CN102890045B - 纳米颗粒物计数浓度测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米颗粒物计数浓度测量方法，该方法通过加热溶液产生过饱和的溶液蒸气，再将产生的溶液蒸气与低温的纳米气溶胶颗粒物气流相混合，使得溶液蒸气在纳米颗粒物表面凝结，然后对长大的颗粒物进行光散射测量，获得计数浓度值。本发明还公开了一种纳米颗粒物计数浓度测量装置，它包括一气溶胶发生单元以及一溶液蒸气发生单元，所述气溶胶发生单元的气溶胶输出口与溶液蒸气发生单元的溶液蒸气输出口相汇合，并在该汇合处设置有凝结核生长单元，所述凝结核生长单元下游设置有光散射检测单元。本发明可对粒径范围在10nm~10μm之间的颗粒物计数浓度进行测量。

Description

纳米颗粒物计数浓度测量装置
技术领域
本发明涉及一种纳米颗粒物计数浓度测量方法以及一种纳米颗粒物计数浓度测量装置。
背景技术
随着城镇化进程的推进和机动车的大量普及，机动车尾气已经对空气造成的影响越来越大。有研究表明纳米颗粒物沉积在肺中可引起炎症反应和肉芽肿，甚至能引发肿瘤，所以需要对汽车尾气进行纳米颗粒物浓度的监控。此外，在某些洁净室的工艺中需要控制纳米颗粒物的浓度，而且对研制的纳米过滤器需要测量其对纳米颗粒物的捕集性能，所以有必要开发一种新型的纳米颗粒物计数浓度测量系统。
发明内容
本发明目的是：针对上述问题，提供一种纳米颗粒物计数浓度测量方法，同时还提供一种可用于这样测量方法的测量装置。
本发明的技术方案是：一种纳米颗粒物计数浓度测量方法，通过加热溶液产生过饱和的溶液蒸气，再将产生的溶液蒸气与低温的纳米气溶胶颗粒物气流相混合，使得溶液蒸气在纳米颗粒物表面凝结，然后对长大的颗粒物进行光散射测量，获得计数浓度值。
一种纳米颗粒物计数浓度测量装置，包括一气溶胶发生单元以及一溶液蒸气发生单元，所述气溶胶发生单元的气溶胶输出口与溶液蒸气发生单元的溶液蒸气输出口相汇合，并在该汇合处设置有凝结核生长单元，所述凝结核生长单元下游设置有光散射检测单元。
所述气溶胶发生单元包括一根带气溶胶入口和气溶胶出口的气溶胶输送管道，且气溶胶输送管道上设置有第一制冷机构。
所述第一制冷机构由布置在所述气溶胶输送管道外的第一制冷管、紧贴气溶胶输送管道外管壁布置且将所述第一制冷管包容在其内部的第一导热基板、包覆在所述第一导热基板外的第一保温隔热层、以及设置在气溶胶输送管道内管壁上的换热加强圈构成。
所述溶液蒸气发生单元包括储液槽以及对该储液槽内的溶液进行加热的加热器，所述储液槽顶部开设一蒸气出口，且该蒸气出口上连有一蒸气输送管道，该蒸气输送管道的外管壁上设有加热机构，蒸气输送管道的内管壁上设置有多孔吸液材料，蒸气输送管道的出气端连有管径逐渐变细的变径管，所述气溶胶输送管道的气溶胶输出口通至该蒸气输送管道内、且位于所述加热机构的上游，所述蒸气输送管道内还设置有位于所述气溶胶输送管道的气溶胶输出口处的风扇。
所述加热机构由布置在所述蒸气输送管道外的加热管、紧贴蒸气输送管道外管壁布置且将所述加热管包容在其内部的第三导热基板、以及包覆在所述第三导热基板外的第三保温隔热层构成。
所述凝结核生长单元由与所述变径管的出气端相连接的凝结核生长管道、设在所述凝结核生长管道外管壁上的第二制冷机构，紧贴所述凝结核生长管道内管壁布置的薄膜构成。
所述第二制冷机构由布置在所述凝结核生长管道外的第二制冷管、紧贴凝结核生长管道外管壁布置且将所述第二制冷管包容在其内部的第二导热基板、以及包覆在所述第一导热基板外的第二保温隔热层构成。
所述光散射检测单元由激光光源、第一透镜组、第二透镜组、光孔、光敏区、消光器、光传感探测器、数据采集和信号处理电路、以及电脑构成。
所述气溶胶输送管道上安装有第一温湿度仪、压力计和第二温湿度仪，且第一温湿度仪和压力计位于所述制冷机构的上游，第二温湿度仪位于所述制冷机构的下游；所述蒸气输送管道上安装有第三温湿度仪，且该第三温湿度仪位于蒸气输送管道的入气端；所述凝结核生长管道上安装有第四温湿度仪，且该第四温湿度仪位于凝结核生长管道的入气端。
本发明的优点是：1、本发明的纳米颗粒物计数浓度测量装置，将光散射用于纳米颗粒物计数浓度的测量，粒径范围覆盖10nm~10μm，便于合理评价洁净室环境的洁净度、机动车尾气中纳米颗粒物的浓度和纳米过滤器的性能。
2、通过设置多孔吸液材料，可以促进溶液的有效蒸发和蒸气的稳定发生。
3、通过在凝结核生长单元设置薄膜，可避免溶液蒸气和水蒸气在冷表面的凝结，提高产品的安全性和稳定性。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明纳米颗粒物计数浓度测量装置的结构示意图；
其中：1气溶胶发生单元，2溶液蒸气发生单元，3凝结核生长单元，4光散射检测单元：
1-1气溶胶输送管道，1-2第一制冷管，1-3第一导热基板，1-4第一保温隔热层，1-5换热加强圈，1-6第一温湿度仪，1-7压力计，1-8第二温湿度仪；
2-1储液槽，2-2加热器，2-3蒸气输送管道，2-4风扇，2-5加热管，2-6第三导热基板，2-7第三保温隔热层，2-8变径管，2-9多孔吸液材料，2-10第三温湿度仪；
3-1凝结核生长管道，3-2薄膜，3-3第二制冷管，3-4第二导热基板，3-5第二保温隔热层，3-6第四温湿度仪；
4-1激光光源，4-2第一透镜组，4-3第二透镜组，4-4光孔，4-5光敏区，4-6消光器，4-7光传感探测器，4-8数据采集和信号处理电路，4-9电脑。
具体实施方式
本实施例的纳米颗粒物计数浓度测量方法，通过加热溶液产生过饱和的溶液蒸气，再将产生的溶液蒸气与低温的纳米气溶胶颗粒物气流相混合，使得溶液蒸气在纳米颗粒物表面凝结，然后对长大的颗粒物进行光散射测量，获得计数浓度值。
如图1所示，为了便于上述测量方法的实施，本实施例还提供了一种纳米颗粒物计数浓度测量装置。它包括一气溶胶发生单元1以及一溶液蒸气发生单元2，所述气溶胶发生单元1的气溶胶输出口与溶液蒸气发生单元2的溶液蒸气输出口相汇合，并在该汇合处设置有凝结核生长单元3，所述凝结核生长单元3下游设置有光散射检测单元4。
本实施例中，所述气溶胶发生单元1包括一根带气溶胶入口和气溶胶出口的气溶胶输送管道1-1，且气溶胶输送管道1-1上设置有第一制冷机构。
上述第一制冷机构由布置在所述气溶胶输送管道1-1外的第一制冷管1-2、紧贴气溶胶输送管道1-1外管壁布置且将所述第一制冷管包容在其内部的第一导热基板1-3、包覆在所述第一导热基板外的第一保温隔热层1-4、以及设置在气溶胶输送管道1-1内管壁上的换热加强圈1-5构成。
本实施例中，所述溶液蒸气发生单元2包括储液槽2-1以及对该储液槽内的溶液进行加热的加热器2-2，所述储液槽2-1顶部开设一蒸气出口，且该蒸气出口上连有一蒸气输送管道2-3，该蒸气输送管道2-3的外管壁上设有加热机构，蒸气输送管道2-3的内管壁上设置有多孔吸液材料2-9，蒸气输送管道2-3的出气端连有管径逐渐变细的变径管2-8，所述气溶胶输送管道1-1的气溶胶输出口通至该蒸气输送管道2-3内、且位于所述加热机构的上游，所述蒸气输送管道2-3内还设置有位于所述气溶胶输送管道1-1的气溶胶输出口处的风扇2-4。
为了使从气溶胶输送管道1-1出气口出来的纳米气溶胶颗粒物能够与蒸气输送管道2-3中的溶液蒸气充分混合，本实施例特将所述气溶胶输送管道1-1的气溶胶出口设置成多分支结构（如图1）。
上述所述加热机构由布置在所述蒸气输送管道2-3外的加热管2-5、紧贴蒸气输送管道外管壁布置且将所述加热管包容在其内部的第三导热基板2-6、以及包覆在所述第三导热基板外的第三保温隔热层2-7构成。
本实施例中，所述凝结核生长单元3由与所述变径管2-8的出气端相连接的凝结核生长管道3-1、设在所述凝结核生长管道外管壁上的第二制冷机构，紧贴所述凝结核生长管道内管壁布置的薄膜3-2构成。
上述第二制冷机构由布置在所述凝结核生长管道3-1外的第二制冷管3-3、紧贴凝结核生长管道外管壁布置且将所述第二制冷管包容在其内部的第二导热基板3-4、以及包覆在所述第一导热基板外的第二保温隔热层3-5构成。
本实施例中，所述光散射检测单元4由激光光源4-1、第一透镜组4-2、第二透镜组4-3、光孔4-4、光敏区4-5、消光器4-6、光传感探测器4-7、数据采集和信号处理电路4-8、以及电脑4-9构成，其各个部件的布置方式可参照图1所示。
所述气溶胶输送管道1-1上安装有第一温湿度仪1-6、压力计1-7和第二温湿度仪1-8，且第一温湿度仪1-6和压力计1-7位于所述制冷机构的上游，第二温湿度仪1-8位于所述制冷机构的下游；所述蒸气输送管道2-3上安装有第三温湿度仪2-10，且该第三温湿度仪2-8位于蒸气输送管道的入气端；所述凝结核生长管道3-1上安装有第四温湿度仪3-6，且该第四温湿度仪位于凝结核生长管道的入气端。
参照图1所述，现将本实施例纳米颗粒物计数浓度测量装置的使用方法简述如下：含有纳米颗粒物的气流进入气溶胶输送管道1-1，经过第一冷却机构后的冷却作用温度降低。一方面，储液罐2-1内的溶液可被多孔吸液材料2-9吸收，被多孔吸液材料2-9吸收的溶液在加热机构的加热下形成饱和蒸气；另一方面，储液罐2-1内的溶液受到加热器2-2加热，也会形成饱和蒸气。这两股饱和蒸气均进入蒸气输送管道2-3并与低温的纳米气溶胶颗粒物的气流相混合，经过变径管2-8后进入凝结核生长单元，此时混合气流在凝结核生长管道3-1中，通过第二制冷机构的作用进一步降温，形成过饱和环境，溶液蒸气在纳米颗粒物表面凝结，表面逐渐被液滴包围，促使颗粒物的长大。长大的颗粒物进入光敏区4-5，光传感探测器4-7接收到散射光的强度和脉冲的数量，得到长大后的颗粒物计数浓度信息，即纳米颗粒物的计数浓度。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种纳米颗粒物计数浓度测量装置，其特征在于：它包括一气溶胶发生单元(1)以及一溶液蒸气发生单元(2)，所述气溶胶发生单元(1)的气溶胶输出口与溶液蒸气发生单元(2)的溶液蒸气输出口相汇合，并在该汇合处设置有凝结核生长单元(3)，所述凝结核生长单元(3)下游设置有光散射检测单元(4)，所述气溶胶发生单元(1)包括一根带气溶胶入口和气溶胶出口的气溶胶输送管道(1-1)，且该气溶胶输送管道(1-1)上设置有第一制冷机构；
所述第一制冷机构由布置在所述气溶胶输送管道(1-1)外的第一制冷管(1-2)、紧贴气溶胶输送管道外管壁布置且将所述第一制冷管包容在其内部的第一导热基板(1-3)、包覆在所述第一导热基板外的第一保温隔热层(1-4)、以及设置在气溶胶输送管道(1-1)内管壁上的换热加强圈(1-5)构成；
所述溶液蒸气发生单元(2)包括储液槽(2-1)以及对该储液槽内的溶液进行加热的加热器(2-2)，所述储液槽(2-1)顶部开设一蒸气出口，且该蒸气出口上连有一蒸气输送管道(2-3)，该蒸气输送管道(2-3)的外管壁上设有加热机构，蒸气输送管道(2-3)的内管壁上设置有多孔吸液材料(2-9)，蒸气输送管道(2-3)的出气端连有管径逐渐变细的变径管(2-8)，所述气溶胶输送管道(1-1)的气溶胶输出口通至该蒸气输送管道(2-3)内、且位于所述加热机构的上游，所述蒸气输送管道(2-3)内还设置有位于所述气溶胶输送管道(1-1)的气溶胶输出口处的风扇(2-4)。
2.根据权利要求1所述的纳米颗粒物计数浓度测量装置，其特征在于：所述加热机构由布置在所述蒸气输送管道(2-3)外的加热管(2-5)、紧贴蒸气输送管道外管壁布置且将所述加热管包容在其内部的第三导热基板(2-6)、以及包覆在所述第三导热基板外的第三保温隔热层(2-7)构成。
3.根据权利要求2所述的纳米颗粒物计数浓度测量装置，其特征在于：所述凝结核生长单元(3)由与所述变径管(2-8)的出气端相连接的凝结核生长管道(3-1)、设在所述凝结核生长管道外管壁上的第二制冷机构，紧贴所述凝结核生长管道内管壁布置的薄膜(3-2)构成。
4.根据权利要求3所述的纳米颗粒物计数浓度测量装置，其特征在于：所述第二制冷机构由布置在所述凝结核生长管道(3-1)外的第二制冷管(3-3)、紧贴凝结核生长管道外管壁布置且将所述第二制冷管包容在其内部的第二导热基板(3-4)、以及包覆在所述第二导热基板外的第二保温隔热层(3-5)构成。
5.根据权利要求4所述的纳米颗粒物计数浓度测量装置，其特征在于：所述光散射检测单元(4)由激光光源(4-1)、第一透镜组(4-2)、第二透镜组(4-3)、光孔(4-4)、光敏区(4-5)、消光器(4-6)、光传感探测器(4-7)、数据采集和信号处理电路(4-8)、以及电脑(4-9)构成。
6.根据权利要求4或5所述的纳米颗粒物计数浓度测量装置，其特征在于：所述气溶胶输送管道(1-1)上安装有第一温湿度仪(1-6)、压力计(1-7)和第二温湿度仪(1-8)，且第一温湿度仪(1-6)和压力计(1-7)位于所述第一制冷机构的上游，第二温湿度仪(1-8)位于所述第一制冷机构的下游；所述蒸气输送管道(2-3)上安装有第三温湿度仪(2-10)，且该第三温湿度仪(2-8)位于蒸气输送管道的入气端；所述凝结核生长管道(3-1)上安装有第四温湿度仪(3-6)，且该第四温湿度仪位于凝结核生长管道的入气端。
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