[发明专利]一种呼吸性粉尘分离效能测试粒子浓度不确定度分析方法

权利要求书

1.一种呼吸性粉尘分离效能测试粒子浓度不确定度分析方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：生成呼吸性粉尘预分离装置分离效能测定用静态箱单分散的测试粒子；

S2：建立单分散测试粒子的浓度及浓度不确定度计算模型；

S3：计算单分散的测试粒子浓度测量结果的不确定度分量、合成标准不确定度和合成扩展不确定度；

所述S1具体为：

S11：使用量筒量取体积为vml的无水乙醇，称取质量为Mmg的亚甲基蓝，配置以亚甲基蓝为溶质、无水乙醇为溶剂的标准溶液，标准溶液的体积浓度为：

S12：使用单分散气溶胶发生器生成气溶胶测试粒子；

所述单分散的测试粒子的浓度为：

式中：c_i为第i种粒径对应的静态箱内单分散粒子的质量浓度，单位为mg/m³；m_i为静态箱内的粒子质量，单位为mg；V为静态箱的体积，单位为L；N_i为第i种粒径的粒子数，单位为个；ρ为亚甲基蓝密度，单位为mg/cm³；D_pi为第i种粒子的空气动力学直径，单位为μm；

当i＝1,2,3,4,5时，若呼吸性粉尘预分离装置选用BMRC曲线，则测试粒子空气动力学直径分别为2.2μm、3.9μm、5.0μm、5.9μm和7.1μm；若呼吸性粉尘预分离装置选用ACGIH曲线，则测试粒子空气动力学直径分别为2.0μm、2.5μm、3.5μm、5.0μm和10.0μm；

所述S12具体为：

安装调试单分散气溶胶发生器，按照气溶胶发生器的微孔板规格和配套注射器容积调整射流泵运行速度；用注射器吸入S11中适量的标准溶液，安装于气溶胶发生器的注射器架上，设定气溶胶发生器的扰动频率；颗粒空气动力学粒径与气溶胶发生器扰动频率关系为：

其中，ρ₀＝1g/cm³，上式写为

式中：D_pi为第i种粒子的空气动力学直径，单位为μm；M为亚甲基蓝质量，单位为mg；Q为气溶胶发生器射流泵流量，单位为cm³/s；f_i为气溶胶发生器扰动频率，单位为Hz；v为无水乙醇溶液体积，单位为ml；ρ为亚甲基蓝密度，单位为mg/cm³；

对20μm的微孔片，Q＝0.139cm³/min＝0.0023167cm³/s

则单分散的测试粒子的浓度的计算公式变换为

式中：c_i为第i种粒径对应的静态箱内单分散粒子的质量浓度，单位为mg/m³；M为亚甲基蓝质量，单位为mg；Q为气溶胶发生器射流泵流量，单位为cm³/s；N_i为第i种粒径的粒子数，单位为个；ρ为亚甲基蓝密度，单位为mg/cm³；v为无水乙醇溶液体积，单位为ml；f_i为第i种粒径对应的气溶胶发生器扰动频率，单位为Hz；V为静态箱的体积，单位为L；

所述单分散的测试粒子测量结果的合成标准不确定度为：

取扩展因子k＝2，所述合成扩展不确定度为：u_rel＝2u_c；

所述单分散的测试粒子测量结果的合成标准不确定度和合成扩展不确定度的不确定度来源包括：

c_i的不确定度u_ci由M、v、Q、f、ρ、N_i和V的不确定度确定；根据静态箱内单分散粒子质量浓度测量步骤，分别计算各步骤的不确定度，再通过各步骤的不确定度计算总不确定度；

具体包括：

(1)称量亚甲基蓝标样引入的不确定度u(M)；

使用十万分之一电子天平称量亚甲基蓝标样，电子天平的最小读数为E_r(M)，其半宽为E_r(M)/2，按照平均分布，有

(2)量取无水乙醇溶剂引入的不确定度u(v)；

使用250mL量筒，量取无水乙醇定容至200mL，量筒最大允许误差为±E_r(v)，按照三角分布，有

(3)单分散气溶胶发生器的射流泵流速计的引入的不确定度u(Q)；

采用B类评定方法，流速计的最大允许误差为±E_r(Q)，区间带宽为E_r(Q)，置信因子为k，有单位为％；

(4)气溶胶发生器频率设置引入的不确定度u(f)；

气溶胶发生器频率设置误差为E_r(f_i)，半宽为E_r(f_i)/2，按照平均分布，有单位为Hz；

(5)亚甲基蓝密度测定引入的不确定度u(ρ)；

密度不确定度采用GB4472-2011《化工产品密度、相对密度测定通则》中的比重瓶法，以煤油作为浸渍液；测量亚甲基蓝粉末密度的不确定度来源包括测量重复性引入的不确定度、煤油密度测量引入的不确定度和环境温度引入的不确定度；密度的合成标准不确定度为

s_ρ为重复测量条件下n个测试结果的实验标准差，单位为g/cm³；ρ_max为密度最大测量值，单位为g/cm³；u_t为试验过程中环境温度及煤油温度的波动值，单位为℃；

(6)使用粒计数器测量静态箱内的粒子数引入的不确定度u(N)；

粒子计数的不确定度主要由与标准仪器有关的不确定度u₁(N)和测量重复性引入的不确定度u₂(N)组成；

则c₁＝1,c₂＝-1；

其中与标准仪器有关的不确定度u₁(N)分为标准仪器测量误差引入的不确定度和标准仪器和被检测仪器采样口位置差异引入的不确定度，两者均服从均匀分布，互不相关；则与标准仪器有关的不确定度为：

式中：ε₁为标准仪器测量误差，单位为％；ε₂标准仪器和被检测仪器采样口不同位置的测量误差，单位为％；

测量重复性引入的不确定度：

式中：s_N为测量结果的标准偏差；

(7)静态箱体积测量引入的不确定度u(V)；

静态箱为圆筒形，圆筒体积的不确定度由圆筒高度测量引入的不确定度u_D(V)和圆筒直径测量引入的不确定度u_H(V)组成；静态箱体积测量的不确定度为：

式中：c_D为直径测量不确定度的传递系数，单位为mm²；c_H为高度测量不确定度的传递系数，单位为mm²；

圆筒高度和直径测量引入的不确定度u_D(V)和u_H(V)由测量工具、测量人员读数及高度和直径的不均匀性三部分引入的不确定度组成；

式中：u₁₁、u₂₁为卷尺本身存在误差引入的不确定度，单位为mm；u₁₂、u₂₂为测量人员读数误差引入的不确定度，单位为mm；u₁₃、u₂₃为直径和高度不均匀性引入的不确定度，单位为mm。