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第 !" 卷#第 $% 期#$%!" 年 & 月
!'&!!!(!)"$%!"#$%*%%%%*%&
#
科#学#技#术#与#工#程
+,-./,.0.,1/232456/7 8/4-/..9-/4
#
:23;!"#<2;$%#=>3?$%!"
!
#$%!"#+,-;0.,1;8/494;
地球科学
BC8D;E=FG
#
HI
#
G气体分析仪的恒温改进及校标方法
李汉超#刘寿东#邓力琛#肖#薇#高韵秋#王淑敏"南京信息工程大学大气环境中心$南京 $!%%""#
摘#要#针对测量精度受温度变化影响较大的不足"对Wb*("%EMC
$
Af
$
C气体分析仪进行了恒温控制改进#并在效果检验和
仪器性能测试的基础上"提出了进一步改进观测方法的建议! 结果表明$%!&自制恒温箱的温度控制范围为 ! S") T"控温精
度可达到i%;! T! %$&恒温控制改进后"Wb*("%E与V-,6992P!!%!*b气体分析仪的MC
$
浓度观测结果均十分接近且变化趋势
一致! 结合每天一次的校准频率"可以保证Wb*("%E的MC
$
浓度观测偏差控制在 $
#
G23'G23
B!以内"并在实际观测中得到了
验证!
关键词#Wb*("%E##恒温改进##MC
$
浓度观测##测量偏差##校标方法
中图法分类号#V"F%####文献标志码#D
$%!" 年 $ 月 $! 日收到 教育部长江学者和创新团队发展计划*
江苏高校优势学科建设工程"VEVh#项目共同资助
第一作者简介&李汉超"!F((!#$内蒙古人$硕士研究生' 研究方
向&城市气象学' 8*G6-3&3-16/,162%LK-/6?,2G'
## 温室气体排放是引起全球气候变化的重要原
因之一$其环境生态效应已经得到世界广泛关
注(!$$)
' 城市是温室气体的重要排放区域$面积不
足全球陆地总面积 $;"j的城市却贡献了超过全球
(%j的 MC
$
(@!))
' 因此$城市温室气体排放及其时
空变化规律研究十分必要'
实际观测是开展城市温室气体排放及其环境效
应研究的重要手段和依据' 我国使用改进的 <hb̀
气体分析仪观测大气 MC
$
本底浓度$揭示了大气
MC
$
浓度变化的平均特征(')
' 我国四个本底站 $%%F
年还使用自组装的 ]+*M̀ h+ 气体分析仪观测了大
气本底 MC
$
浓度(&)
' +1.9a227;D;b7K2等在美国凤
凰城观测了近地面大气"$ G高度#一年内的MC
$
浓
度变化$探究人类活动对环境的影响(()
' M;f.3HO.9
等在伦敦市中心利用两座高塔进行的MC
$
浓度及通
量观测资料$研究了城市 MC
$
的贡献区域及 MC
$
浓
度*通量与各种气象条件和交通状况的关系(F)
' 在
这些研究中$许多利用<hb̀或]+*M̀ h+ 气体分析
仪进行的观测都针对不同观测环境对观测系统做了
适当的设计与改进$均在不同程度上提高了 MC
$
浓
度的测量精度' 目前$城市温室气体观测研究以单
点为主$而城市下垫面及其环境条件十分复杂$需要
单点和多点结合进行观测研究' 单点观测需要观测
仪器有较高的测量精度$而使用多台仪器同时观测
的多点观测还要求仪器间相对误差小' 因此$改进
观测设备和完善观测方法是获得准确观测数据的基
础$也是得出城市温室气体排放研究科学结论的重
要保证'
Wb*("%EMC
$
Af
$
C气体分析仪$体积小$重量
轻$价格低廉$操作简单$是城市碳排放研究的观测
仪器之一' 但其观测精度受温度变化的影响较大$
存在一定的不确定性' 有研究表明$Wb*("%EMC
$
浓
度测量的相对不确定度"标准差相对于平均值的不
确定性#为 %;%"
#
G23,G23
B!
$f
$
C浓度测量的相
对不确定度为 %;%%Fj
(!%)
%MC
$
和 f
$
C浓度测量精
度为 i$j
(!!)
' 为此$针对城市 MC
$
浓度观测的需
要$对Wb*("%E进行恒温改进$并进一步完善校标方
法$以提高仪器的测量精度和观测数据质量'
!"材料和方法
!J!"试验仪器
!;!;!#Wb*("%EMC
$
Af
$
C气体分析仪
Wb*("%EMC
$
Af
$
C气体分析仪"Wb*MC̀ $b/,;$
W-/,23/$<8$[+E$以下简称Wb*("%E#) 台' Wb*("%E
MC
$
Af
$
C气体分析仪属于 <hb̀ 气体分析仪$测量
基本原理是气体在光腔中对红外线能量有吸收作
用$在校准范围内不同浓度的MC
$
Af
$
C对应不同的
红外线吸收比率' 仪器 MC
$
浓度的测量范围为 % S
$% %%%
#
G23,G23
B!
$精度小于测量值的 !;)j$
Q̀+ 噪音 "有效噪声# @&%
#
G23,G23
B! 时小于
!
#
G23,G23
B!
$对f
$
C的敏感性小于 %;%!
#
G23,
G23
B!
MC
$
Ajf
$
C%f
$
C浓度的测量范围为 % S(j$
精度小于测量值的 !;)j$ Q̀+ 噪音 @&%
#
G23,
G23
B! 时小于 %;%%!j$ 对 MC
$
的敏感性小于
%;%%% %!jf
$
CA
#
G23,G23
B!
MC
$
'
!;!;$#V-,6992P!!%! Bb气体分析仪
V-,6992P!!%! Bb气体分析仪"V-,6992$+>//5*
Z63.$ME$[+E$以下简称V-,6992P!!%! Bb#! 台' 仪
器采用]+*M̀ h+ 技术对气体浓度进行测量$即将
一束激光射入衰荡腔$然后测量激光在衰荡腔中的
衰荡时间$以空腔的衰荡时间和充满目标气体的衰
荡时间差最终决定目标气体得浓度' 衰荡腔中的镜
面可以极大地延长光路"光路可延长至 $% cG#以提
高测量精度' 由于激光衰荡时间仅取决于介质的吸
收和镜面反射率$与入射光强无关$故仪器灵敏度
高$信噪比高$抗干扰能力强(!$)
' 仪器 MC
$
浓度的
测量范围为 $%% S" %%%
#
G23,G23
B!
$MC
$
总量由!$
MC
$
与!@
MC
$
的总和计算得出'
!$
MC
$
的测量精度小
于 %;$
#
G23,G23
B!加读数的 %;%)j$
!@
MC
$
的测量
精度小于 %;%!
#
G23,G23
B!加读数的 %;%)j' 由
于在不间断工作 ' 个月后的标定结果与 ' 个月前相
比几乎没有变化$因此$在对比观测中以 V-,6992
P!!%! Bb的测量值作为标准值'
!J#"BC8D;E=的恒温控制改进方法
Wb*("%E的测量结果受空气密度的影响较大$
当仪器工作温度变化 %;@ T时$MC
$
浓度漂移量可
能大于 !)
#
G23,G23
B!
%因此恒温控制可以提高仪
器测量的稳定性和精度' 恒温控制改进通过自制恒
温箱来实现$基本原理是根据温度传感器测量到的
箱内温度$控制加热器的启动和关闭$进而控制箱内
温度恒定' 恒温箱构造如图 !'
图中数字说明
! 风扇 ! !! 温度控制电路
$ 三通电磁阀 ! !$ 电磁阀控制电路
@ 两通电磁阀 ! !@ 过滤器
" 两通电磁阀 $ !" 雨盾
) 上金属板 !) 加热器
' 下金属板 !' 箱体
& 气泵 !& 减压阀 !
( 温度传感器 !(
标准气体"MC
$
#
F 风扇 $ !F 减压阀 $
!% 流量计 $%
标准气体"<
$
#
图 !#恒温箱设计示意图及零件列表
N-4;!#01.7.K-4/ K,1.G.6/7 ,2G_2/./O3-KO2HO1.-/,>R6O29
!;$;!#恒温控制模块
箱体用 ) GG厚有机玻璃制作$双层嵌套结构$
内层尺寸为 $% ,Gk@% ,Gk"% ,G$外层尺寸为
@! ,Gk"! ,Gk)! ,G$中间用 ) ,G厚的保温海绵
板填充饱满' 热源可根据不同情况选择加热板*灯
泡等$用以加热箱内空气' 箱内采用不锈钢封装的
h+!(R$% 防水型温度传感器进行温度测量并反馈给
温控电路$进而控制加热器电源的通断' 箱内的两
个风扇可以使箱内温度更加均匀%紧贴仪器的两块
金属板可以增加箱体的热容$并向仪器外壳传导热
量%有 $;) G长的金属管路盘绕在箱体内部用来加
热进入的气体' 箱内温度可以通过显示板实时监
测' 电磁阀开关*进气口*气泵接口*校准气体接口
以及电路接口都在箱体外侧$操作时不需要打开盖
子$不会影响箱体内的温度控制'
!;$;$#自动校准模块
校准气体经过减压阀分别接到电磁阀 !*$ 上'
电磁阀控制电路控制三个电磁阀开关$可以实现每
日定时给仪器通入一定时间的纯氮气和MC
$
标准气
体' 自动校准模块最多可以编出 !" 套控制程序$能
够实现每日任意时刻的控制' 自动校准是订正实测
数据而不会改变仪器参数'
!J$"校准与标定!校标"方法
FF;FFFj的高纯氮气用来校标仪器零点' 国家
一级标准气体"干空气中MC
$
$"F%
#
G23,G23
B!
$中国
计量科学研究院国家标准物质研究中心#和国家二级
标准气体"干空气中MC
$
$"F%
#
G23,G23
B!
$南京红健
气体有限公司$用V-,6992P!!%!*b测定其真值#用来
校标Wb*("%E的 MC
$
浓度的一个高值' 露点仪"Wb*
MC̀ '!%$Wb*MC̀ $b/,;$W-/,23/$<8$[+E#可以产生
一定浓度的f
$
C用于Wb*("%E的f
$
C浓度校标'
!;@;!#Wb*("%E的校准方法
零点校准' 给仪器通入纯氮气' 数据稳定 !)
&
$% 期 李汉超$等&Wb*("%EMC
$
Af
$
C气体分析仪的恒温改进及校标方法
分钟以后修改仪器参数$使 f
$
C和 MC
$
的测量值回
归零点'
f
$
C浓度校准' 先将露点仪产生的 ! T下的饱
和水汽通入仪器$数据稳定后校准 ! T下的饱和水
汽浓度"修改仪器参数#%再按顺序分别通入 )*!%*
!)*$%*$$ T下的饱和水汽各一段时间%最后校准 $$
T下的饱和水汽浓度"修改仪器参数#' 每个温度
梯度的 f
$
C浓度测量在数据稳定后至少持续 !)
G-/' 特别注意管路不可出现凝结水'
MC
$
浓度校准' 大气中 MC
$
浓度基本保持在
@(%
#
G23,G23
B!至 )%%
#
G23,G23
B!之间$所以只
用氮气和 "F%
#
G23,G23
B!的标准气体进行 ! 次两
点校准"修改仪器参数#' 零点和 "F%
#
G23,G23
B!
的MC
$
浓度校准后基本上可以保证大气MC
$
浓度观
测的准确性'
!;@;$#V-,6992P!!%!*b的标定方法
实验前对 V-,6992P!!%!*b的 f
$
C浓度进行一
次标定$实验期间每三个小时进行一次 MC
$
浓度的
两点标定$即通入两种不同浓度 MC
$
标准气体"MC
$
浓度 @(%
#
G23,G23
B!和 )%%
#
G23,G23
B!的国家一
级标气#' 通过分析标准气体真值和仪器测量值之
间的关系$订正已经得到的实测数据而不改变仪器
参数'
!J;"对比观测方法
!;";!#Wb*("%E与V-,6992P!!%!*b对比观测
分为恒温控制改进前*后两个对比观测实验'
恒温控制改进前的实验时间为 $%!$ 年 !$ 月
!& S$! 日$地点为南京信息工程大学气象楼 F 楼大
气环境中心实验室"高度约 "% G#' 两种气体分析
仪各一台置于室内实验平台上同时校准标定$之后
进行观测' 两台仪器自加热装置保持在开启状态$
仪器气路长度均为 @;) G$进气口捆在一起伸出窗
外' Wb*("%E进气量为 )%% GWAG-/$V-,6992P!!%!*b
的进气量由仪器自动控制' 室内空调关闭$人员尽
量不进出实验室$观测期间不对仪器及其管路进行
移动$保证管路不漏气$对比观测时间 !%% 1'
恒温控制改进后实验时间为 $%!@ 年 ' 月 $@ S
$) 日$实验地点同上' 将 V-,6992P!!%!*b直接放置
于室内实验平台上%) 台 Wb*("%E"编号为 Wb*("%E
<2;! 至<2;)#装入恒温箱内并放置于地面$箱内温
度设定在"@) i%;!# T' Wb*("%E先在恒温箱内恒
温工作 !;) 1$然后与V-,6992P!!%!*b同时同条件下
进行校准$之后进行观测实验' 仪器的气路长度均
为 ' G$进气口捆在一起伸出窗外$其它实验条件同
恒温控制改进前实验$对比观测时间 F% 1'
!;";$#Wb*("%E标准气体对比观测
实验时间为 $%!@ 年 ' 月 $@ S$) 日$地点同上'
将 ) 台 Wb*("%E分别装入恒温箱内并放置于地面$
恒温箱内温度均设定在"@) i%;!# T$仪器的气路
长度均为 ";) G$进气量均为 )%% GWAG-/' ) 台仪
器的自加热装置保持开启$先在恒温箱内恒温工作
!;) 1$然后同时同条件下进行校准$最后给仪器同
时通入浓度为 "!&
#
G23,G23
B!的国家二级标气
"不确定度 !;)j#进行 )% 1 的对比观测$用以分析
任意两台仪器之间的测量误差并测试仪器性能' 室
内空调关闭$人员尽量不进出实验室$不对仪器及管
路进行移动$保证管路不漏气'
!;";@#恒温控制改进效果实测验证
观测时间为 $%!@ 年 & 月 $( 日至 ( 月 ) 日$共 (
7连续观测' 观测实验地点为南京市区白鹭洲公
园*新街口中心商业区*碧瑶花园"新居民小区#*水
佐岗"旧居民小区#等 " 种下垫面类型' " 台 Wb*
("%E装入恒温箱内并放置于室内地面$恒温箱内温
度均设定在"@) i%;!# T$箱内温度稳定后统一进
行两点校准$之后开始观测' 仪器的气路长度均为
&;) G$进气口伸出窗外$其它实验条件同恒温控制
改进前实验$每日观测后均对仪器的MC
$
Af
$
C零点
和 "F%
#
G23,G23
B!的MC
$
浓度进行校准'
!JK"数据处理方法
!;);!#数据筛选
数据处理中$校准期间及校准前后 !) G-/ 的数
据需要剔除' 压力瞬时变化大于 @%% _6或瞬时温
度与前一小时温度平均值之差大于i%;!T时$剔除
其前后 ! G-/数据' 此外$实验记录中$出现检查进
气口等会对观测数据造成影响的人为活动时$视情
况对数据进行剔除'
!;);$#MC
$
混合比的计算
MC
$
混合比的计算公式为&
(MC
$ 795
) U
(MC
$a.O
)
! B
(f
$
C
795
)
!%%
"!#
(f
$
C
795
) U
(f
$
C
a.O
)
! B
(f
$
C
a.O
)
!%%
"$#
式中$(MC
$a.O
)为实测 MC
$
浓度$(f
$
C
a.O
)为实测
f
$
C浓度$(MC
$795
)为 MC
$
混合比"干空气中所含
MC
$
#'
!;);@#V-,6992P!!%! Bb分析仪的标定
标定公式为&
*%
"*
K
&*
2
#"*
G
&*
2G
#
*
KG
&*
2G
,*
2
"@#
式"@#中$*为标定后得到的测量值$*
K
为标定高浓
( 科#学#技#术#与#工#程 !" 卷
度点标准气体中对应成分的混合比$*
2
为标定低浓
度点标准气体中对应成分的混合比$*
G
为实际测量
得到的混合比$*
KG
为标定高浓度点时仪器的测量
值$*
2G
为低浓度标定时仪器的测量值'
#"结果与分析
#J!"自制恒温箱控温效果分析
自制恒温箱的温度控制范围为 ! T S") T$由
!% T加热到 @) T根据环境温度及加热器的不同大
约需要 $% G-/到 ! 1' 由于温度越高越难以实现稳
定的控制$因此测试恒温箱时将温度设为 "@ T$测
试结果如图 $$可见自制恒温箱达到设定温度后的
控温精度为 i%;! T$控温效果较好' 如果恒温箱
内部温度控制在"@) i%;!# T$配合仪器自身加热
保温系统$则可以使光腔温度稳定在标准温度
()% i%;%) T附近)$显著提高气体浓度的测量
精度'
图 $#自制恒温箱工作稳定后内部温度变化曲线
N-4;$ b/O.9/63O.G_.96O>9.,16/4.,>9Z.
2H-/,>R6O296OKO6R3.a29c-/4,2/7-O-2/
#J#"BC8D;E=的校准结果
$;$;!#零点校准
Wb*("%E通入氮气 ! 1后$对MC
$
和f
$
C零点进
行校准' 校准后测得 MC
$
浓度为 B%;!"
#
G23,
G23
B!
$f
$
C浓度为B%;%%% )j'
$;$;$#MC
$
浓度校准
Wb*("%E通入 "F%
#
G23,G23
B!的国家一级MC
$
标准气体 ! 1后对MC
$
浓度进行校准' 校准后测得
MC
$
浓 度 为 "F%;$)
#
G23, G23
B!
$ 相 对 误 差
为 %;%)j'
$;$;@#f
$
C浓度校准
f
$
C零点校准之后$! T以下的饱和水汽测量
比较准确$仪器测量误差随 f
$
C浓度升高递增$$$
T饱和水汽测量偏差最大达到体积分数的 %;@j
"图 @#%但在 ! T和 $$ T两点饱和水汽校准后$各
点偏移量均减少至体积分数的 %;%$j以内$测量精
度显著提高"图 @#'
#J$"L.,&001 7!!E!8C的标定结果
$;@;!#f
$
C标定
V-,6992P!!%!*b的 f
$
C浓度标定结果见表 !'
图 @#Wb*("%E校准前后f
$
C浓度比较
N-4;@#M2G_69-K2/ 2Hf
$
C,2/,./O96O-2/K
R.H29.6/7 6HO.9O1.,63-R96O-2/ 2HWb*("%E
从表中可以看出$f
$
C的测量偏差随着 f
$
C浓度的
增加近似线性$因此可以通过校准曲线得到准确的
f
$
C浓度'
表 !"L.,&001 7!!E!8C的I
#
G浓度标定结果
%&'()!"I
#
G,&(.'0&2.1-0)35(2314
L.,&001 7!!E!8CM&3&-&(>:)0
露点
温度AT
理论f
$
C
浓度GAj
实测f
$
C
浓度GAj
绝对
误差GAj
相对
误差Aj
$( @;&F' ";$) %;")" !$;%
$) @;!(! @;')! %;"& !";(
$% $;@"& $;(!$ %;"') !F;(
!) !;&!$ $;!$' %;"!" $";$
!% !;$@@ !;'%) %;@&$ @%;$
) %;(&' !;!F$ %;@!' @';!
##V-,6992P!!%!*b的f
$
C浓度校准曲线方程为&
+U%;()& '*$B U'%%$H
$
U%;FFF F'
式中$+为订正后的实测f
$
C浓度$Gj%*为实测的
f
$
C浓度$Gj'
$;@;$#零点标定
由于大气中MC
$
浓度变化范围一般为 @(% S)%%
#
G23,G23
B!
$因此V-,6992P!!%!*b在实际观测中并
不需要进行MC
$
零点标定' f
$
C零点标定时得到的
实测值为 %;%)j'
$;@;@#MC
$
标定
由于大气中MC
$
浓度变化范围一般为 @(% S)%%
#
G23,G23
B!
$因此V-,6992P!!%!*b在实际观测中仅
标定 @(%
#
G23,G23
B!和 )%%
#
G23,G23
B!
MC
$
两个
点即可满足实际观测需求' @(%
#
G23,G23
B!和 )%%
#
G23,G23
B!标定时得到的实测值分别为 @&F;F(
#
G23,G23
B!和 "F(;F@
#
G23,G23
B!
$相对误差分别
F
$% 期 李汉超$等&Wb*("%EMC
$
Af
$
C气体分析仪的恒温改进及校标方法
为 %;%%)j和 %;$j'
#J;"恒温控制改进效果分析
$;";!#恒温控制改进前后对比观测结果分析
恒温控制改进前后Wb*("%E与V-,6992P!!%!*b观
测计算得到的MC
$
混合比之差"! G-/平均#见图 "$可
见恒温控制改进对提高仪器观测精度效果明显'
图 "#两种气体分析仪测得的MC
$
混合比之差
N-4;"#01.7-HH.9./,.2HMC
$
G-I-/496O-2
R.Oa../ Wb*("%E6/7 V-,6992P!!%!*b
恒温控制改进前$Wb*("%E与V-,6992P!!%!*b测
定的 MC
$
混合比之差在观测 !$ 1 之后超过了 $
#
G23,G23
B!
(图 " "6#)$$" 1 后超过了 @
#
G23,
G23
B!
$@' 1后超过了 !)
#
G23,G23
B!
%而在观测中
如此大的误差将会直接影响到研究结论的正确性'
MC
$
混合比并不受大气温度或气压等观测环境变化
的影响$而仪器光腔内温度和气压变化越大$观测数
据的偏移量越大$仪器工作的稳定性越差' WbB
("%E的光腔温度在低温条件下有 %;@ T左右的波
动$可能导致 $%
#
G23,G23
B!甚至更高的偏移量$因
此恒温控制改进是十分必要的'
恒温控制改进后$Wb*("%E与V-,6992P!!%!*b测
定的 MC
$
混合比之差在观测 $$ 1 之内小于等于
!
#
G23,G23
B!
(图 " " R#)$ F% 1 之内不超过 $
#
G23,G23
B!
$说明恒温控制改进对提高 Wb*("%E的
观测精度效果较好'
为了进一步明晰 Wb*("%E之间的测量偏差$确
保多台仪器同时观测的数据具有可比性$计算了 )
台Wb*("%E气体浓度测量值的标准差见图 )' 从图
中可以看出$) 台Wb*("%EMC
$
浓度观测的标准差 @%
1之内小于 !;)
#
G23,G23
B!
%&$ 1 之内不超过 $
#
G23,G23
B!
%而f
$
C浓度观测的标准差基本上在
%;%$j以内%说明恒温对仪器工作的稳定性提升有
明显效果'
而在观测中发现$恒温控制改进后$虽然 ) 台
Wb*("%E与V-,6992P!!%!*b的观测值均有一定差异$
但其变化趋势非常一致$存在一定的系统误差$可以
通过订正来进一步提高观测数据质量'
图 )#五台Wb*("%EMC
$
和f
$
C
浓度观测结果的标准差
N-4;)#01.KO6/7697 7.Z-6O-2/ 2HMC
$
6/7 f
$
C,2/,./O96O-2/ H29H-Z.Wb*("%E
$;";$#Wb*("%E的稳定性分析
仪器信号频率随时间的漂移程度也即信号稳定
度可以用时域频率稳定度来表示$一般用艾伦方差
分析方法(!@)确定' 利用恒温控制改进后 ) 台 Wb*
("%E的标准气体对比观测结果$进行MC
$
浓度观测
值的艾伦方差分析$分析结果见图 ''
图 '#Wb*("%EMC
$
浓度测量值的艾伦方差
N-4;'#E336/ Z69-6/,.2HMC
$
,2/,./O96O-2/
H29Wb*("%E
由图 '可见$)台仪器MC
$
浓度观测值的艾伦方
差数值接近且趋势一致$均在 $%% K左右达到曲线的
最低点约 %;%$
#
G23,G23
B!
%$" 1 内"(' "%% K#不超
过 !
#
G23,G23
B!
' 理论上认为在曲线最低点对应的
时刻进行校准可以使仪器一直保持在测量漂移量最
小的状态$但每 $%% K手动校准一次难以实现' 一般
而言$MC
$
浓度测量偏差控制在 $
#
G23,G23
B!以内
时$可以满足城市气体浓度实际观测需要$而Wb*("%E
的MC
$
浓度观测值的艾伦方差 $" 1 内不超过 !
#
G23,G23
B!
$因此校准频率以每天一次为宜'
#JK"实际观测验证结果
南京主城区不同下垫面 MC
$
浓度观测是使用
Wb*("%E进行的一次实际观测$每日观测结束后仪
器校准数据的统计结果见表 $'
%! 科#学#技#术#与#工#程 !" 卷
表 #"BC8D;E=校准数据的统计结果
%&'()#"%*)32&2.32.,&(0)35(2314,&(.'0&2.1-9&2& 410BC8D;E=
下垫面MC
$
零点校准前"
#
G23,G23
B!
#
平均 最小 最大
"F%
#
G23,G23
B!
MC
$
校准前A"
#
G23,G23
B!
#
平均 最小 最大
f
$
C零点校准前Aj
平均 最小 最大
公园 %;%) B!;@! %;(! "F%;)$ "((;"" "F!;&' %;%%@ B%;%%! B%;%%F
商业区 B%;@$ B!;%) B!;"' "(F;@& "((;F$ "(F;&F B%;%%F B%;%%! B%;%!F
新小区 %;"F B%;)@ !;&' "(F;$! "((;(@ "F%;() %;%%@ B%;%%F B%;%%'
旧小区 %;@$ B%;$F !;&) "(F;)' "((;"( "F!;'' B%;%%! B%;%%" %;%%!
##从表 $ 中可以看出$Wb*("%E在实际观测 $" 1
后MC
$
高浓度""F%
#
G23,G23
B!
#测量值和校准气
体理论值偏差在 $
#
G23,G23
B!
$f
$
C零点与标准气
体理论值偏差在 %;%$j以内' 说明恒温控制加每
天一次的手动校准"每次校准时直接改变仪器参
数#$可以使Wb*("%E观测的稳定性和准确性明显提
高$能够满足城市大气中MC
$
浓度观测的要求'
$"结论与讨论
"!#自制恒温箱的温度控制范围为 ! S") T$
恒温箱内部控制温度设定为 "@ T时的控温精度可
达i%;! T$控温效果较好'
"$#恒温控制改进后$) 台 Wb*("%E与 V-,6992
P!!%!*b的MC
$
和f
$
C浓度观测结果均十分接近且
变化趋势一致$观测误差分别控制在 $
#
G23,G23
B!
和 %;%$j以内%而每天一次的校准频率$可以保证
Wb*("%E的MC
$
浓度测量偏差控制在 $
#
G23,G23
B!
以内'
"@#Wb*("%E在实际观测 $" 1 后 MC
$
浓度测量
值和标准气体理论值的偏差在 $
#
G23,G23
B!之内%
f
$
C零点与标准气体理论值偏差在 %;%$j以内$能
够满足城市大气中MC
$
浓度观测的要求'
""#Wb*("%E的测量精度受温度变化的影响较
大$其正常工作要求光腔温度恒定在 )% T左右$而
仪器自带的加热恒温系统在环境温度低或变化较快
条件下难以保持温度恒定' 自制恒温箱可以使仪器
光腔保持温度恒定$从而减少仪器测量的漂移量*提
高稳定性' 但在实际观测中发现$自制恒温箱在环
境温度高于 @$ T时的控温效果还不够稳定$但此时
即使没有自制恒温箱$仪器自带的加热恒温系统也
足够使光腔维持恒温以满足测量要求'
")#Wb*("%E经过恒温控制改进和 MC
$
浓度每
天一次校准后$可用于多点短期观测' 但为保证测
量精度需要每日手动校准$单点长期观测不宜使用'
参 考 文 献
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G23,G23
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929##,63-R96O-2/ G.O127K
$! 科#学#技#术#与#工#程 !" 卷
