[發(fā)明專利]一種大氣超細顆粒物數(shù)濃度測量裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410578772.3
• 申請日: 2014-10-25
• 公開（公告）號: CN104297118A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余同柱;張礁石;王杰;桂華僑;劉建國;程寅;杜朋;陸亦懷;范煜;羅喜勝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號: G01N15/06
• 分類號: G01N15/06
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;李新華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種大氣超細顆粒物數(shù)濃度測量裝置，屬于大氣氣溶膠監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

大氣顆粒物對環(huán)境和人體健康有一定程度的危害，并且隨著數(shù)濃度的增加、粒徑的減小，大氣顆粒物對人體健康的危害越大。流行病學(xué)和毒理學(xué)方法研究發(fā)現(xiàn)，大氣超細顆粒物與人體呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)的疾病和死亡有明顯的相關(guān)性。研究者認為，大氣顆粒物的數(shù)濃度和化學(xué)組成是影響人體健康的主要因素，而不是以前所認為的質(zhì)量濃度。大氣超細顆粒物數(shù)濃度高、粒徑小，易在肺內(nèi)沉積，同時其表面積較大，易吸附多種有害物質(zhì)，在大氣化學(xué)過程中起著十分重要的作用。其中，大氣氣溶膠顆粒物的數(shù)濃度和粒徑分布信息是了解氣溶膠對氣候、大氣能見度及人體健康影響的重要信息。傳統(tǒng)的單機激光散射儀可以得到的最小檢測限是0.1μm，最高檢測限是3到10μm，已經(jīng)無法滿足超細顆粒物的檢測要求，專利CN102890045A中提到的測量裝置可以測量的顆粒物粒徑范圍為10nm—10μm，最小檢測限只能到10nm，無法測量更小粒徑的顆粒物，其采用大氣顆粒物直接與飽和溶液蒸氣直接混合，易造成顆粒物的擴散損失和影響凝結(jié)核效率，從而影響到測量的結(jié)果。因此，需要設(shè)計一種能夠測量更小粒徑的大氣氣溶膠顆粒物的測量裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種大氣超細顆粒物數(shù)濃度測量裝置，可以對粒徑范圍在3nm—5μm之間的顆粒物計數(shù)濃度進行測量。

為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種大氣超細顆粒物數(shù)濃度測量裝置，其特征在于包括：大氣氣流通道、樣氣氣流通道、殼氣氣流通道、進氣裝置、飽和溶液裝置、冷凝裝置、光學(xué)探測裝置；所述的進氣裝置包括大氣進氣裝置、樣氣進氣裝置和殼氣進氣裝置；所述的大氣氣流通道包括氣泵和第一流量計；所述的殼氣氣流通道包括過濾器和第二流量計；所述樣氣氣流通道包括第三流量計；所述的飽和溶液裝置包括飽和工作溶液儲存裝置、廢液儲存裝置、蒸氣管道、金屬塊、加熱棒、液位傳感器；所述的光學(xué)探測裝置包括激光二極管、準(zhǔn)直透鏡、柱面透鏡、黑色遮擋體、凸透鏡組和光電探測器；大氣作為總氣流通過大氣氣流通道的第一流量計進入大氣進氣裝置分成兩路氣流，分別為殼氣氣流和樣氣氣流，殼氣氣流進入殼氣氣流通道的第二流量計和過濾器進入飽和溶液裝置，通過加熱棒給金屬塊加熱可使蒸氣管道中由飽和工作溶液儲存裝置中吸收的飽和溶液氣化為蒸氣，蒸氣沿著蒸氣管道流動與殼氣流混合后進入殼氣進氣裝置，得到均勻分布的殼氣氣流；樣氣氣流進入樣氣氣流通道的第三流量計進入樣氣進氣裝置，得到均勻分布的樣氣氣流；樣氣氣流隨著勻速穩(wěn)定的殼氣氣流混合流動，混合氣流進入冷凝裝置，樣氣氣流與殼氣氣流構(gòu)成層流結(jié)構(gòu)，保證樣氣氣流在冷凝裝置中心附近流動，并最大限度地減少超細顆粒物的擴散損失。進入冷凝裝置后，殼氣氣流中的飽和蒸氣遇冷變?yōu)檫^飽和，凝結(jié)在樣氣氣流中的顆粒物表面使顆粒物迅速長大，長大后的顆粒物進入光學(xué)探測裝置，獲得顆粒物的數(shù)濃度值，冷凝的蒸氣廢液沿著殼氣進氣裝置的內(nèi)壁流入廢液儲存裝置，液位傳感器能及時提醒加注飽和工作溶液和清除廢液。

進一步的，所述的大氣進氣裝置包括一個帶孔的圓環(huán)，所述的帶孔的圓環(huán)安裝在大氣進氣裝置上，所述的帶孔的圓環(huán)中間有一個孔，通過控制孔兩端的壓力比值來獲得均勻穩(wěn)定的氣流。

進一步的，所述的氣泵為高真空旋片泵，能使氣流維持在一個穩(wěn)定的流量，流量為0.3L/min。

進一步的，所述的飽和工作溶液儲存裝置和廢液儲存裝置均為聚四氟乙烯材質(zhì)，能夠抗任何種類的化學(xué)腐蝕。

進一步的，所述的蒸氣管道為透氣鋼材質(zhì)，能夠吸收飽和工作液溶液。

進一步的，所述的第一液位傳感器和第二液位傳感器均為光電式液位傳感器。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明能測量超細顆粒物的數(shù)濃度最小粒徑檢測限為是3nm。

(2)本發(fā)明采用殼氣氣流包裹含有顆粒物的樣氣流，保證樣氣氣流在冷凝裝置的中心附近流動，不僅能減少樣氣中超細顆粒物的擴散損失而且可以增加顆粒物凝結(jié)核效率。

(3)本發(fā)明采用高真空旋片泵，能使氣流維持在一個穩(wěn)定的流量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)組成框圖；

圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)裝配示意圖；1為第一液位傳感器，2為廢液儲存裝置，3為飽和工作溶液儲存裝置，4為飽和正丁醇溶液，5為蒸氣管道，6為第二液位傳感器，7為殼氣進氣口，8為加熱棒，9為金屬塊，11為殼氣進氣裝置，12為樣氣進氣口，13為樣氣進氣裝置，14為冷凝裝置；