境惡劣，存在各種各樣的挑戰，同時不同情況下粉塵的粒徑等存在差異，這導致粉塵濃度檢測儀器的實際工作環境較實驗室測試場景存在差異，很多在實驗室中通過檢測合格的儀器，在實際應用時卻會存在不足，部分設備無法充分發揮優勢等。上述因素的存在，對粉塵濃度檢測技術提出了新的要求，因此科學利用先進技術和新理論，綜合考慮粉塵理化性質，合理進行優化革新，促進檢測設備更新換代有重要作用。目前很多人員針對粉塵濃度檢測技術進行深入思考，從粉塵性質方面入手，探索研究新型檢測設備，另外研究提升現有儀器清潔工作質量的方法，從這兩方面共同進行思考，為粉塵濃度檢測工作進一步發展提供了助力[5]。

4.1 對現有原理進行深度剖析

例如對于光散射檢測法進行研究，探究改良手段，對β 射線原理測塵法進行掌握，結合當前我國β 射線源的供應商比較少的限制條件進行分析，力求探究出解決策略。

4.2 對儀器清潔功能進行適當的改進

對于現存的儀器難以清潔問題及粉塵吸附在儀器上面問題進行研究，探究解決粉塵吸附的方法策略。目前主要采取及時對元件進行校對、對儀器進行定期檢查和定期維護等手段，保證儀器檢測靈敏度和檢測準確度。

4.3 企業員工做好培訓工作

與粉塵長期相接接觸的企業應針對性地做好員工培訓活動，對于新入職員工應重點強調安全問題。在上崗之前，需要充分掌握專業知識及相關技能，并進行相應的考核，只有經過考核合格才能上崗工作。日常工作要做好檢查、巡視，對發現的隱患要及時進行處理解決，定期組織員工參與安全講座，讓員工真正認識到粉塵濃度檢測工作的價值。

5 結語

目前隨著我國粉塵濃度檢測技術的不斷發展，新技術、新產品不斷出現，科學利用檢測技術、加強粉塵濃度檢測、提升檢測工作準確度和精確度，可有效保護工作人員生命健康安全，降低安全事故發生概率，為企業發展營造安全、穩定的環境。