CN103424284A

CN103424284A - 大气颗粒物采样器

Info

Publication number: CN103424284A
Application number: CN2012101594258A
Authority: CN
Inventors: 张阳; 张元勋; 王羽琴; 刘红杰; 邓建国
Original assignee: University of Chinese Academy of Sciences
Current assignee: University of Chinese Academy of Sciences
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2013-12-04

Abstract

本书申请自行研制了双通道大气颗粒物采样器，该仪器采用旋风切割器分选可对大气环境中的总悬浮颗粒物、可吸入颗粒物和可入肺颗粒物进行滤膜收集采样；单片机可对每个通道的流量进行设定，并由比例阀、流量传感器和控制板进行精确控制流量，以达到预设值，同时单片机还可以对流量进行压力、温度补偿计算，以确保进样口体积流量恒定；该采样器还可同时采集压力、温度、湿度、风速、风向等气象参数；整机设计结构紧凑，体积小，重量轻、自动计时、流量显示直观、安全可靠等特点，便于现场使用。

Description

大气颗粒物采样器

所属技术领域

本发明自行设计和研制了一种大气颗粒物采样器，可以对大气中的总悬浮颗粒物(TSP)、可吸入颗粒物(PM₁₀)、可入肺颗粒物(或细颗粒物，PM_2.5)进行准确采样的仪器。

背景技术

大气颗粒物是指分散在空气中空气动力学当量直径为0.001-100μm的固体或液体微粒。空气动力学当量直径≤100μm、≤10μm、≤2.5μm的颗粒物分别称为总悬浮颗粒物(TSP)、可吸入颗粒物(PM₁₀)和可入肺颗粒物(PM_2.5)。颗粒物由于粒径不同可沉积在呼吸道的不同位置，对人体健康产生的影响也不同。所以，对不同粒径的颗粒物进行监测，已成为环境监测的重点指标之一。

目前气溶胶测量的方法有很多，最普遍的气溶胶采样技术是用滤膜收集空气中的粒子进行过滤收集，过滤技术由于其灵活、简易和经济，成为最广泛的气溶胶测量技术。国内外已有许多商品化的大气颗粒物采样器，主要有Thermo四通道采样器、Anderson双通道采样器、武汉天虹大气颗粒物采样器、崂应大气颗粒物采样器等。这类商业化颗粒物采样器主要缺点：1)一般体积庞大，重量大，不利于搬运；2)最重要的是在采样时，进样体积流量会因温度、压力日变化影响而改变，采样流量无法进行温度和压力补偿；3)一般流量设定单一，无法满足颗粒物多组分分析需求；4)商品化采样器一般很少同时能采集气象参数。

发明内容

为了改进现有商品化的大气颗粒物采样器的不足，本发明在商品化仪器的基础之上，自行研制了大气颗粒物双通道采样器，可实现对大气TSP、PM₁₀和PM_2.5样品的采集。每个通道都利用由流量传感器——比例阀——流量控制板组成的闭合回路，可准确控制流量；不仅如此，本仪器还外置了温度、湿度、压力、风速和风向传感器，可实现对这五个气象参数实时测量；而且单片机可实时对采样的体积流量进行压力、温度补偿计算，以确保进样口体积流量维持为额定值。人性化的控制面板和操作界面，可进行流量设定和控制、数据采集、泵定时开关等功能。本仪器整机设计结构紧凑，体积小，重量轻、自动计时、流量显示直观、安全可靠等特点，便于现场使用。

本发明专利采用的技术方案是：1.气溶胶粒径的分选，气溶胶颗粒在大气环境下由粒径选择器分选出待测粒径范围内的气溶胶样品；2.分选后的气溶胶颗粒物经过三通被分成两个通道，每个通道可独立进行采样，以便于用于不同分析目的；3.每个通道都由流量传感器和比例阀控制流量；4.单片机——流量传感器——流量控制板组成闭合回路，即单片机采集流量传感器信号，根据信号值对比例阀进行实时调控，比例阀的开启程度影响流量大小，从而改变传感器信号值，经过多次闭路反馈，最终使流量传感器信号大小与单片机设定流量大小信号一致，从而使每个通路达到预设流量值；5.单片机实时采集采样环境的温度和压力，并根据理想气体状态方式，实时自动校正采样的体积流量(体积流量会因压力、温度改变而改变)；6.单片机可实现自动记时，流量设定、数据采集、数据采集参数设定、数据存储和输出、泵定时控制等功能；7.液晶显示屏实时显示气象参数和仪器运行参数。

本发明的有益效果是，该仪器可对大气TSP、PM₁₀和PM_2.5样品的进行采集，精确控制采样流量，实时记录采样流量和气象参数。

附图说明

图1为本发明的仪器原理图，主要部件有：1.粒径选择器，2.继电器，3.流量控制板，4.滤膜，5.流量传感器，6.比例阀，7.真空泵，8.加热板或制冷风扇，9.风速风向传感器，10.湿度传感器，11.温度传感器，12.压力传感器，13.液晶显示屏，14.键盘，15.单片机

图2为大气采样器的外观图

具体实施方式

大气颗粒物采样器主要由进样系统、气溶胶捕集系统、流量控制系统、人机交互系统、气动系统、单片机和一些传感器构成。具体实施方式是：一.环境中的空气经粒径选择器(1)后，进入气溶胶采样器；二.进入采样器的气路分为两个通道，分别用滤膜(4)收集气路中的颗粒物样品；三.每个通道都由流量控制板(3)、流量传感器(5)和比例阀(6)精确控制流量达到预设定值；四.单片机(15)采集温度传感器(11)和压力传感器(12)数据，并实时对采样体积流量进行温度和压力补偿计算；五.单片机(15)同时采集湿度传感器(10)、风速风向传感器(9)数据；六.仪器运行参数和运行状态由液晶显示屏(13)显示，采样参数、数据存储和输出参数可由通过键盘(14)进行预设和修改；七.采样器的动力来自于真空泵(7)，该泵可由单片机(15)和继电器(2)可进行手动或时控泵的运行；八.采样器箱体可通过加热板或制冷风扇(8)来恒定采样器箱体内的温度，以维持采样器的正常运行。

Claims

1.大气颗粒物采样器主要由进样系统、气溶胶捕集系统、流量控制系统、人机交互系统、气动系统、控制系统和气象传感器构成。其特征在于粒径分选器分构成进样系统；颗粒物捕集系统由三通、膜托和滤膜构成；流量控制系统由流量传感器、比例阀和流量控制板构成；人机交互系统由键盘和液晶显示屏构成；气动系统由真空泵、继电器、管路构成；由单片机构成控制系统；传感器主要有温度、湿度、压力、风速风向传感器。

2.根据权利要求1所述的大气颗粒物采样器，其特征是：环境大气通过旋风切割器进行粒径分选，TSP、PM₁₀和PM_2.5切割器方便更换，以采集大气中不同粒径范围的颗粒物样品。

3.根据权利要求1所述的大气颗粒物采样器，其特征是：由两个通道同时采集大气颗粒物样品，每个通道可单独进行流量控制和设定。

4.根据权利要求1所述的大气颗粒物采样器，其特征是：流量传感器、比例阀和流量控制板构成一个闭合回路，精确控制流量到设定值。

5.根据权利要求1所述的大气颗粒物采样器，其特征是：单片机控制系统可实时对体积流量进行压力和温度补偿计算，以确保进样口体积流量值恒定。

6.根据权利要求1所述的大气颗粒物采样器，其特征是：可通过液晶显示屏、键盘和单片机对仪器采样流量、采样时间、数据存储和输出参数、泵的运行等进行设定。

7.根据权利要求1所述的大气颗粒物采样器，其特征是：可同时采集温度、压力、风速、风向、湿度等气象参数。