空氣負(fù)離子觀測方法 電容吸入法

ICS07.060

CCSA47

中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)

GB/TXXXXX—XXXX

`

空氣負(fù)離子觀測方法電容式吸入法

Methodforairnegativeionconcentrationobservation-capacitanceinhalation

(點(diǎn)擊此處添加與國際標(biāo)準(zhǔn)一致性程度的標(biāo)識)

（征求意見稿）

（本草案完成時(shí)間：2023年3月1日）

在提交反饋意見時(shí)，請將您知道的相關(guān)專利連同支持性文件一并附上。

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實(shí)施

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目次

前言.................................................................................II

引言................................................................................III

1范圍...............................................................................4

2規(guī)范性引用文件.....................................................................4

3術(shù)語和定義.........................................................................4

4方法原理...........................................................................5

5測量系統(tǒng)...........................................................................5

構(gòu)成...........................................................................5

分類...........................................................................5

主要性能技術(shù)指標(biāo)...............................................................5

關(guān)鍵部件要求...................................................................6

6測量環(huán)境與安裝要求.................................................................7

測量環(huán)境.......................................................................7

安裝...........................................................................7

7測量方法...........................................................................7

工作方式.......................................................................7

自動測量模式...................................................................7

手動測量模式...................................................................7

校準(zhǔn)測量模式...................................................................8

8運(yùn)行維護(hù)要求.......................................................................8

日常檢查與維護(hù).................................................................8

定期檢查與維護(hù).................................................................8

9測試方法...........................................................................8

基本功能測試...................................................................8

性能測試.......................................................................8

10校準(zhǔn)方法..........................................................................9

校準(zhǔn)環(huán)境......................................................................9

校準(zhǔn)設(shè)備與設(shè)施................................................................9

極限離子遷移率校準(zhǔn)............................................................9

離子濃度校準(zhǔn)..................................................................9

校準(zhǔn)周期.....................................................................10

11數(shù)據(jù)記錄與處理要求...............................................................10

參考文獻(xiàn).............................................................................11

I

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引言

空氣負(fù)離子是衡量空氣清新程度的重要指標(biāo)之一，具有較為重要的生態(tài)、環(huán)境和健康等效應(yīng)?？諝?/p>

負(fù)離子受地理環(huán)境、天氣過程、人類活動以及大氣成分變化等影響，時(shí)空分布差異較大，開展空氣負(fù)離

子濃度觀測，對于評價(jià)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和健康等具有重要意義。

為了規(guī)范電容式吸入法空氣負(fù)離子濃度在線自動觀測，獲取準(zhǔn)確可靠的觀測數(shù)據(jù)，特制定本文件。

III

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空氣負(fù)離子觀測方法電容式吸入法

1范圍

本文件規(guī)定了電容式吸入法空氣負(fù)離子濃度自動觀測系統(tǒng)的方法原理、測量系統(tǒng)、測量環(huán)境與安裝、

測量方法、運(yùn)行維護(hù)、測試方法、校準(zhǔn)方法、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制與處理等要求。

本文件適用于地面固定站點(diǎn)開展空氣負(fù)離子濃度的自動在線測量。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T18809—2019空氣離子測量儀通用規(guī)范

QX/T419-2018空氣負(fù)離子觀測規(guī)范電容吸入法

QX/T475-2019空氣負(fù)離子自動測量儀技術(shù)要求電容式吸入法

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

空氣離子airion

空氣中帶正電荷或負(fù)電荷的氣體分子或分子團(tuán)或其他懸浮的細(xì)小微粒。

[來源：GB/T18809-2019，3.1]

空氣離子濃度airionconcentration

單位體積空氣中的正、負(fù)空氣離子個(gè)數(shù)

注：單位為離子個(gè)數(shù)每立方米（ions/m3）或離子個(gè)數(shù)每立方厘米（ions/cm3）。

[來源：GB/T18809-2019，3.2]

空氣離子遷移率airionmobility

空氣離子在單位強(qiáng)度（V/m）電場中的遷移速率。

注：單位為平方米每伏秒[m2/(V?s)]或平方厘米每伏秒[cm2/(V?s)]。

[來源：GB/T18809-2019，3.3]

空氣負(fù)離子airnegativeion

帶負(fù)電荷的空氣離子，簡稱負(fù)離子。

注：由于空氣中的負(fù)離子絕大多數(shù)是負(fù)氧離子，通常也將空氣負(fù)離子也稱為空氣負(fù)氧離子。

[來源：GB/T18809-2019，3.4,有修改]

4

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4方法原理

攜帶有正、負(fù)離子的空氣，按一定速度勻速進(jìn)入離子收集器后，在收集板與極化板之間恒定的極化

電場作用下，不同電性的離子分別向收集板或極化板偏轉(zhuǎn)；遷移率大于等于極限遷移率的離子能夠被收

集板或極化板所捕獲，并將所攜帶的電荷轉(zhuǎn)移到收集板或極化板上；通過微電流計(jì)測量出某一電性空氣

離子所形成的電流，經(jīng)采集器處理，得到空氣離子的濃度。

單位體積空氣離子數(shù)量的計(jì)算公式為：

?

N=···········································································(1)

???

式中：

N——單位體積空氣中負(fù)離子或正離子數(shù)目，單位為個(gè)/cm3；

I——微電流計(jì)讀數(shù)，單位為A；

q——基本電荷電量，取值1.6×10-19C；

υ——取樣空氣流速，單位為cm/s；

a——收集器有效截面積，單位為cm2。

5測量系統(tǒng)

構(gòu)成

由離子傳感器、采集器、輔助單元以及控制處理軟件構(gòu)成。

離子傳感器由收集板、極化板、微電流計(jì)、氣流驅(qū)動裝置等構(gòu)成；采集器由電信號放大器、微處理

器、A/D電路、顯示模塊、時(shí)鐘電路、內(nèi)存儲器、傳感器與數(shù)據(jù)接口、監(jiān)測電路等構(gòu)成；輔助單元由電

源模塊、通信接口、外存儲器等構(gòu)成。

控制處理軟件主要包括信號采集與處理、控制、系統(tǒng)檢測與預(yù)警、數(shù)據(jù)存儲與顯示等模塊。

分類

5.2.1依據(jù)測量系統(tǒng)中采集板與極化板的結(jié)構(gòu)，可分為平行極板結(jié)構(gòu)式、同軸雙圓筒結(jié)構(gòu)式、同軸單

圓筒結(jié)構(gòu)式和其它結(jié)構(gòu)式等。

5.2.2平行極板結(jié)構(gòu)式指測量系統(tǒng)的收集板與極化板相互平行的結(jié)構(gòu)。

5.2.3同軸雙圓筒結(jié)構(gòu)式指測量系統(tǒng)的收集板與極化板為不同直徑的同軸圓筒式結(jié)構(gòu)。

5.2.4同軸單圓筒結(jié)構(gòu)式指測量系統(tǒng)以收集板、極化板之一作為軸心，另一個(gè)為同軸圓筒式的結(jié)構(gòu)。

5.2.5其它結(jié)構(gòu)式指除5.2.2、5.2.3、5.2.4之外的結(jié)構(gòu)。

主要性能技術(shù)指標(biāo)

具體指標(biāo)要求見表1。

表1主要技術(shù)性能指標(biāo)

名稱指標(biāo)

測量要素小粒徑空氣負(fù)離子數(shù)濃度

范圍10～5.0×105個(gè)·cm-3

分辨力≤10個(gè)·cm-3

5

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名稱指標(biāo)

數(shù)濃度最大允許誤差工況濃度≥100（個(gè)·cm-3）時(shí)±15％

極限離子遷移率0.4cm2/（V?s）

極限離子遷移率最大允許誤差±10％

取樣空氣流速最大允許誤差±10％

響應(yīng)時(shí)間≤30s

空氣溫度：-30℃～+50℃；

工作環(huán)境

空氣相對濕度：10％～100％RH

關(guān)鍵部件要求

5.4.1離子傳感器

應(yīng)滿足如下基本要求：

——極板間極化電壓應(yīng)保持穩(wěn)定，電壓變化應(yīng)小于10%；

——極板在非測量狀態(tài)時(shí)，不應(yīng)有靜電吸附，并具有短路保護(hù)功能；

——微電流計(jì)的最低檢測限應(yīng)小于1.0×10-11A。

5.4.2采集器

應(yīng)滿足如下基本要求：

——采用16位及以上的A/D轉(zhuǎn)換電路；

——實(shí)時(shí)時(shí)鐘應(yīng)能保證誤差15s/月；

——內(nèi)存儲器應(yīng)能保存不少于10天的原始采樣數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)；

——在測量時(shí)長內(nèi)，對離子傳感器輸出信號的采樣頻率應(yīng)不低于6次/分鐘。

5.4.3測量與顯示

應(yīng)滿足如下基本要求：

——具有自動和手動調(diào)零功能；

——具有實(shí)時(shí)顯示、存儲測量和調(diào)零等信息的功能；

——信息顯示與存儲的頻率不低于1Hz。

5.4.4極限離子遷移率

5.4.4.1平行極板結(jié)構(gòu)式（或等效平行極板結(jié)構(gòu)式）

極限離子遷移率計(jì)算方法見公式（2）

2

???

K=··········································································(2)

??

式中：

K——離子遷移率，單位為cm2V-1s-1

L——收集極板長度，單位為cm；

d——極板間距，單位為cm；

Vx——空氣流速，單位為cm/s；

U——極化電壓,單位為V。

6

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5.4.4.2同軸單/雙圓筒結(jié)構(gòu)式

極限離子遷移率計(jì)算方法見公式（3）

?

?(?2??2)ln

??

K=································································(3)

2??

式中：

K——離子遷移率，單位為cm2V-1s-1

R——外圓筒內(nèi)半徑，單位為cm；

r——內(nèi)圓筒外半徑，單位為cm；

L——內(nèi)圓筒長度，單位為cm；

U——極化電壓，單位為V；

Vx——空氣流速,單位為cm/s。

6測量環(huán)境與安裝要求

測量環(huán)境

6.1.1觀測點(diǎn)四周空間應(yīng)開闊、無遮擋、氣流通暢。

6.1.2應(yīng)避開燃燒、交通以及工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等局地污染源和其他人類污染活動的影響。

6.1.3應(yīng)避開無線發(fā)射塔、高壓電線、通訊基站及相關(guān)設(shè)施、空調(diào)等電磁干擾。

6.1.4應(yīng)避開昆蟲、動物等活動頻繁以及蜘蛛絲、漂浮性雜物等多發(fā)區(qū)域。

安裝

6.2.1儀器在安裝使用前，應(yīng)進(jìn)行基本性能測試，測試合格后方可進(jìn)行測量。

6.2.2儀器應(yīng)安裝在穩(wěn)固的支架上，傳感器中心距地高度應(yīng)為1.5m；

6.2.3傳感器應(yīng)有防風(fēng)裝置，避免外部風(fēng)直接吹到收集器入口或出口。

6.2.4儀器四周如需要設(shè)置保護(hù)圍欄時(shí)，圍欄應(yīng)為氣流自由通過的稀疏結(jié)構(gòu)，圍欄頂部高度不應(yīng)超過

1.2m，與儀器間的距離應(yīng)大于2.0m。

6.2.5電源線和通信電纜應(yīng)有防水、防鼠、防老化等防護(hù)措施。

6.2.6儀器采集器和機(jī)箱應(yīng)良好接地。

6.2.7具有防雷設(shè)施，接地電阻應(yīng)小于4Ω。

6.2.8按要求進(jìn)行軟件安裝，并完成設(shè)備時(shí)間設(shè)置、初始化和相關(guān)參數(shù)設(shè)置等。

7測量方法

工作方式

具有自動測量、手動測量、校準(zhǔn)測量三種工作模式。

自動測量模式

在測量過程中通過自動控制方式交替進(jìn)行調(diào)零與測量。

手動測量模式

通過手動控制方式進(jìn)行調(diào)零與測量。

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校準(zhǔn)測量模式

自動完成調(diào)零后，保持氣流驅(qū)動裝置處于暫?；蜿P(guān)閉狀態(tài)，對輸入極板的微電流信號進(jìn)行連續(xù)測量。

8運(yùn)行維護(hù)要求

日常檢查與維護(hù)

應(yīng)進(jìn)行以下日常檢查與維護(hù)：

——每日巡視檢查觀測設(shè)備的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，應(yīng)及時(shí)查找原因，并采取有效措施進(jìn)行處

理，填寫日常檢查記錄表（參見附錄A）；

——觀測設(shè)備時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間偏差超過30s時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整觀測設(shè)備時(shí)鐘；

——當(dāng)收集器內(nèi)出現(xiàn)昆蟲、蜘蛛絲、漂浮性雜物等時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行清理或更換收集器；

——在沙塵暴、揚(yáng)沙、重度霾等天氣過程結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)對儀器進(jìn)行清潔維護(hù)；

定期檢查與維護(hù)

應(yīng)按下列要求進(jìn)行：

——每1個(gè)月應(yīng)對收集器、儀器進(jìn)氣和出氣口、風(fēng)扇等進(jìn)行至少一次清潔；

——每3個(gè)月應(yīng)對收集器、電路、氣路等進(jìn)行一次專項(xiàng)檢查與清潔；

——每3個(gè)月應(yīng)在氣流驅(qū)動裝置處于暫?；蜿P(guān)閉狀態(tài)下進(jìn)行至少一次離子濃度測量，離子濃度應(yīng)

小于10個(gè)/厘米3；

——每6個(gè)月應(yīng)對收集器內(nèi)氣流速度進(jìn)行至少一次檢測，氣流速度應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)值的±10%以內(nèi)；

——每12個(gè)月雷電多發(fā)期之前，應(yīng)對防雷接地、采集器外殼和外箱接地情況進(jìn)行至少一次檢

查。

9測試方法

基本功能測試

9.1.1在滿足測量條件要求下，應(yīng)使儀器處于正常工作狀態(tài)下進(jìn)行測試。

9.1.2將儀器調(diào)至自動測量模式，測試自動測量、自動調(diào)零、數(shù)據(jù)采集、存儲、顯示與傳輸?shù)裙δ苁?/p>

否正常。

9.1.3將儀器調(diào)至手動測量模式，測試手動測量、手動調(diào)零、數(shù)據(jù)采集、存儲、顯示與傳輸?shù)裙δ苁?/p>

否正常。

9.1.4將儀器調(diào)至校準(zhǔn)測量模式，測試自動測量、自動調(diào)零、數(shù)據(jù)采集、存儲、顯示與傳輸?shù)裙δ苁?/p>

否正常。

性能測試

9.2.1基本性能測試

按照QX/T475—2019中6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6的規(guī)定進(jìn)行測試。

9.2.2零值檢測

在自動完成調(diào)零后，保持氣流驅(qū)動裝置處于暫停或關(guān)閉狀態(tài)下進(jìn)行離子濃度測量，測量結(jié)果應(yīng)小于

10個(gè)·cm-3或低于儀器最低檢測限。

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9.2.3氣壓差檢測

用氣壓表測量離子傳感器內(nèi)部與外部的氣壓，兩者的差值應(yīng)＜1hPa。

9.2.4內(nèi)部氣流速度檢測

用風(fēng)速表測量儀器傳感器內(nèi)部氣流速度，結(jié)果應(yīng)在標(biāo)稱值的±10%范圍內(nèi)；

9.2.5外界風(fēng)速影響檢測

用風(fēng)速表測量儀器傳感器內(nèi)部、外部的氣流速度，在外部風(fēng)速變化時(shí)，內(nèi)部氣流速度變化應(yīng)＜0.5

m/s。

10校準(zhǔn)方法

校準(zhǔn)環(huán)境

要求如下：

——環(huán)境溫度范圍為20℃±5℃，相對濕度范圍為20％～85％。

——應(yīng)具有良好接地，接地電阻應(yīng)小于4Ω，宜配備具有穩(wěn)壓、濾波功能的不間斷電源。

——工作場所應(yīng)清潔，避免陽光直射，無顆粒物或煙霧污染，無機(jī)械振動和電磁干擾。

校準(zhǔn)設(shè)備與設(shè)施

有關(guān)要求如下：

──恒溫恒濕屏蔽裝置：應(yīng)具有溫度測量、相對濕度測量以及電磁屏蔽等功能。

──標(biāo)準(zhǔn)微電流計(jì)：電壓輸出0～5V可調(diào)，分辨力0.001V；電流輸出0～5×10-13A可調(diào)，分辨力1×

10-15A；應(yīng)具有至少3個(gè)不同強(qiáng)度等級微電流信號輸出功能；微電流計(jì)的電壓、電阻、電流等應(yīng)

進(jìn)行計(jì)量溯源，且處于計(jì)量檢定有效期內(nèi)。

──傳遞標(biāo)準(zhǔn)儀器：應(yīng)具有與待標(biāo)校儀器相同結(jié)構(gòu)、遷移率和流速；應(yīng)按7的規(guī)定進(jìn)行測試；測試

通過后，應(yīng)按10中規(guī)定的方法進(jìn)行標(biāo)校。

──負(fù)離子源或負(fù)離子發(fā)生器：應(yīng)能發(fā)生相對穩(wěn)定、不同濃度的負(fù)離子，離子濃度變化率應(yīng)小于5%。

──分流裝置，應(yīng)具有軸對稱結(jié)構(gòu)，內(nèi)部氣流應(yīng)為穩(wěn)定、均勻的層流，雷諾數(shù)應(yīng)小于2300，不同分

流通道間的相對偏差應(yīng)小于10%。

──直尺，量程不小于離子收集器極板長度，分辨力優(yōu)于0.1mm

──游標(biāo)卡尺：分辨力0.01mm。

──風(fēng)速計(jì)：量程0-10m/s，分辨力為0.1m/s，應(yīng)在計(jì)量有效期內(nèi)。

──電壓表：量程0-5V，分辨力0.001V，應(yīng)在計(jì)量有效期內(nèi)。

極限離子遷移率校準(zhǔn)

10.3.1利用相關(guān)校準(zhǔn)設(shè)備分別對待校準(zhǔn)儀器的極板長度、極板間距（對雙圓筒型結(jié)構(gòu)為外圓筒內(nèi)半徑、

內(nèi)圓筒的外半徑）、極化電壓、空氣流速等進(jìn)行不少于3次測量，并計(jì)算平均。

10.3.2按5.4.4規(guī)定計(jì)算極限離子遷移率；當(dāng)極限離子遷移率超出最大允許誤差時(shí)，應(yīng)對極化電壓、

空氣流速等進(jìn)行調(diào)整，使極限離子遷移率符合表1的要求。

離子濃度校準(zhǔn)

10.4.1分類

10.4.1.1分為微電流校準(zhǔn)法、標(biāo)準(zhǔn)量值傳遞法等。

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10.4.1.2微電流校準(zhǔn)法適用于不同結(jié)構(gòu)、不同遷移率的空氣負(fù)離子儀器的校準(zhǔn)。

10.4.1.3標(biāo)準(zhǔn)量值傳遞法適用于具有同種結(jié)構(gòu)、同種氣流速度和遷移率的空氣負(fù)離子儀器的校準(zhǔn)。

10.4.2微電流校準(zhǔn)法

10.4.2.1應(yīng)在恒溫恒濕屏蔽裝置中，利用標(biāo)準(zhǔn)微電流計(jì)對待校準(zhǔn)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。

10.4.2.2應(yīng)使用至少3個(gè)不同強(qiáng)度等級的標(biāo)準(zhǔn)微電流信號，且信號范圍應(yīng)能涵蓋待標(biāo)儀器的15%-85%

量程范圍。

10.4.2.3將標(biāo)準(zhǔn)微電流計(jì)的微電流輸出端與待校準(zhǔn)儀器離子傳感器的收集極板穩(wěn)固定連接。

10.4.2.4同步記錄待校準(zhǔn)儀器與標(biāo)準(zhǔn)微電流計(jì)的微電流信號；每種強(qiáng)度等級標(biāo)準(zhǔn)微電流信號交替測

量，時(shí)長不少于5分鐘。

10.4.2.5所有不同強(qiáng)度等級標(biāo)準(zhǔn)微電流完成一次測量作為一次校準(zhǔn)；將待校準(zhǔn)儀器與標(biāo)準(zhǔn)微電流計(jì)

的微電流信號進(jìn)行最小二乘法線性擬合，得到微電流校準(zhǔn)方程，擬合優(yōu)度應(yīng)大于0.99。

10.4.2.6根據(jù)儀器結(jié)構(gòu)參數(shù)，將微電流校方程轉(zhuǎn)換為負(fù)離子濃度校準(zhǔn)方程。

10.4.3標(biāo)準(zhǔn)量值傳遞法

10.4.4應(yīng)在相同恒溫恒濕屏蔽條件下，利用負(fù)離子發(fā)生與分流裝置對傳遞標(biāo)準(zhǔn)儀器與待校準(zhǔn)儀器進(jìn)

行同步測量。

10.4.5調(diào)節(jié)產(chǎn)生至少3種不同濃度的負(fù)離子，其范圍應(yīng)能涵蓋待標(biāo)儀器的15%-85%量程范圍，每種濃

度持續(xù)時(shí)長不少于5分鐘。

10.4.6根據(jù)測量結(jié)果，對待校準(zhǔn)儀器與傳遞標(biāo)準(zhǔn)儀器的測量結(jié)果進(jìn)行最小二乘法線性擬合，得到待校

準(zhǔn)儀器的負(fù)離子濃度校準(zhǔn)方程，擬合優(yōu)度應(yīng)大于0.99。

校準(zhǔn)周期

10.5.1傳遞標(biāo)準(zhǔn)儀器在使用前，應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)微電流計(jì)進(jìn)行至少1次校準(zhǔn)。

10.5.2每3個(gè)月應(yīng)使用傳遞標(biāo)準(zhǔn)儀器對測量儀器進(jìn)行至少1次同步比對，負(fù)離子濃度測量結(jié)果超出

最大允許誤差時(shí)應(yīng)進(jìn)行校準(zhǔn)。

10.5.3每12個(gè)月應(yīng)對標(biāo)準(zhǔn)微電流計(jì)、風(fēng)速計(jì)等設(shè)備進(jìn)行至少1次溯源。

10.5.4當(dāng)儀器極板長度、極板間距、極化電壓、空氣流速等發(fā)生變化，或更換關(guān)鍵部件、涉及儀器測

量性能的維修、儀器性能改變或有所懷疑時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)。

11數(shù)據(jù)記錄與處理要求

數(shù)據(jù)記錄

11.1.1應(yīng)按照QX/T419—2018中6.1的規(guī)定記錄數(shù)據(jù)。

11.1.2應(yīng)記錄觀測儀器操作維護(hù)檢修標(biāo)校、周邊污染事件、人為活動和天氣現(xiàn)象等可能對觀測結(jié)果產(chǎn)

生影響的活動或事件的開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、活動或事件內(nèi)容等。

數(shù)據(jù)處理

11.2.1應(yīng)按照QX/T419—2018中6.2的規(guī)定進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量控制與統(tǒng)計(jì)值計(jì)算。

A

10

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參考文獻(xiàn)

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[2]環(huán)境、健康與負(fù)氧離子.林金明、宋冠群等編著，化學(xué)工業(yè)出版社，2006年3月

[2]全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會.大氣科學(xué)名詞（第三版）[M].北京：科學(xué)出版社，2009

[3]WorldMeteorologicalOrganization.GuidetoMeteorologicalInstrumentandMethodsof

Observation.2008

11

GB/TXXXXX—XXXX

前言

本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定

起草。

請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任

本文件由中國氣象局提出。

本文件由全國氣候與氣候變化標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會大氣成分觀測預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)分技術(shù)委員會（SAC/TC

540/SC1）歸口。

本文件起草單位：中國氣象局氣象探測中心、北京象元?dú)庀笥^測技術(shù)研究院、北京維迪科技發(fā)展有

限公司、湖北省氣象局、北京市氣象探測中心、國家林業(yè)和草原局、北京市延慶區(qū)氣象局、北京華思通

科技有限公司、華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司、北京東創(chuàng)旭新測控技術(shù)有限公司、北京思湃

德信息技術(shù)有限公司、中國氣象局公共氣象服務(wù)中心、中國計(jì)量科學(xué)研究院、中國林業(yè)科學(xué)院、威德創(chuàng)

新科技（北京）有限公司、北京依派偉業(yè)數(shù)碼科技有限公司、深圳市萬儀科技有限公司、榮標(biāo)科技有限

公司、中網(wǎng)動力（北京）科技發(fā)展有限公司、北京華創(chuàng)維想科技開發(fā)有限責(zé)任公司、北京朗凈時(shí)代環(huán)境

科技有限公司、中國建筑科學(xué)研究院有限公司、浙江省氣象局、河北省氣象局、江蘇省氣象局、西藏自

治區(qū)氣象局、云南省氣象局。

本文件主要起草人：張曉春、王緬、劉雯、王垚、李維民、馬芳、李雅楠、荊俊山、遲文學(xué)、張曼、

高猛、于麗萍、寥成章、劉鈞、鄒晨曦、邵海明、屈雅、王靜、羅昶、宋紅竹、葉兵、俞增勝、張錦孚、

胡玉峰、謝丹、張壘、張江、陸勇、王宜瑞、王紅春、關(guān)彥華、楊恒祥、陳清文、鄧高峰、楊志彪、金

琪、張萬誠。

II

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空氣負(fù)離子觀測方法電容式吸入法

1范圍

本文件規(guī)定了電容式吸入法空氣負(fù)離子濃度自動觀測系統(tǒng)的方法原理、測量系統(tǒng)、測量環(huán)境與安裝、

測量方法、運(yùn)行維護(hù)、測試方法、校準(zhǔn)方法、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制與處理等要求。

本文件適用于地面固定站點(diǎn)開展空氣負(fù)離子濃度的自動在線測量。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T18809—2019空氣離子測量儀通用規(guī)范

QX/T419-2018空氣負(fù)離子觀測規(guī)范電容吸入法

QX/T475-2019空氣負(fù)離子自動測量儀技術(shù)要求電容式吸入法

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

空氣離子airion

空氣中帶正電荷或負(fù)電荷的氣體分子或分子團(tuán)或其他懸浮的細(xì)小微粒。

[來源：GB/T18809-2019，3.1]

空氣離子濃度airionconcentration

單位體積空氣中的正、負(fù)空氣離子個(gè)數(shù)

注：單位為離子個(gè)數(shù)每立方米（ions/m3）或離子個(gè)數(shù)每立方厘米（ions/cm3）。

[來源：GB/T18809-2019，3.2]

空氣離子遷移率airionmobility

空氣離子在單位強(qiáng)度（V/m）電場中的遷移速率。

注：單位為平方米每伏秒[m2/(V?s)]或平方厘米每伏秒[cm2/(V?s)]。

[來源：GB/T18809-2019，3.3]

空氣負(fù)離子airnegativeion

帶負(fù)電荷的空氣離子，簡稱負(fù)離子。

注：由于空氣中的負(fù)離子絕大多數(shù)是負(fù)氧離子，通常也將空氣負(fù)離子也稱為空氣負(fù)氧離子。

[來源：GB/T18809-2019，3.4,有修改]

4

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4方法原理

攜帶有正、負(fù)離子的空氣，按一定速度勻速進(jìn)入離子收集器后，在收集板與極化板之間恒定的極化

電場作用下，不同電性的離子分別向收集板或極化板偏轉(zhuǎn)；遷移率大于等于極限遷移率的離子能夠被收

集板或極化板所捕獲，并將所攜帶的電荷轉(zhuǎn)移到收集板或極化板上；通過微電流計(jì)測量出某一電性空氣

離子所形成的電流，經(jīng)采集器處理，得到空氣離子的濃度。

單位體積空氣離子數(shù)量的計(jì)算公式為：

?

N=···········································································(1)

???

式中：

N——單位體積空氣中負(fù)離子或正離子數(shù)目，單位為個(gè)/cm3；

I——微電流計(jì)讀數(shù)，單位為A；

q——基本電荷電量，取值1.6×10-19C；

υ——取樣空氣流速，單位為cm/s；

a——收集器有效截面積，單位為cm2。

5測量系統(tǒng)

構(gòu)成

由離子傳感器、采集器、輔助單元以及控制處理軟件構(gòu)成。

離子傳感器由收集板、極化板、微電流計(jì)、氣流驅(qū)動裝置等構(gòu)成；采集器由電信號放大器、微處理

器、A/D電路、顯示模塊、時(shí)鐘電路、內(nèi)存儲器、傳感器與數(shù)據(jù)接口、監(jiān)測電路等構(gòu)成；輔助單元由電

源模塊、通信接口、外存儲器等構(gòu)成。

控制處理軟件主要包括信號采集與處理、控制、系統(tǒng)檢測與預(yù)警、數(shù)據(jù)存儲與顯示等模塊。

分類

5.2.1依據(jù)測量系統(tǒng)中采集板與極化板的結(jié)構(gòu)，可分為平行極板結(jié)構(gòu)式、同軸雙圓筒結(jié)構(gòu)式、同軸單

圓筒結(jié)構(gòu)式和其它結(jié)構(gòu)式等。

5.2.2平行極板結(jié)構(gòu)式指測量系統(tǒng)的收集板與極化板相互平行的結(jié)構(gòu)。

5.2.3同軸雙圓筒結(jié)構(gòu)式指測量系統(tǒng)的收集板與極化板為不同直徑的同軸圓筒式結(jié)構(gòu)。

5.2.4同軸單圓筒結(jié)構(gòu)式指測量系統(tǒng)以收集板、極化板之一作為軸心，另一個(gè)為同軸圓筒式的結(jié)構(gòu)。

5.2.5其它結(jié)構(gòu)式指除5.2.2、5.2.3、5.2.4之外的結(jié)構(gòu)。

主要性能技術(shù)指標(biāo)

具體指標(biāo)要求見表1。

表1主要技術(shù)性能指標(biāo)

名稱指標(biāo)

測量要素小粒徑空氣負(fù)離子數(shù)濃度

范圍10～5.0×105個(gè)·cm-3

分辨力≤10個(gè)·cm-3

5

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名稱指標(biāo)

數(shù)濃度最大允許誤差工況濃度≥100（個(gè)·cm-3）時(shí)±15％

極限離子遷移率0.4cm2/（V?s）

極限離子遷移率最大允許誤差±10％

取樣空氣流速最大允許誤差±10％

響應(yīng)時(shí)間≤30s

空氣溫度：-30℃～+50℃；

工作環(huán)境

空氣相對濕度：10％～100％RH

關(guān)鍵部件要求

5.4.1離子傳感器

應(yīng)滿足如下基本要求：

——極板間極化電壓應(yīng)保持穩(wěn)定，電壓變化應(yīng)小于10%；

——極板在非測量狀態(tài)時(shí)，不應(yīng)有靜電吸附，并具有短路保護(hù)功能；

——微電流計(jì)的最低檢測限應(yīng)小于1.0×10-11A。

5.4.2采集器

應(yīng)滿足如下基本要求：

——采用16位及以上的A/D轉(zhuǎn)換電路；

——實(shí)時(shí)時(shí)鐘應(yīng)能保證誤差15s/月；

——內(nèi)存儲器應(yīng)能保存不少于10天的原始采樣數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)；

——在測量時(shí)長內(nèi)，對離子傳感器輸出信號的采樣頻率應(yīng)不低于6次/分鐘。

5.4.3測量與顯示

應(yīng)滿足如下基本要求：

——具有自動和手動調(diào)零功能；

——具有實(shí)時(shí)顯示、存儲測量和調(diào)零等信息的功能；

——信息顯示與存儲的頻率不低于1Hz。

5.4.4極限離子遷移率

5.4.4.1平行極板結(jié)構(gòu)式（或等效平行極板結(jié)構(gòu)式）

極限離子遷移率計(jì)算方法見公式（2）

2

???

K=··········································································(2)

??

式中：

K——離子遷移率，單位為cm2V-1s-1

L——收集極板長度，單位為cm；

d——極板間距，單位為cm；

Vx——空氣流速，單位為cm/s；

U——極化電壓,單位為V。

6

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5.4.4.2同軸單/雙圓筒結(jié)構(gòu)式

極限離子遷移率計(jì)算方法見公式（3）

?

?(?2??2)ln

??

K=································································(3)

2??

式中：

K——離子遷移率，單位為cm2V-1s-1

R——外圓筒內(nèi)半徑，單位為cm；

r——內(nèi)圓筒外半徑，單位為cm；

L——內(nèi)圓筒長度，單位為cm；

U——極化電壓，單位為V；

Vx——空氣流速,單位為cm/s。

6測量環(huán)境與安裝要求

測量環(huán)境

6.1.1觀測點(diǎn)四周空間應(yīng)開闊、無遮擋、氣流通暢。

6.1.2應(yīng)避開燃燒、交通以及工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等局地污染源和其他人類污染活動的影響。

6.1.3應(yīng)避開無線發(fā)射塔、高壓電線、通訊基站及相關(guān)設(shè)施、空調(diào)等電磁干擾。

6.1.4應(yīng)避開昆蟲、動物等活動頻繁以及蜘蛛絲、漂浮性雜物等多發(fā)區(qū)域。

安裝

6.2.1儀器在安裝使用前，應(yīng)進(jìn)行基本性能測試，測試合格后方可進(jìn)行測量。

6.2.2儀器應(yīng)安裝在穩(wěn)固的支架上，傳感器中心距地高度應(yīng)為1.5m；

6.2.3傳感器應(yīng)有防風(fēng)裝置，避免外部風(fēng)直接吹到收集器入口或出口。

6.2.4儀器四周如需要設(shè)置保護(hù)圍欄時(shí)，圍欄應(yīng)為氣流自由通過的稀疏結(jié)構(gòu)，圍欄頂部高度不應(yīng)超過

1.2m，與儀器間的距離應(yīng)大于2.0m。

6.2.5電源線和通信電纜應(yīng)有防水、防鼠、防老化等防護(hù)措施。

6.2.6儀器采集器和機(jī)箱應(yīng)良好接地。

6.2.7具有防雷設(shè)施，接地電阻應(yīng)小于4Ω。

6.2.8按要求進(jìn)行軟件安裝，并完成設(shè)備時(shí)間設(shè)置、初始化和相關(guān)參數(shù)設(shè)置等。

7測量方法

工作方式

具有自動測量、手動測量、校準(zhǔn)測量三種工作模式。

自動測量模式

在測量過程中通過自動控制方式交替進(jìn)行調(diào)零與測量。

手動測量模式

通過手動控制方式進(jìn)行調(diào)零與測量。

7

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校準(zhǔn)測量模式

自動完成調(diào)零后，保持氣流驅(qū)動裝置處于暫?；蜿P(guān)閉狀態(tài)，對輸入極板的微電流信號進(jìn)行連續(xù)測量。

8運(yùn)行維護(hù)要求

日常檢查與維護(hù)

應(yīng)進(jìn)行以下日常檢查與維護(hù)：

——每日巡視檢查觀測設(shè)備的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，應(yīng)及時(shí)查找原因，并采取有效措施進(jìn)行處