CN103105350A - 3nm-20μm气溶胶粒径分布测量仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了3nm-20μm气溶胶粒径分布测量仪，属于环境气溶胶测量技术领域。本发明集空气动力学颗粒物粒径谱仪、纳米颗粒物差分电迁移率分析仪、纳米颗粒物凝聚核粒子计数器、亚微米颗粒物差分电迁移率分析仪、亚微米颗粒物凝聚核粒子计数器于一体；用电压/流量控制箱为两个颗粒物分析仪提供分级电压和鞘气；用数据采集卡同步采集颗粒物粒径谱仪和两个粒子计数器的脉冲信号；用测量控制系统控制电压/流量控制箱的电压输出和鞘气流量，处理和分析数据采集卡输入的脉冲信号，输出显示3nm到20μm粒径分布谱的二维和含时间序列的三维图。本发明提出的测量仪测量准确，仪器操作简单，可为大气复合污染和纳米科学研究提供技术支持。

Description

3nm-20μm气溶胶粒径分布测量仪
技术领域
本发明属于环境气溶胶测量技术领域，特别涉及一种可测量3nm-20μm气溶胶粒径分布的仪器。
背景技术
近年来人们越来越关注大气颗粒物污染，希望获得大气颗粒物数浓度和粒径分布信息。目前大气颗粒物数浓度和粒径分布的测量主要依靠电学和光学技术，且已有一些商业化的仪器。但大气颗粒物粒径跨度非常宽，从几纳米到几十微米，导致一种技术难以实现全粒径分布谱（即3nm-20μm颗粒物的粒径分布）的测量。现有的商业化仪器在测量大气颗粒物粒径分布时只能获得或纳米、或亚微米、或微米范围内比较窄的一段粒径分布，如常用的空气动力学颗粒物粒径谱仪测量的粒径范围约为530nm到20μm；常规的扫描电迁移率粒径谱仪测量的粒径范围约为20nm到800nm；纳米颗粒物扫描电迁移率粒径谱仪测量的粒径范围约为3nm到150nm。人们在研究和认识大气颗粒物的理化特性时希望同时获得从纳米到微米范围内大气颗粒物的全粒径分布信息。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种3nm-20μm气溶胶粒径分布测量仪。
本发明的目的是提供一种可测量从3nm到20μm气溶胶粒径分布的仪器，实现颗粒物粒径分布全谱的测量。
为实现这一目的，本发明集空气动力学颗粒物粒径谱仪、纳米颗粒物差分电迁移率分析仪、纳米颗粒物凝聚核粒子计数器、亚微米颗粒物差分电迁移率分析仪、亚微米颗粒物凝聚核粒子计数器于一体；用电压/流量控制箱为两个颗粒物分析仪提供分级电压和鞘气；用数据采集卡同步采集颗粒物粒径谱仪和纳米颗粒物凝聚核粒子计数器、亚微米颗粒物凝聚核粒子计数器两个粒子计数器的脉冲信号；用测量控制系统控制电压/流量控制箱的电压输出和鞘气流量，处理和分析数据采集卡输入的脉冲信号，计算颗粒物的传输效率、荷电效率、分离效率和计数效率，输出3nm到20μm气溶胶粒径分布的二维和三维分布图，并将粒径分布数据存储于文件中。
所述的3nm-20μm气溶胶粒径分布测量仪的结构如下：
采样管1通过管路分别与空气动力学颗粒物粒径谱仪2和颗粒物荷电器3连接；颗粒物荷电器3的另一端分成两支管路，分别与第一个层流流量计4和第二个层流流量计6连接；亚微米颗粒物差分电迁移率分析仪5通过管路分别与第一个层流流量计4和亚微米颗粒物凝聚核粒子计数器8连接，同时通过管路和高压电导线与电压/流量控制箱11连接；纳米颗粒物差分电迁移率分析仪9通过管路分别与第二个层流流量计6和纳米颗粒物凝聚核粒子计数器10连接，同时通过管路和高压电导线与电压/流量控制箱11连接；数据采集卡12通过导线分别与空气动力学颗粒物粒径谱仪2、亚微米颗粒物凝聚核粒子计数器8、纳米颗粒物凝聚核粒子计数器10、电压/流量控制箱11以及测量控制系统7连接。
其中，
所述的采样管1材质为金属或导电塑料，以减少颗粒物的损失；
所述的颗粒物荷电器3为X射线荷电器、电晕法荷电器或含有放射性物质的荷电器；
所述的空气动力学颗粒物粒径谱仪2是基于飞行时间测量颗粒物空气动力学粒径的仪器；
所述的纳米颗粒物差分电迁移率分析仪9利用外加电场来选择不同电迁移率的颗粒物，其电场分离区较短，筛分的颗粒物的粒径范围为3nm到60nm；
所述的亚微米颗粒物差分电迁移率分析仪5的电场分离区较长，筛分的颗粒物的粒径范围为20nm到750nm；
所述的纳米颗粒物凝聚核粒子计数器10通过冷凝增长和激光探测测量颗粒物的数量，因其蒸气过饱和度较高，可测量粒径为3nm以上的颗粒物；
所述的亚微米颗粒物凝聚核粒子计数器8因其蒸气过饱和度较低，可测量20nm以上的颗粒物；
所述的数据采集卡12含有多路计数通道、多路模拟输入通道和多路模拟输出通道，能同步采集空气动力学颗粒物粒径谱仪2、纳米颗粒物凝聚核粒子计数器10和亚微米颗粒物凝聚核粒子计数器5的脉冲信号，并将这些信号输入到测量控制系统7；
所述的测量控制系统7用来控制电压/流量控制箱11的分级电压输出和鞘气流量，以及处理和分析数据采集卡12输入的脉冲信号，计算颗粒物的传输效率、荷电效率、分离效率和计数效率，输出3nm到20μm范围内颗粒物粒径分布谱图，并存储粒径分布数据。
本发明的有益效果为：
本发明提供了一种3nm-20μm气溶胶粒径分布测量仪，可获得3nm到20μm大气颗粒物粒径分布全谱数据，亦可用于其它气溶胶体系的测量，时间分辨率为2分钟，测量准确，仪器操作简单，填补了现在气溶胶测量技术领域的空白，可为大气复合污染和纳米科学研究提供技术支持。
附图说明
图1是本发明提供的3nm-20μm气溶胶粒径分布测量仪的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细的说明：
实施例1：
如图1所示，载有大气颗粒物的气流进入采样管1后一分两路，一路进入空气动力学颗粒物粒径谱仪2，测量从530nm到20μm范围内颗粒物的粒径分布；另一路经颗粒物荷电器3后一分两路，一路经第一个层流流量计4进入亚微米颗粒物差分电迁移率分析仪5进行分级；另一路经第二个层流流量计6进入纳米颗粒物差分电迁移率分析仪9进行分级；电压/流量控制箱11通过管路分别为亚微米颗粒物差分电迁移率分析仪5和纳米颗粒物差分电迁移率分析仪9提供鞘气，通过高压电导线分别为亚微米颗粒物差分电迁移率分析仪5和纳米颗粒物差分电迁移率分析仪9提供分级电压；测量控制系统7控制电压/流量控制箱11的分级电压和鞘气流量输出，使得纳米颗粒物差分电迁移率分析仪9筛分的粒径范围为3nm到60nm，亚微米颗粒物差分电迁移率分析仪5筛分的粒径范围20nm到750nm；
经纳米颗粒物差分电迁移率分析仪9筛分后的颗粒物用纳米颗粒物凝聚核粒子计数器10进行计数；经亚微米颗粒物差分电迁移率分析仪5筛分后的颗粒物用亚微米颗粒物凝聚核粒子计数器8进行计数；数据采集卡12同步采集空气动力学颗粒物粒径谱仪2、纳米颗粒物凝聚核粒子计数器10和亚微米颗粒物凝聚核粒子计数器8的脉冲信号，并将这些信号发送到测量控制系统7；测量控制系统7对信号进行分析和处理转化为颗粒物粒径分布谱，并将三段粒径谱连接，最后输出显示3nm到20μm粒径分布谱的二维和含时间序列的三维图，并将粒径分布数据存储于文件中。

Claims (10)

1.一种3nm-20μm气溶胶粒径分布测量仪，其特征在于，所述的3nm-20μm气溶胶粒径分布测量仪结构如下：
采样管（1）通过管路分别与空气动力学颗粒物粒径谱仪（2）和颗粒物荷电器（3）连接；颗粒物荷电器（3）的另一端分成两支管路，分别与第一个层流流量计（4）和第二个层流流量计（6）连接；亚微米颗粒物差分电迁移率分析仪（5）通过管路分别与第一个层流流量计（4）和亚微米颗粒物凝聚核粒子计数器（8）连接，同时通过管路和高压电导线与电压/流量控制箱（11）连接；纳米颗粒物差分电迁移率分析仪（9）通过管路分别与第二个层流流量计（6）和纳米颗粒物凝聚核粒子计数器（10）连接，同时通过管路和高压电导线与电压/流量控制箱（11）连接；数据采集卡（12）通过导线分别与空气动力学颗粒物粒径谱仪（2）、亚微米颗粒物凝聚核粒子计数器（8）、纳米颗粒物凝聚核粒子计数器（10）、电压/流量控制箱（11）以及测量控制系统（7）连接。
2.根据权利要求1所述的3nm-20μm气溶胶粒径分布测量仪，其特征在于，所述的采样管1的材质为金属或导电塑料。
3.根据权利要求1所述的3nm-20μm气溶胶粒径分布测量仪，其特征在于，所述的颗粒物荷电器（3）为X射线荷电器、电晕法荷电器或含有放射性物质的荷电器。
4.根据权利要求1所述的3nm-20μm气溶胶粒径分布测量仪，其特征在于，所述的空气动力学颗粒物粒径谱仪（2）是基于飞行时间测量颗粒物空气动力学粒径的仪器。
5.根据权利要求1所述的3nm-20μm气溶胶粒径分布测量仪，其特征在于，所述的纳米颗粒物差分电迁移率分析仪（9）利用外加电场来选择不同电迁移率的颗粒物，其筛分的颗粒物的粒径范围为3nm到60nm。
6.根据权利要求1所述的3nm-20μm气溶胶粒径分布测量仪，其特征在于，所述的亚微米颗粒物差分电迁移率分析仪（5）筛分的颗粒物的粒径范围为20nm到750nm。
7.根据权利要求1所述的3nm-20μm气溶胶粒径分布测量仪，其特征在于，所述的纳米颗粒物凝聚核粒子计数器（10）通过冷凝增长和激光探测测量颗粒物的数量，测量粒径为3nm以上的颗粒物。
8.根据权利要求1所述的3nm-20μm气溶胶粒径分布测量仪，其特征在于，所述的亚微米颗粒物凝聚核粒子计数器（8）测量20nm以上的颗粒物。
9.根据权利要求1所述的3nm-20μm气溶胶粒径分布测量仪，其特征在于，所述的数据采集卡（12）含有多路计数通道、多路模拟输入通道和多路模拟输出通道，能同步采集空气动力学颗粒物粒径谱仪（2）、纳米颗粒物凝聚核粒子计数器（10）和亚微米颗粒物凝聚核粒子计数器（5）的脉冲信号，并将这些信号输入测量控制系统（7）。
10.根据权利要求1所述的3nm-20μm气溶胶粒径分布测量仪，其特征在于，所述的测量控制系统（7）用来控制电压/流量控制箱（11）的分级电压输出和鞘气流量，以及处理和分析数据采集卡（12）输入的脉冲信号，计算颗粒物的传输效率、荷电效率、分离效率和计数效率，输出3nm到20μm范围内颗粒物粒径分布谱图，并存储粒径分布数据。
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