一氧化碳自动监测仪（精选7篇）
一氧化碳自动监测仪 篇1
在分析监测中一切测量结果都不可避免的具有不确定性,通过评定不确定度,用以表示对给定数值的怀疑。不确定度评定区间是真值存在区域的估计,它表明测量结果的可信赖程度或可靠性,是测量结果的定量表征。不确定度越小,测量结果的精确度越高。本文对一氧化碳自动监测系统的不确定度进行了评定分析,为控制系统的不确定分量,改善测量方法和手段提供帮助。
1 工作原理
一氧化碳自动监测系统采用非分散红外吸收法[1] ,该法是基于一氧化碳对以4.5 μm为中心波段的红外辐射具有选择性吸收,在一定浓度范围内,其吸收程度与一氧化碳浓度呈线性关系,根据吸收值确定样品中一氧化碳浓度。
2 技术方法
2.1 试验方法
自动监测方法不确度的评定,是利用环境监测总站标准物质研究所提供的标准气体作量值传递基准,通过动态气体校准仪使零气和标气混合稀释后,配制出一定浓度的一氧化碳气体,经采样管路输送到监测仪器中,通过仪器测量直接显示气体的浓度。试验利用校准标点进行监测方法的不确定度评定。监测仪器的示值误差、标气流量和零气流量不确定的测试采用重复性试验方法评定。
2.2 试验仪器与标准物质
(1)环境监测总站标准物质研究所提供的标准气体(气体编号0512059,浓度1 690 mmol/mol),标气纯度不确定度1%。
(2)动态气体校准仪 (型号Gascal-1000)
(3)一氧化碳自动监测仪器 (型号EC9830型)
(4)流量计 (型号DCL-MH,DCL-L)
2.3 试验要求
标准气体在产品合格证书规定的有效期内;进行不确定度评定前首先对动态气体校准仪的标气质量流量计和零气质量流量计,用高于此质量流量计一个等级的标准流量计进行流量校准( 校准用流量计是经过计量部门校准或认可的流量计),以保证流量的准确性;在进行不确定度评定前对监测仪进行多点校准,检查监测仪器的性能是否达到监测方法规定的要求;为满足自动监测仪对环境条件的要求,将仪器放置在有空调的房间中,环境温度控制在25±5 ℃,湿度控制在80%以下。
2.4 数学模型
根据监测仪器和动态气体校准仪的工作原理,得到数学模型:
undefined
式中: y—被测气体质量浓度,mg/L
Qx—标气流量,ml/min
Q0—零气流量,ml/min
C0—标气浓度,mmol/mol
rep—仪器示值的重复性
Fs—跨度的精度,mg/L
—仪器的漂移,μg/L
△—仪器的漂移,μg/L
3 不确定度来源及评定
一氧化碳自动监测中不确定度主要来自标气浓度的不确定度,动态气体校准仪流量误差, 测量仪器的测量精度,仪器示值的重现性,仪器漂移导致的不确定度。
3.1 不确定度传播律
通过不确定影响量的分析,知道不确定度的来源,可确定不确定度的传播律:
3.2 标准不确定度评定
3.2.1 标气浓度标准不确定度评定
标气纯度的标准不确定度为1%,标气纯度不确定度分布按均匀分布处理,均匀分布的undefined。
undefined
3.2.2 质量流量计标准不确定度评定
质量流量计不确定度包括标气流量的不确定度和零气流量的不确定度两个分量。
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偏导数undefined
undefined
式中:根据配制的标准气体浓度 16 mmol/mol,计算得到标气的控制流量为28.7 ml/min, 不确定度的评定采用标准流量计重复测量流量得到。
由式(4)、式(5)分别算出CQx=0.553,
CQ0=- 5.29×10-3。
测量均值标准差为:undefined
则其不确定度为:undefined
测量结果见表1、 2:
平均值undefined,由式(6)可计算出
undefined
由式(7)计算出ur(Qx)=4.25×10-4,则C(Qx) ·ur(Qx)=2.35×10-4
平均值undefined,由式(6)可计算出undefined
由式(7)计算出ur(Q0)= 4.85×10-4,则
C(Q0) ·ur(Q0)=-2.57×10-6
由式(3),得出质量流量计标准不确定度:
undefined
3.2.3 仪器示值误差标准不确定度评定
监测仪器80%跨度精度误差为:1%。
精度误差不确定度分布按均匀分布处理,均匀分布的
undefined
3.2.4 仪器示值重复性标准不确定度评定
示值重复性不确定度的评定采用重复测量80%跨度标点浓度即16 mmol/mol的响应值得到,测定利用两台相同型号的仪器进行合并样本的标准差测量,见表3:
因此,示值重复性不确定度 ur(rep)= 5.6×10-4=0.056%
3.2.5 仪器漂移标准不确定度评定
仪器漂移不确定度包括标点漂移不确定度和零点漂移不确定度。监测仪器提供漂移参数,80%跨度标点漂移:0.5% ,零点漂移:0.2%。
undefined
标点漂移不确定度分布按均匀分布处理,均匀分布的
undefined
零点漂移不确定度分布按均匀分布处理,均匀分布的
undefined
3.2.6 合成标准不确定度
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3.2.7 扩展不确定度
取k=2时[2],则一氧化碳自动监测的扩展不确定度为:
U=2×0.009 2=1.84%≈2%
4 结论
(1) 利用统计分析的方法直观地反映各不确定度分量所占总不确定量的比例,提醒操作者应注意和控制的对象,保证监测仪器工作在最佳状态,提高检测数据的准确性和可靠性[3]。从统计结果可知,不确定度影响分量大小排序依次为ur(C0)=ur(Fs)>ur(△) >ur(rep)> ur(Q)。标气纯度和仪器测量精度是监测方法中最大的不确定来源,其次是仪器漂移,而仪器示值的重现性和动态气体校准仪流量误差产生的不确定比较小。
(2) 目前国内最好的一氧化碳标准气体纯度的不确定度是1%,作为用户,我们只有保证标准气体在有效期内使用,减少不确定度的来源。
(3) 仪器测量精度和影响漂移的主要因素有环境温度、电源电压、电磁干扰、制冷器件、光电倍增管等。目前自动站房安装有空调和稳压电源,前两个影响因素基本可排除,除此之外还应从以下几方面控制监测仪器,减少不稳定因素的来源:① 减少外界电磁干扰。站房建设应远离电磁干扰,对已存在电磁干扰的环境采取屏蔽措施,避免干扰。② 定期校准仪器。定期对监测仪器进行校零、校标和多点校准,及时纠正仪器的漂移和精度误差,保持良好工作状态。③ 对仪器性能进行全面综合的审核,及时发现仪器存在的性能缺陷,保证仪器整体性能达到方法规定的要求,此外,应定时更换易损部件。
(4) 质量流量计的不确定度主要受标气流量计的影响,在校准仪器的过程中,通过控制标气流量,使其在流量控制器线性最佳位置,(一般在质量流量计测量范围的中间为宜)可以减少不确定度来源。
参考文献
[1]魏复盛,滕恩江,池靖,等.空气和废气监测分析方法[M].第四版.北京:中国环境科学出版社,2003,142-145.
[2]施昌彦,刘风,王以铭,等.测量不确定度评定与表示指南[M].北京:中国计量出版社,2000,53-55.
[3]汪铁华.校准——理论与实践[M].北京:中国计量出版社,2000,228-234.
一氧化碳自动监测仪 篇2
本文采用紫外荧光法测定二氧化硫。其原理是基于紫外灯发出的紫外光 (190nm~230nm) 通过214nm的滤光片, 激发二氧化硫分子使其处于激发态, 在二氧化硫分子从激发态衰减返回基态时产生荧光 (240nm~242nm) , 荧光强度由一个带着滤光片的光电倍增管测得。
本文采用的测量仪器为美国API公司生产的API MODEL 100E二氧化硫分析仪、API MODEL 700型多气体质量流量校准仪、API MODEL 701型零空气系统。标准气体采用国家标准物质研究中心生产的二氧化硫/氮气标准气体。标准样品气采用国家环保总局标样所生产的二氧化硫/氮气标准气体。
分析过程如下。
(1) 向二氧化硫测试仪通入零气, 检查和设置仪器的零点。
(2) 使用零气源和动态校准仪对已知浓度Ci (μmol/mol) 的标准气体进行稀释, 产生浓度为满量程80%的标准气, 对二氧化硫测定仪进行校准, 待仪器响应稳定后, 将该响应值为Cf (本文中该响应值为400ppb, [注:ppb为仪器的读数单位, 下同]) 。
产生标准气的浓度由以下公式计算得到:
式中:Cf为拟配置所需的标准气浓度, ppb;
Ci为标准气体浓度, μmol/mol。
(3) 零气源、二氧化硫测定仪、动态校准仪参数设置不变, 将标准气体更换为标准样品气体。按以上公式使待测试的标准样品气体产生浓度为满量程80%的样品气, 使用二氧化硫测试仪进行测试, 待仪器响应稳定后, 将该响应值记录下来, 为C2 (ppb) 。
(4) 采用以下公式计算被测定的标准样品气体的真实浓度。
式中:Cx为待测标准样品气体浓度, μmol/mol;
Cf为稀释后标准气体浓度, ppb;
Ci为标准气体浓度, μmol/mol;
C2为待测标准样品气体稀释后在二氧化硫测试仪上的浓度读数, ppb。
(5) 进行重复测定, 记录并计算测试结果。
2 不确定度评定
2.1 不确定度分量的组成
2.1.1 A类不确定度
本次测定对标准气体进行6次测定, 其测量不确定度来源于X1……X6, 不确定度的主要来源取决于ix的测量标准差, 为A类不确定度, 采用A类评定。
2.1.2 B类不确定度
由已知浓度的标准气体产生400ppb (Cf) 的标准气体, 以及测定未知浓度气体所读测值C2时, 其气体稀释公式详见公式 (1) , 其过程中产生的不确定度为标准气体的不确定度以及零气源、质量流量校准仪等仪器设备本身精度引起的不确定度, 为B类不确定度, 采用B类评定。
2.2 A类标准不确定度评定 (表1, 表2)
2.3 B类标准不确定度评定
2.3.1 标准气体不确定度计算
本次测定使用国家标准物质研究中心生产的二氧化硫/氮气标准气体, 样品编号为044655, 根据其标准气体证书, 该标准气体的组成含量变化率小于3%, 浓度为Ci (54.2μmol/mol) , 视其在变化界限内为均匀分布, , 换算成标准偏差为:
其相对不确定度为:
也可简化为
2.3.2 稀释气体的不确定度计算
由稀释气体的浓度计算公式, 即公式 (1) :
得出稀释气体时, 其相对标准不确定度计算为:
根据2.3.1计算, 为1.73%。
根据API MODEL 700多气体质量流量校准仪使用说明书, 该仪器流量最大误差为±0.2%流量, 按均匀分布处理, , 则标准气体及稀释气体流量相对标准不确定度均为:
按照公式进行合成:
2.3.3 标准气体分析的B类不确定度计算
而因C2以及Cf都是由动态校准仪输出的气体浓度, 由 (1) 计算可知
2.4 合成标准不确定度的最终评定
由A类不确定度以及B类不确定度合成, 本次测定的相对合成标准不确定度:
本次二氧化硫测定合成标准不确定度为:
2.5 扩展不确定度
取包含因子=2 (近似95%置信概率) , 则:
2.6 最后结果
测量结果:33.3 (μmol/mol) ;
测量扩展不确定度:2.04 (μmol/mol) ;
即测定结果=33.3μmol/mol±2.04μmol/mol。
参考文献
一氧化碳自动监测仪 篇3
关键词：ADuC824,监测报警仪,低功耗,图形式液晶
引言
随着工业的迅速发展, 人类接触有害气体的场合越来越多, 由此造成对人类本身的危害也越来越大。在炼钢厂、炼铁厂中, 高炉生产的副产品高炉煤气 (主要成分为一氧化碳) 经过降温、除尘、加压后送入煤气管网或送入煤气柜储存, 在高炉旁或附近工房内的工人、以及加压站的工人经常发生一氧化碳中毒的事故, 危害较大, 而且在煤气管道及储存柜检修期间, 也经常发生泄露的一氧化碳气体遇明火产生爆炸的事故, 因而研制一种一氧化碳气体监测仪有着十分重要的现实意义。采用AD公司的ADu C824为主控芯片介绍了一种灵敏度高、性能可靠、操作简单的一氧化碳监测报警仪。
1 系统硬件组成
1.1 系统框图
整个一氧化碳监测报警仪的硬件组成框图如图1所示。
这个系统的工作原理:首先通过一氧化碳传感器采集现场的一氧化碳数据信息, 传感器选用的是英国City Technology Ltd公司的电化学一氧化碳气体传感器7E/F[1], 当一氧化碳气体经过传感器外壳上的气孔扩散到工作电极表面上时发生化学变化, 工作电极输出变化的电流, 其电流大小与气体浓度成正比, 该电流信号再经过运算放大器电路输出0~2.5V的电压信号, 此电压信号与气体浓度成线性关系, A-Du C824通过自身集成的24位A/D转换器采集该电压信号即可获取一氧化碳气体的浓度值再利用LCD显示当前现场的一氧化碳的浓度。另外, 通过按键可设置一氧化碳一级、二级气体浓度报警点, 当一氧化碳浓度大于某一报警点时, 设有声、光、振动三种报警方式。
1.2 ADu C824介绍[2,3,4]
ADu C824单片机内部集成了两路独立的Σ-ΔADC, 其中主通道ADC为24位, 辅助通道ADC的16位。主通道AD输入范围在±20m V~±2.56V之间分为8档, 使用时可任选一档。由于使用了Σ-Δ转换技术, 因此可以实现高达24位无丢失码性能;辅助通道除具有基本的A/D转换功能外, 还可作为内部温度传感器的输入接口。
ADu C824利用32k Hz晶振来驱动片内锁相环 (PLL) 并通过内部寄存器的设定以产生内部所需要的工作频率, 它的微控制器内核与8051兼容, 片内外围设备包括一个与SPI和I2C兼容的串行端口、多路数字输入/输出端口、看门狗定时器、电源监视器以及时间间隔计数器, 同时片内还提供了62k B闪速/电擦除程序存储器以及2304字节的片内RAM。
ADu C824由厂家提供了启动引导程序, 因此通过标准的UART串行接口可以方便的把用户程序代码加载到ADu C824中, 非常便于程序的开发和设计。
2 软件程序设计
2.1 数据采集程序
进行数据采集时, 使ADu C824的外部参考电压Vref=2.5V, 并通过寄存器AD0CON的RN2、RN1和RN0位来设置不同的输入范围, 以实现对主通道输入信号的采样。
2.2 用户闪速/电擦除数据寄存器的编程
ADu C824提供给开发人员的闪速/电擦除数据存储器的容量为4k B, 利用这些EEP-ROM可以进行系统配置信息的掉电保存。
3 仪器标定与检验[5]
3.1 仪器标定
由于传感器本身的线性度比较好, 因此仪器的标定采用两点标定法。首先将仪器至于在纯净空气中, 待显示数据稳定后将此点作为第一点即零点并调节LCD的示值为零;然后调整标准气瓶气体流速为200ml/min, 保持气流稳定流过传感器约1分钟, 待显示器读数稳定后, 将此点的浓度作为第二点并调节LCD的示值与标准气瓶气体浓度值一致, 然后关闭气瓶, 由此完成标定的全过程。
3.2 检验结果
3.2.1 示值误差
将各种标准浓度的以200ml/min的流速通过传感器后, 延时35秒后记录测量结果
并根据示值误差计算公式
A———读度数算术平均值;
As——标准气体浓度值;
R———量程。
计算得到不同浓度下的示值误差如表1所示:
通过以上测验数据分析可知, 一氧化碳监测报警仪的示值误差小于±3%FS, 满足示值误差检定规程要求。
3.2.2 重复性误差
将同种浓度标准气体的以200ml/min的流速多次通过传感器后, 延时35秒后记录测量结果并根据重复性误差计算公式:
式中, Sr———重复性误差;
A———读数算术平均值;
Ai———仪器读数值;
n———测量次数 (n=6) 。
计算重复性误差如表2所示:
通过以上测验数据可知, 一氧化碳监测报警仪的重复性误差小于±2%, 满足重复性误差检定规程要求。
结束语
以上所介绍的一氧化碳监测报警仪具有硬件上结构简单、体积小巧, 软件上编程简单、开发时间短等特点。另外, 设计的这款一氧化碳报警仪实际应用于炼钢厂、炼铁厂也取得了良好的实用效果。
参考文献
[1]City Technology Ltd.Carbon monoxide CiTi-cel?Specification, 1999.
[2]刘书明冯小平.数据采集系统芯片A-DuC812原理与应用[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2000:126～159.
[3]Analog Devices.Microconverter, Dual16-Bit/
[24]BitΣ-ΔADCs with Embedded62KB Flash MCU[R], 2003.
[4]郭松林, 张礼勇, 林海军.Σ-ΔA/D转换器的原理及分析[J].电测与仪表, 2002 (, 11) :20~24.
二氧化碳地质封存项目及环境监测 篇4
CCUS (CO2捕捉、利用和封存) 技术在中国受到了越来越广泛的重视和关注。神华集团于2011年在内蒙古鄂尔多斯启动了年10万吨的CO2深部咸水层注入项目。中国政府和许多企业都认为CCUS将在中国中长期CO2减排战略中发挥重要作用。地质封存是CCUS中技术上最具挑战性的一个环节, 也是环境风险和环境影响最大的环节。当前国际上CO2地质封存项目发展很快, 但包括加拿大Weyburn项目在内的多数项目受阻和备受争议的主要原因都是环境问题。中国在CO2地质封存尤其是环境监测领域仍处在初步阶段, 积极借鉴国际典型CO2地质封存监测的经验和教训, 无疑对中国CO2地质封存的发展具有重要意义。
二氧化碳地质封存特点
2010年以前, 除了Sleipner, In Salah和Snøhvit项目外, 所有CO2地质封存项目都是CO2驱油项目, 真正单纯CO2地质封存项目极少。在CCUS整个过程中, 相比捕获和运输, 地质封存经验要少得多, 其环境风险和环境影响也相对要大。CO2地质封存可以在许多类型的沉积岩盆地中进行。适宜CO2封存的地层主要可以分为4大类 (图1) :枯竭的油气藏;CO2提高油/气采收率;CO2提高煤层气采收率;深部咸水层。
枯竭的油藏、气藏是当前最为现实和具有可操作性的CO2封存地层类型。因为这些油气藏已经被研究的较为彻底, 所以数据资料丰富且容易获取, 从而可以直接有效地支持CO2地质封存评估以及理解CO2注入地层后的动态情况。同时, 这些地层的压力状态都比较适宜CO2的注入和封存。但已有钻井也是破坏地层完整性的潜在因素, 需要进一步评价、修复和监测。
通过注入CO2从而实现EOR (CO2提高石油采收率) 和EGR (CO2提高天然气采收率) 是当前CO2地质封存中唯一经济可行 (具有成本效益) 的类型。CO2在石油行业被用于EOR已有几十年的历史, 通常能提高原油采收率7%～23% (平均为13.2%) 。但注入的约50%～67%的CO2会随着石油开采返回到地面, 之后会被再次分离出来重新注入油井中加以循环利用。剩下的CO2则会通过各类机制被油藏捕获。
深部咸水层是最具潜力的CO2地质封存地层。因为其覆盖范围广且地质特征接近CO2地质封存要求。具有良好封存条件的深部咸水层往往和油气藏分布在同样的盆地中, 并且其地质条件和天然油气藏也比较相似。
煤层是CO2地质封存类型中较为独特的一种。因为注入的CO2很大程度上是取代煤层气 (主要是甲烷) 而吸附于煤基质上, 因为CO2比煤层气更加容易吸附于煤基质上。有观点认为, 既然煤层可以储存煤层气达百万年, 它也可以储存CO2达到同样的时间尺度。但CO2和煤基质之间的反应仍需要进一步深入研究。特别是在CO2注入煤层后的化学反应和物理过程, 以及它们对煤层储存完整性的影响, 这些方面当前都缺乏深入的研究和了解。
CO2注入地层后, 是依靠一系列的地质捕获过程将其永久封存于地层中的。主要有4种捕获过程:结构和地层捕获;残余捕获;溶解捕获和矿化捕获 (图2) 。随着时间的推移, 物理捕获过程 (结构和地层捕获, 残余捕获) 发挥的作用将会逐渐降低, 而地球化学捕获过程 (溶解捕获, 矿化捕获) 的作用则会逐步增加, 并且封存的安全性也随之逐步得到提高。
当CO2注入到地层中后会进入岩石空隙, 而这些岩石空隙往往被盐水充满, 所以在注入压力下, CO2会挤压盐水, 充满岩石空隙, 并和盐水混合。因为CO2的密度要低于盐水, 所以处于超临界状态的CO2会受浮力的作用向上移动。但CO2向上移动到盖层时就停止移动, 因为盖层渗透性极低, 使其无法通过。通常盖层岩石都是泥岩等。盖层相当于盖子, 将CO2限制其内, 防止其向上移动, 从而在有地质褶皱或隆起的地方, 盖层下面就会逐渐累积起大量的CO2, 这种过程就是结构和地层捕获。残余捕获发生在储层中岩石空隙较小的情况中, 当CO2通过时, 少量的CO2由于受毛细作用力而存留下来, 尽管这时CO2和周围盐水之间仍存在着密度差异。总体上讲, 残余捕获是大量CO2在移动过程中, 在岩石缝隙中残留一定量CO2的过程, 这种过程会逐渐减弱CO2的移动范围。CO2可以溶解于水或油中, 溶解捕获就是CO2在地层溶液中的溶解过程。并且溶解有CO2的盐水要比没有溶解CO2的盐水重, 这便使得CO2随溶解盐水向地层下部移动, 提高了CO2封存的安全性。溶解于盐水的CO2会与岩石发生反应, 反应结果是部分CO2转化为碳酸盐, 这便是矿化捕获。矿化捕获是CO2地质捕获中最具永久性和安全性的捕获过程。但矿化捕获过程相当缓慢, 通常要经过上千年甚至更长。
世界二氧化碳地质封存项目现状
全球CCS研究所 (Global CCS Institute) 在其《全球2012年CCS现状》中称, 2011年全球处于不同状态 (确认、评价、决定、建设和运行) 的大规模完整CCS项目 (相当于工业规模水平CCUS项目) 共有75个。2012年内, 全球有8个前期确定的大规模完整CCUS项目由于资金不足或规范问题等原因下马或停止进展, 同时开始9个新项目, 新项目中5个项目源自中国。
在全球75个CCUS项目中, 8个处于运行状态, 8个正在施工建设, 这16个项目总CO2封存能力达到每年3, 600万吨。另外59个项目正处于规划发展阶段, 这些项目的封存能力将超过11, 000万吨/年。
从图3可以看出, 北美和欧洲是工业规模水平CO2地质封存项目的主要地区。北美和欧洲的大规模完整CCUS项目分别有24个和21个, 之和占总项目的60%, 其次是加拿大和澳大利亚。
美国是CCUS项目最为活跃的地区, 不仅项目数量位居全球第一, 而且总CO2封存量也居世界第一。2012年全球大规模完整CCUS项目中的大部分都是预计在2015～2020年才开始实施。从CO2地质封存类型上看, 46%的全球大规模完整CCUS项目属于EOR项目, 26%属于陆地咸水层项目, 14%属于海上咸水层项目, 7%属于海上枯竭油气藏项目, 另外其它7%处于不确定和其他类型。
典型二氧化碳地质封存项目环境监测技术
世界当前正在进行的CO2地质封存项目可以分为两大类:工业规模水平和实验规模水平, 其分类主要是依据CO2的年注入量。本文参考大规模完整CCUS项目标准, 低于这个规模水平的, 都可以认为是实验规模水平的CO2地质封存项目。
国际上真正的CO2地质封存项目并不多, 而大规模注入量的就更少。Sleipner (挪威) , Weyburn (加拿大) 和In Salah (阿尔及利亚) 三个项目的年注入规模都超过了100万吨 (图4) , 是非常典型的工业规模水平CO2地质封存项目。其中, Sleipner是全球第一个大规模CO2地质封存项目, Weyburn是当前CO2地质封存项目中注入规模最大的, 年注入量为300万吨CO2。但这些工业规模水平的项目, 其监测方案和技术并不侧重环境领域, 而主要是针对CO2在地层中的移动。例如Sleipner和Weyburn项目的3D-4D地震成像技术应用较为成功, 而In Salah项目的合成孔径雷达干涉测量技术取得了很好的结果。由于早期CO2地质封存项目未对环境监测给予足够的重视, 因而后期环境问题逐渐凸显出来。所以, 国际马上出现了实验规模水平的CO2地质封存, 来进行各类环境监测技术的应用和评估。
实验规模水平的CO2地质封存项目给我们提供检验各种不同监测技术的可能和平台, 甚至可以利用人工受控释放CO2的方法, 来模拟地质封存CO2泄漏的情况下, 不同监测技术的监测结果。同时, 实验规模水平项目可以检测尚未应用的新监测技术, 而这些在工业规模水平的项目中都很难实现。由于实验规模水平的项目规模小, 易于控制, 并且可以随时改变条件和注入情况, 人工可控制性强, 利于研究不同情况下的环境风险及监测方法, 也可以多途径的探测和检验地质储层特征和大规模封存后可能的潜在问题。实验规模水平的项目甚至为一些CO2地质封存的法规制定提供了有力支持, 澳大利亚CO2 CRC Otway CO2地质封存项目就是一个实验规模水平的项目, 该项目对澳大利亚维多利亚州的陆地CO2封存法规的制定和出台发挥了实质性的推动作用。
世界上最著名的实验规模水平的CO2地质封存项目有两个, 分别为澳大利亚的CO2 CRC Otway项目和美国的ZERT项目, 这两个实验规模的项目在国际上影响较大, 而且成果丰硕, 尤其在CO2地质封存的环境监测方面做出了许多重要尝试和探索。两个项目环境监测主要技术见表1。
Otway项目是澳大利亚第一个深部地层CO2注入示范项目。该项目展示了各种有价值的监测技术和设备。在Otway项目的第一阶段, 约6.5万吨的CO2被注入到深部枯竭的天然气藏。第一阶段注入深度约为2, 100m。同时Otway项目还开展了一系列受控CO2释放试验。
红外二氧化碳检测仪校准装置研究 篇5
当红外光通过待测气体时这些气体分子对特定波长的红外光有吸收作用, 其吸收关系服从朗伯-比耳 (Lambert-Beer) 吸收定律[1]。设入射光是平行光, 其强度为E0, 透过光的强度为E, 气体介质的厚度为l, 气体的摩尔浓度为C, 根据朗伯一比尔吸收定律:
式中K为气体吸收系数。
红外光束通过气体层后被吸收的强度△E则为
(2) 式表明, 对于某一气体而言, 当选定气体层厚度l之后, 其吸收的红外光强度△E与气体的浓度C有单值对应的指数关系。
红外光源发射出1~20微米的红外光, 通过一定长度气室, 经气室中气体的吸收后, 再经过一个4.26微米波长的窄带滤光片后, 由红外传感器检测透过的4.26微米波长红外光的强度, 从而可以分析二氧化碳气体的浓度。
2 校准装置设计
2.1 校准用设备
a) 气体标准物质
采用中国计量科学研究院提供的二氧化碳标准气体, 不确定度2%, k=2。
b) 零点校准气
采用纯度为99.999%的高纯氮气。
c) 干扰气
采用中国计量科学研究院提供的以氮气为平衡气含有5%甲烷和10%一氧化碳的混和气。
d) 流量计
测量范围0-1.5 L/m i n, 不确定度0.54%。
e) 电子秒表
测量范围10s~3600s, 精度0.5s/d。
2.2 校准方法
a) 最小检测浓度测定
在工作环境条件下, 开启二氧化碳检测仪, 待基线稳定后, 注入最小浓度的二氧化碳标准气, 记录其稳定示值。
b) 测量误差测定
在工作环境条件下, 开启二氧化碳检测仪, 待基线稳定后, 分别注入浓度为满量程20%、50%、80%的二氧化碳标准气, 或选择有代表性的其它浓度的二氧化碳标准气。每种浓度的标准气注入三次, 分别记录其稳定示值, 按式 (3) 计算其不同浓度测量值的示值误差。
式中:
A——示值误差;
Cm——检测仪读数的算术平均值;
Cs——标准气浓度值;
R——量程。
取示值误差中的最大值为测量误差。
c) 重复性测定
在工作环境条件下, 开启二氧化碳检测仪, 待基线稳定后, 注入浓度为10%的二氧化碳标准气。重复注样六次, 分别记录其稳定示值, 按式 (4) 计算重复性。
d) 响应时间测定
在工作环境条件下, 二氧化碳检测仪预热稳定后, 用零点校准气校准检测仪零点后, 向检测仪通入80%左右浓度的二氧化碳标准气, 读取稳定数值后撤去标准气, 使检测仪回零。再通入上述浓度的标准气, 同时用秒表记录从通入标准气瞬时起到检测仪显示第一次稳定示值的90%的时间。
3 校准装置不确定度分析
3.1 数学模型
根据JJG 635-1999《一氧化碳、二氧化碳红外线气体分析仪》, 红外二氧化碳检测仪示值误差测量的数学模型为式 (3) 。
3.2 不确定度的来源和分析
根据不确定度[3]传递由 (3) 式得出:
a) 不确定度分量urel1的评定
在规程规定的校准环境条件下, 对编号为S L233的红外二氧化碳检测仪预热稳定, 用零点校准气和100%的二氧化碳标准气校准零点和示值后, 通入52.2%的二氧化碳标准气, 并记录通入后的实际读数。重复上述步骤10次, 得到一组测量数据。
b) 不确定度分量urel2的评定
二氧化碳标准气是国家二级标准物质, 由国家标物中心提供, 定值不确定度为2%, 包含因子k=2, 属正态分布, 其相对标准不确定度:
其自由度2v=50。
c) 不确定度分量urel3的评定
进样体积的不确定度主要由流量计引起的, 省计量院检定证书给出的流量计的不确定度为0.54%, 包含因子k=2, 属正态分布, 其相对标准不确定度:
其自由度3v=50。
3.3 不确定度的合成
a) 灵敏系数
分量Cm的灵敏系数:
分量Cs的灵敏系数:
b) 各标准不确定度汇总表
各标准不确定汇总。
c) 合成标准不确定度及其有效自由度
不确定度分量urel1、urel2、urel3互相独立, 所以, 合成标准不确定度:
有效自由度:
4 结论
红外二氧化碳检测仪校准装置的总不确定度为:U=2.2% (k=2) , 符合检定规程要求。该装置可以应用于开展红外二氧化碳检测仪的校准工作。
参考文献
[1]张永怀, 白鹏, 刘君华.红外气体分析器[J].分析仪器.2002. (3) :36-40.
[2]范巧成.计量基础知识.山东电力研究院.2002.
一氧化碳自动监测仪 篇6
关键词：呼吸末二氧化碳,心肺复苏
呼吸末二氧化碳测定是通过红外线吸收谱技术连续无创监测呼吸末的二氧化碳压力, 从而反应动脉血的二氧化碳分压, 达到反应患者通气功能的目的, 也能反应心脏骤停复苏时的全身及肺脏血流状况。如何监测心肺复苏时有效通气及循环对预后十分重要。本研究分析呼吸末二氧化碳变化对心肺复苏患者救治的临床意义, 报道如下。
1 资料与方法
1.1 一般资料:
纳入2012年1月至2014年6月期间我院重症病房的心脏骤停患者共32例。排除标准:院前心肺复苏者;已经昏迷者;孕产妇;不及18岁和超过65岁者。
1.2 治疗方法:
所有患者心脏骤停时立即心肺复苏[1], 建立气道并呼吸机辅助通气 (德尔格, BP840) , 通过气道导管口接在心肺复苏即刻按照呼吸末二氧化碳 (PETCO2) 监测 (红外线法) 。
1.3 观察指标:
(1) 心肺复苏不同时间点 (5 min、10 mim、20 min、30 min) 的PETCO2、动脉血二氧化碳分压 (Pa CO2) 。 (2) PETCO2和Pa CO2相关性。
1.4 统计学方法:
采用SPSS15.0统计分析软件, 计量资料采用 (±s) 表示, 采用t检验;计数资料采用χ2检验, 以P<0.05为差异有显著性。二者相关性分析采用spearman相关检验。
2 结果
2.1 心肺复苏后不同时间点的PETCO2和Pa CO2比较:
根据心肺复苏后24 h患者生存情况分为死亡组和存活组。表1可见, 与死亡组比较, 存活组在复苏5、10、20、30 min PETCO2明显升高 (P<0.05) 。与死亡组比较, 存活组在上述4个时间点的Pa CO2均明显升高 (P<0.05) 。
注:*与死亡组治疗后比较, P<0.05
2.2 心肺复苏时PETCO2和Pa CO2相关性比较:
存活组的PETCO2为 (24.3±13.5) mm Hg, Pa CO2为 (26.4±15.1) , 二者相关性系数0.89, P<0.05;死亡组PETCO2为 (11.1±5.3) mm Hg, Pa CO2为 (12.1±6.5) , 二者相关性系数0.83, P<0.05。
3 讨论
各种原因导致心跳骤停是影响患者预后的主要因素之一。心脏骤停时心脏泵功能消失, 血流中断导致全身组织器官没有血供、出现缺血缺氧, 心脏骤停后, 脑缺血超过4 min, 心肌缺血超过20 min, 就可产生不可逆的损伤[2]。因此在心肺复苏过程中建立有效气道、保障循环、尽可能缩短组织灌注时间是提高抢救陈功率的关键。如何动态监测心肺复苏效果十分重要。
二氧化碳能吸收波长是4.3µm的红外线, 因此采用红外线监测仪可连续监测呼吸末二氧化碳。PETCO2是由体内CO2生成、肺泡通气量以及肺脏循环灌注等因素的影响。由于二氧化碳弥散能力是氧气的20倍, 能迅速通过肺毛细血管进入肺泡, 故采用呼吸末二氧化碳分压代替动脉血二氧化碳分压。正常呼吸情况下, 早期呼出气体为解剖无效腔内气体, 此时无二氧化碳呼出。随后二氧化碳开始升高, 当呼出气体主要来自肺泡时, 此时为呼吸末二氧化碳, 其正常值为35~40 mm Hg。在心肺复苏时, 当呼吸末二氧化碳持续升高且接近35~40 mm Hg时多提示恢复自主循环[3]。本研究结果显示, 采用红外线技术监测呼吸末二氧化碳压力, 与死亡组比较, 存活组在复苏5、10、20、30 min均明显升高, 且在复苏5 min即开始持续呼吸末二氧化碳升高。与死亡组比较, 存活组在上述4个时间点的动脉血二氧化碳分压均明显升高, 可见, 存活组的二氧化碳分压明显高于死亡组。进一步比较两组患者的PETCO2和Pa CO2比较的结果显示, 无论存活组还是死亡组, 二者的相关性强, 采用呼吸末二氧化碳监测可反应动脉血二氧化碳压力, 可反应心肺复苏患者的通气及肺循环。
可见, 呼吸末二氧化碳监测能准确反应心肺复苏患者的循环及通气功能, 指导心肺复苏。
参考文献
[1]American Heart Association.2010 American Heart Association guideiines for cardiopuimonary resuscitation and emergency cardiovascuiar care[J].Circuiation, 2010, 122 (suppl 3) :S639-S870.
[2]Idris AH, Guffey D, Aufderheide TP, et al.Relationship between chestcompression rates and outcomes from cardiac arrest[J].Circuiati on, 2012, 125 (24) :3004-3012.
一氧化碳自动监测仪 篇7
1 资料与方法
注:两两比较, 差异有统计学意义 (P<0.05)
1.1 研究对象:
选取2012年1月至2013年12月昆明市儿童医院住院和哮喘专科门诊确诊的100例哮喘患儿, 诊断符合文献[2]2009年全球哮喘防治创议 (GINA) 的《哮喘管理与预防的全球策略》。年龄5~15岁。男68例, 女32例。
1.2 研究方法
1.2.1根据患者年龄和病情等将患者分别为研究组和对照组, 每组各为50例。研究组:年龄5~13岁, 男33例, 女17例。患者入组时FEV1为 (88.49±17.1) %、FEV50为 (88.49±17.1) %。常规组:5~15岁, 男35例, 女15例。患者入组时FEV1为 (85.85±8.15) %、FEV50为 (86.57±18.0) %。比较两组患者临床资料, P>0.05具有可比性。
1.2.2研究组每次随访时进行Fe NO浓度检测、肺功能测定、哮喘控制问卷 (ACT) 进行病情评估及治疗调整。常规组每次随访时进行肺功能测定、ACT问卷调查进行病情评估及治疗调整。两组随访期10个月。在患者每次就诊时, 均记录两组患者哮喘发作时症状和短效β受体激动剂所使用的次数及临床肺功能、激素使用剂量。判断Fe NO检测在哮喘控制治疗中的作用
1.2.3 Fe NO的测定。仪器:尼尔斯Niox Fe NO测定系统 (瑞典Aerocrine公司生产) 。根据美国胸科学会/欧洲呼吸学会推荐的Fe NO标准化检测进行。必须在呼气峰流速 (PEF) 测定前进行。要求患者在检查前1 h内无剧烈体力活动、主动或被动吸烟。在检查前2 h内禁食富含氮的食物 (如香肠、动物内脏、莴苣或菠菜等) 、禁喝含咖啡因的饮料, 嘱患者取端坐位, 先将肺内气体尽量呼出后, 将口唇包紧过滤器, 用力吸气约5 s, 之后再嘱患者以50 m L/s气流速度将肺内气体排出, 12岁以下儿童呼气时间6 s, 12岁以上儿童为10 s左右, 90 s后读取数值。
1.2.4肺功能检测:采用麦迪肺功能, 型号:Medisoft-Hyp, Air模块。
1.2.5统计学方法:数据采用SPSS19.0软件统计与分析。计量资料采用均数±标准差 (±s) 表示, 采用t检验。计数资料采用 (%) 表示, 采用卡方检验。以P<0.05表示结果具有统计学意义。
2 结果
2.1 治疗10个月哮喘控制情况比较:
两组患者在治疗10个月后FEV1预测值%均值和MEEF50预计值%均值、短效β受体激动剂的平均天数比较 (P>0.05) 。而研究组的总的发作次数较常规组少, 但ICS使用的平均量明显高于常规组, 见表1。
2.2 研究组治疗中FENO值与病情控制情况研究:
见表2。
3 讨论
目前, 对哮喘的控制水平分为:控制、部分控制以及未控制。临床治疗哮喘主要是根据患者日间和夜间的症状及活动能力、短效β受体激动剂使用情况来决定, 同时还需参考患者临床肺功能检测指标。但这些指标并不直接反映患者气道炎症状态, 因此在根据肺功能指标进行治疗时, 患者仍可能存在部分潜在炎症。所以, 在对患者进行治疗时, 需检测患者气道炎症指标[3]。
一氧化氮 (NO) 是一种无色高脂溶性小分子气体, 这种气体在生物体内的神经细胞和血管内皮细胞及巨噬细胞、中性粒细胞等均可合成。对于哮喘患者来说, 其存在Fe NO浓度升高情况, 主要是因为患者气道上皮细胞和巨噬细胞等经NO合成酶 (i NOS) 增加, 同时还与患者采用激素治疗时剂量有关。所以, 在对患者采用激素治疗时, Fe NO可有效评价患者临床治疗效果。
此次研究发现, 在对哮喘患者进行治疗时, 研究组治疗效果与与对照组比较, 在使用短效β受体激动剂使用情况以及肺功能检测指标上, 两组之间差异无统计学意义, 但研究组激素使用量高于对照组, 而哮喘发作次数低于对照组, 两组间差异有统计学意义 (P<0.05) 。哮喘的治疗目标之一是预防哮喘急性发作, 而引入Fe NO检测, 使我们对患儿的气道的炎症程度有量化依据, 可更好的调整激素的吸入量, 使患儿的哮喘发作次数明显减少。这不同于刘灿霞等[4]进行的研究结果:Fe NO组的哮喘发作次数与对照组相比差异无统计学意义。而相同于国外Pijnenburg[5]、Smith[6]等学者的研究结果:通过监测Fe NO值对比使用症状、肺功能为参考指标来调整吸入激素的治疗量, 病情得到更好的控制。这可能与选取的样本量及区域不同有关。
该研究中哮喘未控制患者Fe NO水平明显高于已控制的哮喘患者, 而部分控制哮喘患者Fe NO水平也明显高于已控制的气管哮喘患者, 各组间差异有统计学意义, 提示呼出气一氧化氮浓度与哮喘控制水平相关。这同于骆学勤等[7]进行的研究结果:不同控制水平的哮喘患儿间的Fe NO有明显差异。提示Fe NO可作为一个评价儿童哮喘控制水平的工具。
摘要：目的 探讨呼出气一氧化氮 (Fe NO) 监测在云南省哮喘儿童控制治疗中的作用。方法 选取2012年1月至2013年12月昆明市儿童医院住院和哮喘专科门诊确诊的100例哮喘患儿。年龄515岁。所有患儿随机分为研究组及常规组, 每组病例各50例。所有患儿每13个月随访1次。研究组每次随访时进行Fe NO浓度检测、肺功能测定、哮喘控制问卷 (ACT) 进行病情评估及治疗调整。常规组每次随访时进行肺功能测定、ACT问卷调查进行病情评估及治疗调整。两组随访期10个月。从而判断Fe NO检测在哮喘控制治疗中的作用。结果 研究组患者吸入激素的剂量较常规组多, 但哮喘发作次数较常规组减少。结论 Fe NO值的监测可作为云南省哮喘患儿控制治疗中调整吸入激素的治疗量的一个有效的指标。
关键词：呼出气一氧化氮,儿童,哮喘
参考文献
[1]Strunk RC, Szefler SJ, Philips BR, et al.Relationship of exhaled nitric oxide to clinical and inflammatory markers of persistent asthma in children[J].Allergy Clin Immunol, 2003, 112 (5) :883-892.
[2]Global Initiative for Asthma Global strategy for asthma management and prevention, updated 2009[EB/OL].http://www.ginathma.org, 2012-12-20.
[3]American Thoracic Society, European Respiratory.ATS/ERS recommendations for standardized procedures for the online and offline measurement of exhaled lower respiratory nitric oxide and nasal nitric oxide in adults and children-2005[J].Am J Respir Crit Care Med, 2005, 171 (8) :912-930.
[4]刘灿霞, 鲍燕敏, 王莉.呼出气一氧化氮监测对儿童哮喘治疗指导作用的前瞻性研究[J].中国实用儿科杂志, 2011, 8 (26) :596-599.
[5]Pijnenburg MW, Bakker EM, Hop WC, et al.Titrating steroide on exhaled nitric oxide in children with asthma:a randomized controlled trial[J].Am J Respir Crit Caro Med, 2005, 172 (7) :831-836.
[6]Smith AD, Cowan JO, Brasactt KP, et al.Use of exhaled nitric oxide measurements to guide treatment in chronic asthma[J].N Eng I J Med, 2005, 352 (21) :2163-2173.