影响滤筒称量准确性的因素及解决方案

钱天鸣

（杭州市环境监测中心站，浙江 杭州 310000）

影响滤筒称量准确性的因素及解决方案

钱天鸣

（杭州市环境监测中心站，浙江 杭州 310000）

文章从电子天平的正确使用以及滤筒本身物理特性对其称量准确性的影响进行了分析。提出对电子天平的正确使用（即预热—运动天平—校准—进行称量）是确保称量结果准确性的基础；通过滤筒称量实验，指出实验室环境、烘干时间是实验室分析中影响滤筒称量准确性的重要因素，并提出了延长烘干时间至4h，采用具盖的专用称量瓶以减少环境空气对滤筒称量的影响等解决方案。

玻璃纤维滤筒；电子天平；称量；准确性

滤筒是一种捕集效率高、阻力小、便于放入烟道内采样的捕尘装置，有玻璃纤维滤筒和刚玉滤筒两种［1］，实际监测中通常使用的是玻璃纤维滤筒。玻璃纤维滤筒由超细玻璃纤维制成，对0.5μm以上尘粒的捕集效率达99.9%以上，适用于500℃以下烟气采样［1］。

固定污染源排气中颗粒物的测定，是在选定的监测点位通过采样管从排气中按等速采样的原则，抽取一定量的含尘废气，根据捕集到的颗粒物量和废气量，求出废气中的颗粒物浓度，而颗粒物的量就是由滤筒采样前后质量差得到的。随着除尘技术的发展，固定污染源中颗粒物浓度越来越低，在实际监测中发现，除去监测中人为造成的滤筒重量损失外，实验室称重误差是不可忽视的重要环节。因此就实际分析工作中影响滤筒称量测试结果的一些因素作了探讨，并提出了可行的解决方案。

1　正确使用电子天平

电子天平具有体积小、功能齐全、操作简单和使用方便等优点，被广泛应用于计量检测、量值传递、产品化验与科学实验工作中。滤筒在采样前后都要用电子天平称量其质量，要得到准确的称量结果，正确使用电子天平是不可忽视的一步。

1.1电子天平在称量前要充分预热

电子天平的基本工作原理是平衡，一旦失衡，利用电磁力将天平重新拉回平衡。这个电磁力F的大小与磁钢的磁通量φ、流经线圈中的电流I及线圈长度L成正比，即F=φIL。当天平处于预热阶段时，随着天平内部温度的升高，磁通量φ会逐渐下降，同时，流经线圈中的电流I也会减小，这样就导致了电磁力F变小，天平失去平衡，天平的显示会呈现正的单方向漂移。只有天平经过充分预热后，磁钢达到热平衡，这一变化过程才结束，天平才真正达到平衡，此时天平才处于真正可使用状态。

因此电子天平生产厂家及相关文献建议，在条件许可的情况下，电子天平应长期不断电，保持天平始终处于预热状态。对于实际分度值d达到0.01mg的电子天平，预热时间至少为5h；对于d达到0.001mg的微量和超微量电子天平，则需预热24h 以上。对于使用中的天平，预热时间可适当减少，当显示器上的示值不再呈现单方向漂移时，置零后即可进行称量［2］。

1.2运动天平

电子天平预热好以后，不能立即进行称量，要进行短暂的加载、缷载运动天平。电子天平的传感器通常是由9片或11片簧片构成的弹性支承体，天平传感器就是利用这些簧片进行力的传递，使天平在平衡-失衡-再平衡的过程之中，完成称量。然而，在天平处于长期通电预热阶段或较长时间（＞30分钟）停止称量时，天平传感器是处于停止工作的休眠状态，簧片也是处于休眠状态，此时簧片的恢复性能不好，若这时进行称量，势必会引起天平加载后回零不好，示值稳定性不好，重复性差，天平无法稳定地称量［2］。

运动天平的方法是用相当天平最大称量的砝码或物体加载到称盘上，然后再缷载，这样反复10次或10次以上，让天平传感器的簧片从休眠状态逐渐进入工作状态，天平才能稳定地称量。

1.3校准天平

对天平进行校准，是正确使用电子天平必不可少的重要一步，任何电子天平不进行校准，就得不到准确的称量结果。校准有内校和外校两种。

只有完成上述三个步骤后，才能使用天平进行稳定、准确的称量。

2　滤筒自身物理特性和变化的影响

首先对滤筒进行了检查和筛选［3］，主要有针孔检查、重量筛选、阻力筛选、失重处理等，得到合格的滤筒。然后在合格的滤筒中随机抽取了20个滤筒做了以下实验。

2.1实验室空气温、湿度对滤筒称量的影响

将10个滤筒放置在实验室内，在不同的实验室温、湿度环境下直接称量滤筒的质量并记录，结果见表1。

由表1可见，滤筒质量和实验室环境关系密切，随着空气相对湿度变化而变化，滤筒质量与相对湿度相关系数都在0.80以上，最高达0.94。同时也发现空气相对湿度相同而气温不同时，滤筒质量并不相同，笔者认为一是因为滤筒和空气之间有个平衡稳定的过程，反映到滤筒质量上往往会滞后；二是因为温度和相对湿度共同影响的含湿量并不相同。

2.2烘干时间对滤筒称量的影响

将10个滤筒平分成两组，第一组为滤筒采样前的称重，第二组用蒸馏水湿润模拟滤筒采样后的称重。在105℃烘箱中经过多次1h烘烤后，称量滤筒的质量并记录，实验过程见图1。

图1　实验过程

两组滤筒在105℃烘箱中经过多次1h烘烤后称得的质量，得到前后质量差绝对值及其平均值，见表2、表3。

表1　不同实验室温湿度环境下滤筒质量变化

表2　两组滤筒在105℃经过多次1h烘烤后前后质量差的绝对值

表3　两组滤筒在105℃经过多次1h烘烤后前后质量差绝对值的平均值

W12数列数据表示滤筒只经过一次105℃1h烘烤处理与经过两次105℃1h烘烤处理所得质量之差，其最大差值为8.8mg，发生在第二组用蒸馏水湿润模拟滤筒采样后的称重；第一组+第二组为5.7mg，说明滤筒只经过一次105℃1h烘烤处理其质量差较大，尤其是用蒸馏水湿润模拟滤筒采样后的称重。

2.3解决方案讨论

在实际监测中，按中国环境科学出版社《空气和废气监测分析方法》（第四版增补版）要求在105～110℃烘干1小时，取出放入干燥皿冷却至室温，然后称重后会发现，由于滤筒采样前后干燥程度不一致，导致监测结果有很大的误差，当排气筒废气湿度较大时，结果往往偏大；当排气筒废气温度较高并干燥时，结果甚至倒置。又由于玻璃纤维滤筒本身的吸湿特性，在烘箱→冷却→称重过程中有较多时间暴露在空气中，滤筒与空气一接触就开始快速吸湿增重，尤其在滤筒经过充分干燥并遇到湿度较大的天气条件下，滤筒吸湿增重更加明显。这种情况下，天平显示的读数很难稳定。由于各个滤筒吸湿能力不同，稳定时间也不一样。另外，一般实验室分析环境受客观条件限制，不具备恒温恒湿的条件，玻璃纤维滤筒在采样前、后实验室温、湿度亦不可能保持一致。

为此，针对滤筒自身物理特性笔者提出两点解决方案：第一，为了保持滤筒采样前、后滤筒干燥程度的一致，把105～110℃烘干时间设定为4小时；第二，为了解决烘箱→冷却→称重过程中滤筒接触空气吸湿的问题，采用了专用的具盖称量瓶，在滤筒从烘箱取出时即放入称量瓶，密闭放入干燥皿冷却后称量，减少了滤筒与空气接触。本文中实验即采用了此方法，天平显示的读数很快稳定，并且两次称量数相差很小，小于±0.0005g。

3　结论

为了提高实验室滤筒称量的准确性，首先要正确使用电子天平，进行预热—运动天平—校准以后再进行称量；然后根据滤筒自身的物理特性，笔者提出了延长烘干时间至4小时和采用具盖的专用称量瓶以减少环境空气对滤筒称量的影响等解决方案。

［1］ 国家环境保护总局《空气和废气监测分析方法》编委会.空气和废气监测分析方法（第四版）［M］.北京：中国环境科学出版社，2003.

［2］ 王学琴，梁秀丽，辛宗伟，等.浅析影响电子天平称量准确性的两大因素［J］.计量技术，2014（3）：3.

［3］ 李阳春，舒彩凤.烟尘采样时采样滤筒的质量控制［J］.环境监测管理与技术，2007，19（1）：5-51.

Factors affecting the weighing accuracy of filter cylinder and corresponding strategies

This essay deals with the analysis of the correct usage of electronic balance and the effects of physical characteristics of filter cylinder on the weighing accuracy. The article suggests that the correct usage of electronic balance （preheating- activating balance -calibrating - weighing） is the basis of accuracy of weighing. Through filter weighing experiments， it also puts forward that laboratory environment and time of drying are the critical factors affecting the weighing accuracy of filter cylinder. Finally， the essay proposes the solutions of decreasing the effects of ambient air on the weighing of filter cylinder by lengthening the time of drying to 4h and adopting the specialized weighing bottle with lid.

Fiberglass filter cylinder； electronic balance； weighing； accuracy

TB9

A

1008-1151（2016）03-0060-03

2016-02-15

钱天鸣（1969-），女，浙江嵊州人，杭州市环境监测中心站高级工程师，从事环境监测工作。