振荡天平法原理简介

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一．振荡天平法简介

   振荡天平法待其颗粒物质量浓度检测法儒图1 所示，整个传感器由空心锥形玻璃管（简称锥形元件），滤膜、锥形元件驱动放大电路和频率技术==计数电路构成。滤膜固定在空心锥形振荡管的顶部，工作时随振荡管一起振荡；锥形振荡管的底部固定在底座上。工作时底座和锥形振荡管的底部不振荡。工作时，空心锥形振荡管和滤膜在驱动电路的驱动下以固有频率振动，空气通过滤膜从振荡管中流过，空气中的颗粒物积累在滤膜上，改变了振荡系统的质量，从而使整个系统的固有频率发生变化。通过频率计数电路对振荡管频率的测量就可以计算出累积的颗粒物质量的增量。
     振荡天平法大气颗粒物检测法配合切割头就可以用来测量TSP，，等不同粒径的颗粒物。这种方法的灵敏度和准确度高于β射线法，并且无放射源、一起所需要的维护少。
二．测量原理
1.质量增量计算公式
在弹性质量系统中，随着质量的增加，其振荡频率下降，满足下式：

其中：是振荡频率（Hz）
      是弹性系数
      M是质量
质量的变化量和频率的关系是：
        
其中：是质量的变化量：
      是包含质量转换系数在内的弹性系数
      是初始频率（Hz）
      是结束频率（Hz）
为了确定系统的弹性系数，可以使用下面的公式：


    在实际应用时只要测量到振动体的初始振荡频率和结束振荡频率，即可由公式（1.2）算出振荡体的质量变化量。而振荡体的弹性系数可以由已知质量的物体通过公式（1.3）来标定。
根据振动原理课设计如下振动系统来测量大气颗粒物的质量浓度。如图2所示，振动系统由滤膜、空心锥形振荡管和底座构成。滤膜固定在空心锥形振荡管的顶部，工作时随振荡管一起振荡；锥形振
                        图2
荡管的底部和底座固定在一起，工作时底座和锥形振荡管的底部不振荡。工作时，空心锥形振荡管和滤膜在驱动电路的驱动下以固有频率振动，空气通过滤膜从振荡管中流过，空气中的颗粒物积累在滤膜上，改变了振荡系统的质量，从而使整个系统的固有频率发生变化。通过频率计数电路对振荡管频率的测量就可以计算出累积的颗粒物质量的增量。
2.大气颗粒物浓度计算公式
系统首先测量初始频率，通过（2.1式）计算滤膜初始质量：

其中：为初始滤膜质量；
      为初始频率；
      是弹性系数。
其后系统每隔4秒测量一次频率，并通过（2.1式）计算一次质量。
由（2.2式）可得滤膜上累计物的总质量：

其中：为初始滤膜质量（单位：微克）
      为当前滤膜质量（单位：微克）
      为滤膜上累积颗粒物质量（单位：微克）
系统每个单位时间（以一小时为例）用（2.3式)计算空气中颗粒物质量浓度:
         
其中：为一小时颗粒物质量浓度放入均值
      为当前滤膜上累计颗粒物总质量（单位：微克）
      为一小时前滤膜上累计颗粒物总质量（单位：微克）
      为一小时通过的气体总量（单位：升）

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