CN102607894B - 颗粒物切割器的校准系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种颗粒物切割器的校准系统，用于校准颗粒物切割器，切割器用于分离空气中的颗粒物，包括：气源、输气管、控制系统及实验仓，气源通过输气管与实验仓连通，控制系统包括控制器、流量控制器、温度控制器及湿度控制器，流量控制器、温度控制器及湿度控制器均与控制器电性连接，实验仓包括相互连通的混合仓及悬浮仓，混合仓内置有已定数量的颗粒物，混合仓将气源输出的气体与颗粒物混合形成确切浓度的标准样品，标准样品进入悬浮仓，且悬浮仓对标准样品进行缓冲后供待校准切割器进行采样，通过对比确切浓度的标准样品和待校准切割器所收集到的数据来对待校准切割器进行校准。本发明是一种高精度、高效能的颗粒物切割器的校准系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种颗粒物切割器领域，尤其涉及一种高精度、高效能的颗粒物切割器的校准系统。
背景技术
随着工业的不断发展，人类生存环境遭到破坏，其中空气污染形势严峻，空气中的悬浮颗粒物能够造成灰霾天气。
气象专家和医学专家认为，由细颗粒物造成的灰霾天气对人体健康的危害甚至要比沙尘暴更大。粒径10微米以上的颗粒物，会被挡在人的鼻子外面；粒径在2.5微米至10微米之间的颗粒物，能够进入上呼吸道，但部分可通过痰液等排出体外，另外也会被鼻腔内部的绒毛阻挡，对人体健康危害相对较小；而粒径在2.5微米以下的细颗粒物，直径相当于人类头发的1/10大小，不易被阻挡。被吸入人体后会直接进入支气管，干扰肺部的气体交换，引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病。
大气气溶胶是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量、能见度、酸沉降、云和降水、大气的辐射平衡(进而对全球气候变化)、平流层和对流层的化学反应等均有重要影响。最近10多年来大量的流行病学研究观察到人体健康损害与暴露于其中的细颗粒物PM2.5(particulate matter，PM)之间的相关程度显著高于粗颗粒物。PM2.5，也称为可入肺颗粒物，是指大气中空气动力学直径小于或等于2.5微米的细颗粒物。PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，不仅对空气质量和能见度等有重要的影响，而且严重威胁到人类的健康。PM2.5可以直接进入人类支气管甚至达到肺泡，长期附着在支气管和肺部，人体自身的新陈代谢无法将其排除到体外。主要是对呼吸系统和心血管系统造成伤害，包括呼吸道受刺激、咳嗽、呼吸困难、降低肺功能、加重哮喘、导致慢性支气管炎、心律失常、非致命性的心脏病、心肺病患者过早死亡。大气中PM2.5的浓度长期高于10μg/m3，死亡风险就开始上升。浓度每增加10μg/m3，总的死亡风险、得心肺疾病的死亡风险和得肺癌的死亡风险分别上升4％、6％，和8％。
大气中PM2.5的来源有3种：(1)自然来源颗粒物，包括火山灰、尘灰、森林火灾、裸露地表、沙尘暴、风扬尘土、漂浮的海盐、花粉、真菌孢子、细菌等等。(2)原生性悬浮颗粒物，包手火力发电厂、石化工厂和一般工厂燃烧不完全所产生的悬浮颗粒物。(3)衍生性颗粒悬浮物，包括工厂、机动车、石化行业排放的硫氧化物或氮氧化物、有机化合物受到日光照射后所产生的硫酸盐、硝酸盐、有机化合物及其它化合物互相作用形成的细颗粒物。其中机动车是PM2.5的主要来源。
目前，国际上广泛用于测定PM2.5的方法有三种：重量法、β射线吸收法和微量振荡天平法。这些方法的操作步骤主要分为两步，先把PM2.5与较大的颗粒物分离，然后测定分离出来的PM2.5的重量。在PM2.5分离和捕集方面，研发了PM2.5切割器，其原理是在抽气泵的作用下，空气以一定的流速流过切割器时，那些较大的颗粒因为惯性大，撞在涂了油的部件上而被截留，惯性较小的PM2.5则能绝大部分随着空气顺利通过。不过，就PM2.5的切割器的捕集能力及效果来说，直径小于2.5微米的颗粒也不是全都能通过，恰好为2.5微米的颗粒也有50％的概率能通过切割器；直径大于2.5微米的颗粒并非全被截留，因此利用PM2.5切割器分离捕集细颗粒物，不同现场的采集统计结果与真实值之间可能会存在偏差，造成高估或低估。按照《环境空气PM10和PM2.5的测定重量法》的标准要求，动力学直径3.0微米以上颗粒的通过率需小于16％，而2.1微米以下颗粒的通过率要大于84％，进而确定结果落在一个可信的区间。
颗粒物切割器是用于对直径为一个特定数值范围内的尘埃颗粒进行分离，例如PM2.5切割器是对直径小于等于2.5微米的颗粒进行分离，切割器在使用之前须经过校准，当前PM2.5的测试方法为通过测量流量、切割器的尺寸，通过采用数学公式换算来计算其结果，因此其测量结果会存在较大的误差。
因此，亟需一种高精度、高效能的颗粒物切割器的校准系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种高精度、高效能的颗粒物切割器的校准系统。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是：提供一种颗粒物切割器的校准系统，用于校准颗粒物切割器，所述切割器用于分离空气中的颗粒物，其包括：气源、输气管、控制系统及实验仓，所述气源通过所述输气管与所述实验仓连通，所述控制系统包括控制器、流量控制器、温度控制器及湿度控制器，所述流量控制器、温度控制器及湿度控制器均与所述控制器电性连接，所述实验仓包括相互连通的混合仓及悬浮仓，所述混合仓内置有已定数量的颗粒物，所述混合仓将所述气源输出的气体与所述颗粒物混合形成确切浓度的标准样品，所述标准样品进入所述悬浮仓，且所述悬浮仓对所述标准样品进行缓冲后供待校准切割器进行采样，通过对比确切浓度的标准样品和待校准切割器所收集到的数据来对待校准切割器进行校准。
所述混合仓呈倒置的锥形状，靠近所述混合仓的底部均匀的开设有贯穿所述混合仓侧壁的进气嘴，还包括有混合气流发生装置，所述混合气流发生装置包括第一吹气装置及第二吹气装置，所述第一吹气装置与所述进气嘴连通用于对所述混合仓内产生向上的气流，所述第二吹气装置设置于所述混合仓的顶部中央处对所述混合仓内产生向下的气流。
所述第一吹气装置产生的向上气流的速度为32～38米/秒，所述第二吹气装置产生的向下气流的速度为10～14米/秒。
所述悬浮仓呈倒置的锥形状，靠近所述混合仓和悬浮仓的顶部均开设有连接口，所述混合仓通过所述连接口与所述悬浮仓连通，所述悬浮仓的底部延伸并弯折形成与所述切割器连通的出气口。
所述混合仓还包括有密封盖，所述混合仓的上端呈敞口型，所述密封盖盖设于所述混合仓的上端对所述混合仓进行密封，所述第二吹气装置装设于所述密封盖上。
所述实验仓还包括有固定支架，所述混合仓和悬浮仓均固定在所述固定支架上。
所述流量控制器、温度控制器及湿度控制器均装设在所述输气管上。
所述控制系统还包括流量计，所述流量计设置在所述输气管上。
所述控制系统还包括静电调节器，所述静电调节器设置在所述输气管上。
所述气源提供洁净气体。
与现有技术相比，在本发明颗粒物切割器的校准系统中，所述混合仓用于将所述气源输出的气体与所述颗粒物混合形成确切浓度的标准样品，所述标准样品进入所述悬浮仓，且所述悬浮仓用于对所述标准样品进行缓冲后供所述切割器进行采样。本发明颗粒物切割器的校准系统的重点在于将颗粒物混合成标准样品，然后将所述标准样品进入待校准切割器，通过对比已知浓度的标准样品和待校准切割器所收集到的数据来进行校准。
通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
附图说明
图1为本发明颗粒物切割器的校准系统的一个实施例的框架图。
图2为如图1所示的颗粒物切割器的校准系统的实验仓的结构示意图。
图3为本发明混合仓内标准样品的垂直运动的分布图。
图4为本发明混合仓内标准样品的水平运动的分布图。
图示说明：颗粒物切割器的校准系统100，气源10，输气管20，控制系统30，控制器31，流量控制器32，温度控制器33，湿度控制器34，流量计35，静电调节器36，实验仓40，混合仓40a，悬浮仓40b，进气嘴41，第一吹气装置42a，第二吹气装置42b，接口43，出气口44，密封盖45，固定支架46，接头47。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，如图1-4所示，本发明提供的颗粒物切割器的校准系统100，用于校准颗粒物切割器，首先解释下颗粒物切割器，颗粒物切割器是用于对直径为一个特定数值范围内的尘埃颗粒进行分离，例如PM2.5切割器是对直径小于等于2.5微米的颗粒进行分离，切割器在使用之前须经过校准，颗粒物切割器的校准系统100包括：气源10、输气管20、控制系统30及实验仓40，所述气源10通过所述输气管20与所述实验仓40连通，所述控制系统30包括控制器31、流量控制器32、温度控制器33及湿度控制器34，所述流量控制器32、温度控制器33及湿度控制器34均与所述控制器31电性连接，所述控制器31通过所述流量控制器32、温度控制器33及湿度控制器34对所述输气管20内的气体进行流量、温度及湿度的控制，所述实验仓40包括相互连通的混合仓40a及悬浮仓40b，所述混合仓40a内置有已定数量的颗粒物(图上未视)，所述混合仓40a将所述气源10输出的气体与所述颗粒物混合形成确切浓度的标准样品，所述标准样品进入所述悬浮仓40b，且所述悬浮仓40b对所述标准样品进行缓冲后供待校准切割器进行采样，通过对比确切浓度的标准样品和待校准切割器所收集到的数据来对待校准切割器进行校准。
如图2所示，所述混合仓40a与悬浮仓40b的仓体均采用倒置的锥形结构设计，其作用有：1、由于是圆锥体，因此不会出现边角，从而减少了死角的存在，让颗粒物不会残留于其中；2、由于其呈圆锥体状，因此可以在关闭输入气源10的时候，让颗粒物自然沉淀，可以对标准标准样品进行回收使用。此外，靠近所述混合仓40a和悬浮仓40b的上部均开设有连接口43，所述混合仓40a通过所述连接口43与所述悬浮仓40b连通，所述悬浮仓40b的底部延伸并弯折形成与所述切割器连通的出气口44。
如图2所示，所述混合仓40a的下部呈逐步收紧使得整个所述混合仓40a成倒置的锥形状，靠近所述混合仓40a的底部均匀的开设有贯穿所述混合仓40a侧壁的进气嘴41，在本实施例中，开设有8个所述进气嘴41，还包括有混合气流发生装置(图上未视)，所述混合气流发生装置包括第一吹气装置42a及第二吹气装置42b，所述第一吹气装置42a与每个所述进气嘴41连通用于对所述混合仓40a内产生向上的气流，所述第二吹气装置42b设置于所述混合仓40a的顶部中央处对所述混合仓40a内产生向下的气流，如图2-4所示，所述第一吹气装置42a产生的向上气流的速度为32～38米/秒，所述第二吹气装置42b产生的向下气流的速度为10～14米/秒。在绕所述混合仓40a的下部一周均匀的产生强劲的上升的气流，而且由于上升的气流是倾斜上升，而中部则产生下沉的气流，因此上升的气流将会呈螺旋上升，因此，实际上所述混合仓40a内部将产生如图2、3及4所示的龙卷风，当颗粒物放置于龙卷风下方时，颗粒物会被吸引向上，通过多次旋转后可以让标准样品均匀混合于当前气流之中，形成标准样品。当气流旋转到顶端时，部分气流会由于惯性而脱离风体，因此，标准样品将通过所述接口43，进入所述悬浮仓40b，标准样品颗粒在所述悬浮仓40b内经过缓冲后通过所述出气口44排出送至悬浮仓40b，进入待测的颗粒物切割器。
如图2所示，所述混合仓40a还包括有密封盖45，所述混合仓40a的上端呈敞口型，所述密封盖45盖设于所述混合仓40a的上端对所述混合仓40a进行密封，所述密封盖45可以打开，以便对整个所述混合仓40a进行清洗，所述第二吹气装置42b装设于所述密封盖45的中央处。
如图2所示，所述实验仓40还包括有固定支架46，所述混合仓40a和悬浮仓40b均固定在所述固定支架46上，通过设置所述支架46，能够确保所述实验仓40在校准过程中处于稳定的状态。
如图1所示，所述控制系统30还包括流量计35，所述流量计35设置在所述输气管20上，，通过所述流量计30可以直观的观察到所述输气管20上的流量的大小。
如图1所示，所述控制系统30还包括静电调节器36，所述静电调节器36设置在所述输气管20上。
如图2所示，所述输气管20上依次设置的是流量计35、流量控制器32、温度控制器33、湿度控制器34、静电调节器36、混合仓40a、悬浮仓40b及用于和切割器或者采样器连接的接头47。
所述气源10提供洁净气体。
结合图1-4，在本发明颗粒物切割器的校准系统100中，所述混合仓40a用于将所述气源10输出的气体与所述颗粒物混合形成确切浓度的标准样品，所述标准样品进入所述悬浮仓40b，且所述悬浮仓40b用于对所述标准样品进行缓冲后供所述切割器进行采样。本发明颗粒物切割器的校准系统100的重点在于将颗粒物混合成标准样品，然后将所述标准样品进入待校准切割器，通过对比已知浓度的标准样品和待校准切割器所收集到的数据来进行校准。
本发明提供的颗粒物切割器的校准系统100可以对PM2.5切割器和其他切割器进行校准。以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (9)
1.一种颗粒物切割器的校准系统，用于校准颗粒物切割器，所述切割器用于分离空气中的颗粒物，其特征在于，包括：气源、输气管、控制系统及实验仓，所述气源通过所述输气管与所述实验仓连通，所述控制系统包括控制器、流量控制器、温度控制器及湿度控制器，所述流量控制器、温度控制器及湿度控制器均与所述控制器电性连接，所述流量控制器、温度控制器及湿度控制器均装设在所述输气管上，所述实验仓包括相互连通的混合仓及悬浮仓，所述混合仓内置有已定数量的颗粒物，所述混合仓将所述气源输出的气体与所述颗粒物混合形成确切浓度的标准样品，所述确切浓度的标准样品进入所述悬浮仓，且所述悬浮仓对所述确切浓度的标准样品进行缓冲后供待校准切割器进行采样，通过对比确切浓度的标准样品和待校准切割器所收集到的数据来对待校准切割器进行校准。
2.如权利要求1所述的颗粒物切割器的校准系统，其特征在于：所述混合仓呈倒置的锥形状，靠近所述混合仓的底部均匀的开设有贯穿所述混合仓侧壁的进气嘴，还包括有混合气流发生装置，所述混合气流发生装置包括第一吹气装置及第二吹气装置，所述第一吹气装置与所述进气嘴连通用于对所述混合仓内产生向上的气流，所述第二吹气装置设置于所述混合仓的顶部中央处对所述混合仓内产生向下的气流。
3.如权利要求2所述的颗粒物切割器的校准系统，其特征在于：所述第一吹气装置产生的向上气流的速度为32～38米/秒，所述第二吹气装置产生的向下气流的速度为10～14米/秒。
4.如权利要求1所述的颗粒物切割器的校准系统，其特征在于：所述悬浮仓呈倒置的锥形状，靠近所述混合仓和悬浮仓的顶部均开设有连接口，所述混合仓通过所述连接口与所述悬浮仓连通，所述悬浮仓的底部延伸并弯折形成与所述切割器连通的出气口。
5.如权利要求2所述的颗粒物切割器的校准系统，其特征在于：所述混合仓还包括有密封盖，所述混合仓的上端呈敞口型，所述密封盖盖设于所述混合仓的上端对所述混合仓进行密封，所述第二吹气装置装设于所述密封盖上。
6.如权利要求1所述的颗粒物切割器的校准系统，其特征在于：所述实验仓还包括有固定支架，所述混合仓和悬浮仓均固定在所述固定支架上。
7.如权利要求1所述的颗粒物切割器的校准系统，其特征在于：所述控制系统还包括流量计，所述流量计设置在所述输气管上。
8.如权利要求1所述的颗粒物切割器的校准系统，其特征在于：所述控制系统还包括静电调节器，所述静电调节器设置在所述输气管上。
9.如权利要求1所述的颗粒物切割器的校准系统，其特征在于：所述气源提供洁净气体。
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