PM2.5在线监测是我国环境保护工作重点,而国产在线监测仪器精度和可靠性受采样分离器及在线监测仪器技术水平的制约,与国外仪器差距较大。本文针对PM2.5在线监测需求,模拟分析了采样分离器结构对于颗粒物收集效率的影响,集成了β射线法监测仪器,并通过实验研究分析了测量结果影响的因素及校正方法,为PM2.5在线监测仪器设计提供了参考。首先分析了颗粒物手动和在线自动两大类检测方法和对应仪器的工作原理。在流体力学理论基础上,利用计算机模拟软件分析了旋风分离器内部的流场,研究了颗粒物在分离器中的运动行为以及分离器分离效率的影响因素,模拟结果表明旋风分离器内部是双涡旋流,切向速度呈现兰金涡流特性,旋风分离器的内部静压呈轴对称特点;动压在强制涡与自由涡分界面上处最大。随着颗粒物粒径和入口流速的增大,分离器分离效率增加;随着分离器上端圆柱筒直径的减小,分离效率降低。其次设计了颗粒物分离器和基于β射线法的监测仪器关键部件的机械结构,根据监测仪器工作条件及精度要求,设计了PM10分离器顶端的帽体和圆柱锥体、中间的主体、下端的锥体以及PM2.5分离器的主体部分。设计了基于β射线法的监测仪器中滤纸带传动结构单元,碳14放射源的密封固定结构,以及光电倍增管的固定结构,在机械优化设计及加工基础上,对仪器进行集成,验证了设计的可靠性及合理性。最后采用标准称重法对基于β射线法的监测仪器测量结果准确性进行了对比实验研究,结果表明两者测量数据相关性比较好。通过建立回归方程进行数据结果修正后,相对误差降低了3.1%。与监测站数据进行比对,结果表明测量误差主要因素为湿度变化,为保证测量精度,应将仪器的工作湿度控制在一定范围内,采样室里气流的温度与采样室外气流的温度差不能超过±5℃,在此基础上用实验方法计算了质量吸收系数μm,为今后提高仪器测量数据的准确性奠定基础。