CN105203434A - 测量气溶胶含水量的粒径谱仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量气溶胶含水量的粒径谱仪，包括一气溶胶干燥系统、一鞘气干燥系统、一粒径筛选计数系统及一数据采集处理系统。与现有技术相比，所述粒径谱仪可直接应用于大气中气溶胶含水量的测量，将大气中颗粒物直接采入到测量气溶胶含水量的粒径谱仪中，通过测量环境湿度下的粒径谱分布和干燥模式下的粒径谱分布，可计算出体积增长因子，进而得到大气中气溶胶含水量，没有通过湿度调节单元对进行大气中颗粒物加湿处理，因此，自动化程度高，耗时短，系统简单方便、可操作性强。

Description

测量气溶胶含水量的粒径谱仪

技术领域

本发明属于环境气溶胶领域，具体涉及一种测量气溶胶含水量的粒径谱仪。

背景技术

环境气溶胶是由多种不同的化学组分组成，在不同的相对湿度情况下，某些化学组分（如无机盐）的吸水特性会导致气溶胶粒径大小、化学活性、光散射特性有不同的表现，因此获取气溶胶的含水量信息对于气溶胶的研究具有重要意义。

目前常用的测量气溶胶吸湿特性的仪器为HTDMA，HTDMA可通过固定第一个差分电迁移率分析仪的扫描电压来筛分某一特定粒径的颗粒物，然后通过湿度调节单元，并利用第二个差分电迁移率分析仪测量该粒径颗粒物加湿后的粒径，进而获得某一特定相对湿度下的吸湿增长因子。当完成一个粒径颗粒物的测量后，再改变第一个差分电迁移率分析仪的扫描电压来筛分另一特定粒径的颗粒物，并进行其测量。该方法通常被用来测量几个典型粒径的颗粒物吸湿特性，通过测量得到的几组数据的综合来大致反应出含水量的信息，该方法湿度调节单元调节难度大，测量耗时较长，很难对大气中的气溶胶的含水量进行及时的测量。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种可测量含水量信息，系统简单方便、可操作性强的测量气溶胶含水量的粒径谱仪。

一种测量气溶胶含水量的粒径谱仪，一种测量气溶胶含水量的粒径谱仪，包括一气溶胶干燥系统、一鞘气干燥系统、一粒径筛选计数系统及一数据采集处理系统；所述气溶胶干燥系统包括第一硅胶干燥器、第一分子筛干燥器、第一颗粒物过滤器、第一干燥管、第一限流孔、第一泵、第一三通电磁阀、第一温湿度传感器以及第二温湿度传感器，所述第一硅胶干燥器的出口连接所述第一分子筛干燥器的入口，所述第一分子筛干燥器的出口连接所述第一颗粒物过滤器的入口，所述第一颗粒物过滤器的出口连接所述第一干燥管的鞘气入口，所述第一干燥管的鞘气出口连接所述第一限流孔的入口，所述第一限流孔的出口连接所述第一泵，所述第一三通电磁阀具有一入口、一第一出口及一第二出口，所述第一温湿度传感器连接所述第一三通电磁阀的入口，所述第一三通电磁阀的第一出口连接所述第二温湿度传感器，所述第一三通电磁阀的第二出口连接所述第一干燥管的气溶胶入口，所述第一干燥管的气溶胶出口连接所述第二温湿度传感器；所述鞘气干燥系统包括第二硅胶干燥器、第二分子筛干燥器、第二颗粒物过滤器、第二干燥管、第二限流孔、第二泵、第三温湿度传感器、第二三通电磁阀以及第三三通电磁阀，所述第二硅胶干燥器的出口连接所述第二分子筛干燥器的入口，所述第二分子筛干燥器的出口连接所述第二颗粒物过滤器的入口，所述第二颗粒物过滤器的出口连接所述第二干燥管的鞘气入口，所述第二干燥管的鞘气出口连接所述第二限流孔的入口，所述第二限流孔的出口连接所述第二泵，所述第二三通电磁阀具有一出口、一第一入口及一第二入口，所述第三三通电磁阀具有一入口、一第一出口及一第二出口，所述第二干燥管气溶胶入口连接所述第三三通电磁阀的第一出口，所述第二干燥管气溶胶出口连接第二三通电磁阀的第一入口，所述第三三通电磁阀的入口连接所述第三温湿度传感器；所述粒径筛选计数系统包括撞击式切割器、中和器、差分电迁移率分析仪、第四温湿度传感器、凝结核粒子计数器、第三泵、第三颗粒物过滤器、第五颗粒物过滤器以及控制箱，所述撞击式切割器连接所述中和器，所述中和器连接所述气溶胶干燥系统的所述第一温湿度传感器，通过所述气溶胶干燥系统的所述第二温湿度传感器连接所述差分电迁移率分析仪，所述差分电迁移率分析仪、所述第四温湿度传感器、所述凝结核粒子计数器以及所述第三泵依次连接，所述第三颗粒物过滤器通过所述鞘气干燥系统的所述第二三通电磁阀连接所述控制箱，所述控制箱连接所述差分电迁移率分析仪，所述控制箱包括风机、流量计、第四颗粒物过滤器以及高压电源，所述第五颗粒物过滤器设置于所述差分电迁移率分析仪和所述第三温湿度传感器之间；所述数据采集处理系统包括数据采集板卡和电脑，所述数据采集板卡与所述电脑电连接，所述数据采集板卡通过模拟信号线与所述第一温湿度传感器、所述第二温湿度传感器、所述第三温湿度传感器、所述第四温湿度传感器、所述风机、所述流量计以及所述高压电源电连接，所述数据采集板卡通过数字信号线与所述第一泵、所述第二泵、所述第一三通电磁阀、所述第二三通电磁阀以及所述第三三通电磁阀电连接；该粒径谱仪包括两种工作模式，干燥模式和环境湿度模式，其中，在干燥模式下，开通所述第一三通电磁阀的第二出口，关闭所述第一三通电磁阀的第一出口，开通所述第三三通电磁阀的第一出口，关闭所述第三三通电磁阀的第二出口，开通所述第二三通电磁阀的第一入口，关闭所述第二三通电磁阀的第二入口；在环境湿度模式下，开通所述所述第一三通电磁阀的第一出口，关闭所述第一三通电磁阀的第二出口，开通所述第三三通电磁阀的第二出口，关闭所述第三三通电磁阀的第一出口，开通所述第二三通电磁阀的第二入口，关闭所述第二三通电磁阀的第一入口。

相对于现有技术，本发明提供的测量气溶胶含水量的粒径谱仪具有以下有益效果：所述粒径谱仪可直接应用于大气中气溶胶含水量的测量，将大气中颗粒物直接采入到测量气溶胶含水量的粒径谱仪中，通过测量环境湿度下的粒径谱分布和干燥模式下的粒径谱分布，可计算出体积增长因子，进而得到大气中的气溶胶含水量，没有通过湿度调节单元对进行大气中颗粒物加湿处理，因此，自动化程度高，耗时短，系统简单方便、可操作性强。

附图说明

图1是本发明测量气溶胶含水量的粒径谱仪的结构示意图。

主要元件符号说明

测量气溶胶含水量的粒径谱仪	100
		气溶胶入口	1
撞击式切割器	2
		中和器	3
第一温湿度传感器	4
		第一三通电磁阀	5
第一三通电磁阀的入口	51
		第一三通电磁阀的第一出口	52
第一三通电磁阀的第二出口	53
		第一干燥管	6
第一硅胶干燥器	7
		第一分子筛干燥器	8
第一颗粒物过滤器	9
		第一限流孔	10
第一泵	11
		第二温湿度传感器	12
差分电迁移率分析仪	13
		第四温湿度传感器	14
凝结核粒子计数器	15
		第三泵	16
第三颗粒物过滤器	17
		第二三通电磁阀	18
第二三通电磁阀的出口	181
		第二三通电磁阀的第一入口	182
第二三通电磁阀的第二入口	183
		控制箱	19
第三温湿度传感器	20
		第三三通电磁阀	21
第三三通电磁阀的入口	211
		第三三通电磁阀的第一出口	212
第三三通电磁阀的第二出口	213
		风机	22
流量计	23
		第四颗粒物过滤器	24
高压电源	25
		第二硅胶干燥器	26
第二分子筛干燥器	27
		第二颗粒物过滤器	28
第二干燥管	29
		第二限流孔	30
第二泵	31
		数据采集板卡	32
电脑	33
		第五颗粒物过滤器	34

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例对本发明提供的一种测量气溶胶含水量的粒径谱仪作进一步的详细说明。

请参阅图1，本发明实施例提供了一种测量气溶胶含水量的粒径谱仪100。所述测量气溶胶含水量的粒径谱仪100包括气溶胶干燥系统、鞘气干燥系统、粒径筛选计数系统及数据采集处理系统。

所述气溶胶干燥系统包括第一硅胶干燥器7、第一分子筛干燥器8、第一颗粒物过滤器9、第一干燥管6、第一限流孔10、第一泵11、第一三通电磁阀5、第一温湿度传感器4以及第二温湿度传感器12。所述第一硅胶干燥器7、第一分子筛干燥器8、第一颗粒物过滤器9、第一干燥管6、第一限流孔10以及第一泵11依次连接。具体地，所述第一硅胶干燥器7的出口连接第一分子筛干燥器8的入口，所述第一分子筛干燥器8的出口连接所述第一颗粒物过滤器9的入口，所述第一颗粒物过滤器9的出口连接所述第一干燥管6的鞘气入口，所述第一干燥管6的鞘气出口连接所述第一限流孔10的入口，所述第一限流孔10的出口连接所述第一泵11。所述第一三通电磁阀5具有一入口51、第一出口52及第二出口53。所述第一温湿度传感器4连接所述第一三通电磁阀5的所述入口51，所述第一三通电磁阀5的所述第一出口52直接连接所述第二温湿度传感器12，所述第一三通电磁阀5的第二出口53连接所述第一干燥管6的气溶胶入口，所述第一干燥管6的气溶胶出口连接所述第二温湿度传感器12。

所述第一硅胶干燥器7及第一分子筛干燥器8用于干燥进入所述第一硅胶干燥器7的外界空气，获得反向干燥气，保证了反向干燥气具有低的相对湿度。优选地，所述相对湿度低于20%RH（RelativeHumidity）。所述第一颗粒物过滤器9用于去除空气中的颗粒物，可避免颗粒物污染第一干燥管6而使其干燥性能下降，同时保护了第一限流孔10不会被颗粒物堵塞而导致流量下降。所述第一限流孔10用于精确控制反向干燥气的流量。所述第一三通电磁阀5用于控制所述气溶胶流经路径。所述第一温湿度传感器4及所述第二温湿度传感器12用于测量所述气溶胶的温湿度。

所述气溶胶干燥系统是通过膜渗透干燥的原理进行的。具体地，所述单根膜渗透式干燥管包括内管、外管及渗透膜，气溶胶气流从所述单根膜渗透式干燥管的进口进入渗透膜的内测，外界空气先经过所述第一硅胶干燥器7、第一分子筛干燥器8及第一颗粒物过滤器9形成反向干燥气，反向干燥气的水蒸汽的分压低，造成渗透膜的膜内外的水蒸气的分压不同，气溶胶的水蒸气从渗透膜的内侧向外侧渗透，通过水合作用对气溶胶进行干燥。

所述鞘气干燥系统包括第二硅胶干燥器26、第二分子筛干燥器27、第二颗粒物过滤器28、第二干燥管29、第二限流孔30、第二泵31、第三温湿度传感器20、第二三通电磁阀18以及第三三通电磁阀21。具体地，所述第二硅胶干燥器26的出口连接所述第二分子筛干燥器27的入口，所述第二分子筛干燥器27的出口连接所述第二颗粒物过滤器28的入口，所述第二颗粒物过滤器28的出口连接所述第二干燥管29的鞘气入口，所述第二干燥管29的鞘气出口连接所述第二限流孔30的入口，所述第二限流孔30的出口连接所述第二泵31。所述第二三通电磁阀18具有一出口181、一第一入口182及一第二入口183。所述第三三通电磁阀21具有一入口211、一第一出口212及一第二出口213。所述第二干燥管29的气溶胶入口连接所述第三三通电磁阀21的第一出口212，所述第二干燥管29的气溶胶出口连接所述第二三通电磁阀18的第一入口182。

所述第二硅胶干燥器26、第二分子筛干燥器27、第二颗粒物过滤器28、第二干燥管29、第二限流孔30的作用分别与所述第一硅胶干燥器7、第一分子筛干燥器8、所述第一颗粒物过滤器9、所述第一限流孔10的作用相同。所述第二三通电磁阀18及所述第三三通电磁阀21用于控制所述鞘气流经所述鞘气干燥系统的路径。所述第三三通电磁阀21的第二出口用于排放鞘气。所述第三温湿度传感器20用于测量所述鞘气的温湿度。

所述第二干燥管29的干燥原理与气溶胶干燥系统中第一干燥管6原理相同。因为鞘气流量比较大，优选地，所述第二干燥管29为多根渗透式干燥管。采用多根渗透式干燥管可以降低管路压降，也可以更好的干燥鞘气。多根所述渗透式干燥管的排布方式不限，只要能够干燥所述鞘气即可。本实施例里，所述第二干燥管29为多根膜渗透式干燥管。

所述粒径筛选计数系统包括撞击式切割器2、中和器3、差分电迁移率分析仪13、第四温湿度传感器14、凝结核粒子计数器15、第三泵16、第三颗粒物过滤器17、第五颗粒物过滤器34、控制箱19。所述撞击式切割器2连接所述中和器3，所述中和器3连接所述气溶胶干燥系统的所述第一温湿度传感器4，并通过所述气溶胶干燥系统的所述第二温湿度传感器12连接所述差分电迁移率分析仪13，所述差分电迁移率分析仪13、所述第四温湿度传感器14、所述凝结核粒子计数器15、所述第三泵16依次连接。所述第三颗粒物过滤器17通过所述鞘气干燥系统的所述第二三通电磁阀18连接所述控制箱19，所述控制箱19连接所述差分电迁移率分析仪13，所述第五颗粒过滤器34连接差分电迁移率分析仪13的鞘气出口，设置于所述差分电迁移率分析仪13和所述第三温湿度传感器20之间。所述控制箱19包括风机22、流量计23、第四颗粒物过滤器24及高压电源25。

所述气溶胶从多分散气溶胶入口1进样。所述撞击式切割器2用于去除从所述多分散气溶胶入口1进入的所述气溶胶中的大颗粒物。所述中和器3用于对去除大颗粒物后的所述气溶胶进行荷电中和，其作用一是减少所述气溶胶在所述第一干燥管6及后续经过的管路中的损失，二是为所述差分电迁移率分析仪13提供平衡的电荷分布以便进行筛分。所述中和器3可为软X射线中和器。筛分后的单分散气溶胶通过下游的所述凝结核粒子计数器15进行计数。所述控制箱19用于向所述差分电迁移率分析仪13提供鞘气动力。所述风机22可为直流无刷可调风机。所述的流量计23包括一入口颗粒物过滤保护单元,具有质量流量测量、温湿度压力测量功能。通过获得所述流量计23的流量信号可实时对所述风机22进行PID(proportionintegrationdifferentiation)调控，保证了鞘气的稳定性。所述高压电源25通过高压接头与所述差分电迁移率分析仪13进行电气连接，所述高压电源25提供的高压电源为正高压电源，输出电压范围为0kV-10kV。

所述数据采集处理系统包括数据采集板卡32和电脑33，数据采集板卡32与所述电脑33连接。所述数据采集板卡32可通过模拟信号线与所述第一温湿度传感器4、所述第二温湿度传感器12、所述第三温湿度传感器20、所述第四温湿度传感器14、所述风机22、所述流量计23以及所述高压电源25电连接。所述数据采集板卡32可通过数字信号线与所述第一泵11、所述第二泵31、所述第一三通电磁阀5、所述第二三通电磁阀18以及所述第三三通电磁阀21电连接。具体地，所述数据采集板卡32可为16位的多功能数据采集板卡，包括16通道模拟输入端口、2通道模拟输出端口、4通道数字输出端口。其中，所述16通道模拟输入端口连接所述第一温湿度传感器4、所述第二温湿度传感器12、所述第三温湿度传感器20、所述第四温湿度传感器14、所述流量计23以及所述高压电源25，以获得所述气溶胶及鞘气的温湿度信号、鞘气流量信号、鞘气温湿度压力信号、高压电源反馈信号，模拟电压信号通过单端接地的方式接到数据采集板卡32的模拟输入端。所述2通道模拟输出端口分别控制所述风机22的运转和调节所述高压电源25的电压。所述4通道数字输出端口用于控制泵的启停和三通电磁阀的切换。本实施例中，所述数据采集板卡32通过USB接口连接电脑33，在电脑端采用LabVIEW2011软件对整个系统进行控制、显示和存储。

依据气溶胶的进样路径，所述气溶胶干燥系统可形成一干燥模式及环境湿度模式。具体地，在干燥模式下，所述气溶胶的流经路径为：所述气溶胶从气溶胶入口1进样，所述气溶胶依次经过所述撞击式切割器2、所述中和器3及所述第一温湿度传感器4，所述气溶胶依次经过所述第一温湿度传感器4，通过所述第一三通电磁阀5的第二出口53通过所述第一干燥管6的气溶胶入口进入所述第一干燥管6内进行干燥，然后由所述第一干燥管6的气溶胶出口进入所述第二温湿度传感器12，然后依次经过所述差分电迁移率分析仪13所述第四温湿度传感器14、所述凝结核粒子计数器15、所述第三泵16，以便获得干燥模式下气溶胶粒径分布信息。在环境湿度模式下，所述气溶胶的流经路径为：所述气溶胶从气溶胶入口1进样，所述气溶胶依次经过所述撞击式切割器2、所述中和器3及所述第一温湿度传感器4，通过所述第一三通电磁阀5的第一出口51进入所述第二温湿度传感器12，然后依次经过所述差分电迁移率分析仪13所述第四温湿度传感器14、所述凝结核粒子计数器15、所述第三泵16，以便获得环境湿度模式下气溶胶粒径分布信息。通过所述数据采集处理系统中的所述数据采集板卡32，可按照一定的时间规律对所述第一三通电磁阀5进行控制，使所述气溶胶干燥系统在干燥模式及环境湿度模式之间进行切换。

另外，与气溶胶进样模式相对应，依据鞘气的进样路径，所述鞘气干燥系统可形成一干燥模式及环境湿度模式。具体地，在干燥模式下，所述鞘气的流经路径为：所述鞘气依次流经所述第二三通电磁阀18的所述第一入口182、所述控制箱19、所述差分电迁移率分析仪13、所述第五颗粒物过滤器34、所述第三温湿度传感器20、所述第三三通电磁阀21的入口，所述第二干燥管29，由所述第二干燥管29再次连接所述第二三通电磁阀18的所述第一入口182，形成一个闭路。此时，所述鞘气流经所述鞘气干燥系统的路径为闭路模式。在环境湿度模式下，鞘气的流经路径为：所述鞘气依次流经第三颗粒物过滤器17、所述第二三通电磁阀18的第二入口183、所述控制箱19、所述差分电迁移率分析仪13、所述第五颗粒物过滤器34、所述第三温湿度传感器20、所述第三三通电磁阀21的所述第二出口，排到大气中，形成一个开路。此时，所述鞘气流经所述鞘气干燥系统的路径为开路模式。通过所述数据采集处理系统中的所述数据采集板卡32，可按照一定的时间规律对所述第二三通电磁阀18及所述第三三通电磁阀21进行控制，使所述鞘气干燥系统在干燥模式及环境湿度模式之间进行切换。

在测量气溶胶含水量过程中，所述气溶胶干燥系统的模式与所述鞘气干燥系统的模式相对应，以利于对整个测量环境进行同步调节。具体地，当所述气溶胶干燥系统的模式为干燥模式时，所述鞘气干燥系统的模式也为干燥模式；当所述气溶胶干燥系统的模式为环境湿度模式时，所述鞘气干燥系统的模式也为环境湿度模式。所述鞘气的作用是为所述差分电迁移率分析仪13提供筛分颗粒物的干燥气体。优选地，所述鞘气的相对湿度与所述气溶胶的相对湿度一致，以降低所述鞘气对所述气溶胶测量的影响，使测量结果准确。

所述测量气溶胶含水量的粒径谱仪100在工作时有四种模式：所述环境湿度模式、所述干燥模式、环境准备模式、干燥准备模式。其中，在所述环境湿度模式下，所述测量气溶胶含水量的粒径谱仪100可扫描得到环境湿度条件下的粒径谱分布。在所述干燥模式下，所述测量气溶胶含水量的粒径谱仪100可扫描得到干燥条件下的粒径谱分布。当进行电压扫描时，所述电压扫描的范围为0kV-10kV。通常电压是以指数方式上升到电压最大值或者指数方式下降到电压最小值，其中，以电压指数方式上升扫描的方式称为上扫模式，以电压指数方式下降扫描的方式称为下扫模式。现有技术中，一般采用单独上扫模式或者单独下扫模式扫描粒径。因为所述差分电迁移率分析仪13的电容效应以及高压模块本身的特性使得电压在以单独上扫模式或者单独下扫模式时，电压很难急剧的变化，使得在两次上扫之间或者两次下扫之间，需要间隔一段时间（一般为10秒），使得电压需重新回到起点，才能开启下一组扫描。本发明中采用上扫模式后紧接着进行下扫模式，在这个过程是电压从最低指数升到最高，然后从最高指数降到最低，使得电压可以连续进行调节，可通过设定扫描时间完成一次上扫和一次下扫，然后将两组数据（上扫得到的一组粒径分布数据，下扫得到的一组粒径分布数据）进行平均。本实施例中，将扫描时间设置为5分钟完成一次上扫和一次下扫，然后将两组数据进行平均。因为所述差分电迁移率分析仪13和所述凝聚核粒子计数器15两者之间有一定的延时，通过所述差分电迁移率分析仪13的粒子需要经过一定的延时到达所述凝聚核粒子计数器15。本案通过进行上扫模式后紧接着进行下扫模式的方式，使得在获得的上扫模式的粒径谱和下扫模式的粒径谱基在本可以重合时，通过软件计算调节延时时间，使得所述差分电迁移率分析仪13获得的粒径数据更加精确。本实施例中，采用LabVIEW2011软件调节延时时间。

所述干燥准备模式和所述环境准备模式为过渡模式，为了确保气路中温湿度条件已达到稳定状态。所述干燥准备模式和所述环境准备模式的时间分别设置为10分钟。

在所述环境准备模式和所述环境湿度模式下，所述气溶胶进入系统后，通过所述第一三通电磁阀5后直接连接所述第二温湿度传感器12，然后依次经过所述差分电迁移率分析仪13所述第四温湿度传感器14、所述凝结核粒子计数器15、所述第三泵16；所述鞘气流经所述鞘气干燥系统的路径为开路模式，鞘气由所述第二三通电磁阀18进入所述控制箱19，鞘气经过所述差分电迁移率分析仪13通过所述第五颗粒物过滤器34、第三温湿度传感器20和所述第三三通电磁阀21后，排入大气中。在上述两种模式下，由所述数据采集板卡32的数字信号控制的所述第一泵11和所述第二泵31处于关闭状态。

在所述干燥准备模式和所述干燥模式下，所述气溶胶经过所述第一干燥管6进行干燥，所述鞘气经过所述第二干燥管29进行干燥。在上述两种模式下，由所述数据采集板卡32的数字信号控制的所述第一泵11和所述第二泵31处于开启状态。

在实际运行中，上述四种模式周期性自动切换运行。所述四种模式的切换过程为:环境湿度模式—干燥准备模式—干燥模式—环境湿度准备模式。所述环境湿度模式运行时间为5分钟，所述干燥准备模式运行时间为10分钟，所述干燥模式运行时间为5分钟，所述环境湿度准备模式运行时间为10分钟，即，实际运行中30分钟为一个周期，所述四种模式连续切换运行。每一个周期运行结束后，可得到干、湿状态下的粒径谱信息，通过软件计算，可实时输出气溶胶含水量信息。

所述测量气溶胶含水量的粒径谱仪100可直接应用于大气中气溶胶含水量的测量。将大气中颗粒物直接采入到所述测量气溶胶含水量的粒径谱仪100中，通过测量环境湿度模式下的粒径谱分布和干燥模式下的粒径谱分布，可计算出体积增长因子，进而得到所述气溶胶含水量。其计算方法是将公式及通过迭代求解得到大气中气溶胶含水量信息。

具体地，所述公式为体积增长因子计算公式，其前提是假设体积增长因子不随粒径而变化。在上述公式中，D为颗粒物粒径，V_w为气溶胶在环境湿度模式下体积浓度，V_d为气溶胶在干燥模式下体积浓度，n0N,wet为环境湿度模式下的气溶胶粒径分布信息，n0N,dry干燥模式下的气溶胶粒径分布信息，D_w为气溶胶在环境湿度模式下积分粒径上限，D_d为气溶胶在干燥模式下积分粒径上限。

另外，所述公式为所述气溶胶在对于环境湿度模式上限D_w及所述气溶胶在干燥模式下粒径上限D_d之间的关系式。

本发明提供的测量气溶胶含水量的粒径谱仪具有以下有益效果：所述粒径谱仪可直接应用于大气中气溶胶含水量的测量，将大气中颗粒物直接采入到测量气溶胶含水量的粒径谱仪中，通过测量环境湿度下的粒径谱分布和干燥模式下的粒径谱分布，可计算出体积增长因子，进而得到大气中气溶胶含水量，没有通过湿度调节单元对进行大气中颗粒物加湿处理，因此，自动化程度高，耗时短，系统简单方便、可操作性强。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种测量气溶胶含水量的粒径谱仪，包括一气溶胶干燥系统、一鞘气干燥系统、一粒径筛选计数系统及一数据采集处理系统；

所述气溶胶干燥系统包括第一硅胶干燥器、第一分子筛干燥器、第一颗粒物过滤器、第一干燥管、第一限流孔、第一泵、第一三通电磁阀、第一温湿度传感器以及第二温湿度传感器，所述第一硅胶干燥器的出口连接所述第一分子筛干燥器的入口，所述第一分子筛干燥器的出口连接所述第一颗粒物过滤器的入口，所述第一颗粒物过滤器的出口连接所述第一干燥管的鞘气入口，所述第一干燥管的鞘气出口连接所述第一限流孔的入口，所述第一限流孔的出口连接所述第一泵，所述第一三通电磁阀具有一入口、一第一出口及一第二出口，所述第一温湿度传感器连接所述第一三通电磁阀的入口，所述第一三通电磁阀的第一出口连接所述第二温湿度传感器，所述第一三通电磁阀的第二出口连接所述第一干燥管的气溶胶入口，所述第一干燥管的气溶胶出口连接所述第二温湿度传感器；

所述鞘气干燥系统包括第二硅胶干燥器、第二分子筛干燥器、第二颗粒物过滤器、第二干燥管、第二限流孔、第二泵、第三温湿度传感器、第二三通电磁阀以及第三三通电磁阀，所述第二硅胶干燥器的出口连接所述第二分子筛干燥器的入口，所述第二分子筛干燥器的出口连接所述第二颗粒物过滤器的入口，所述第二颗粒物过滤器的出口连接所述第二干燥管的鞘气入口，所述第二干燥管的鞘气出口连接所述第二限流孔的入口，所述第二限流孔的出口连接所述第二泵，所述第二三通电磁阀具有一出口、一第一入口及一第二入口，所述第三三通电磁阀具有一入口、一第一出口及一第二出口，所述第二干燥管气溶胶入口连接所述第三三通电磁阀的第一出口，所述第二干燥管气溶胶出口连接第二三通电磁阀的第一入口，所述第三三通电磁阀的入口连接所述第三温湿度传感器；

所述粒径筛选计数系统包括撞击式切割器、中和器、差分电迁移率分析仪、第四温湿度传感器、凝结核粒子计数器、第三泵、第三颗粒物过滤器、第五颗粒物过滤器以及控制箱，所述撞击式切割器连接所述中和器，所述中和器连接所述气溶胶干燥系统的所述第一温湿度传感器，通过所述气溶胶干燥系统的所述第二温湿度传感器连接所述差分电迁移率分析仪，所述差分电迁移率分析仪、所述第四温湿度传感器、所述凝结核粒子计数器以及所述第三泵依次连接，所述第三颗粒物过滤器通过所述鞘气干燥系统的所述第二三通电磁阀连接所述控制箱，所述控制箱连接所述差分电迁移率分析仪，所述控制箱包括风机、流量计、第四颗粒物过滤器以及高压电源，所述第五颗粒物过滤器设置于所述差分电迁移率分析仪和所述第三温湿度传感器之间；

所述数据采集处理系统包括数据采集板卡和电脑，所述数据采集板卡与所述电脑电连接，所述数据采集板卡通过模拟信号线与所述第一温湿度传感器、所述第二温湿度传感器、所述第三温湿度传感器、所述第四温湿度传感器、所述风机、所述流量计以及所述高压电源电连接，所述数据采集板卡通过数字信号线与所述第一泵、所述第二泵、所述第一三通电磁阀、所述第二三通电磁阀以及所述第三三通电磁阀电连接；

该粒径谱仪包括两种工作模式，干燥模式和环境湿度模式，其中，在干燥模式下，开通所述第一三通电磁阀的第二出口，关闭所述第一三通电磁阀的第一出口，开通所述第三三通电磁阀的第一出口，关闭所述第三三通电磁阀的第二出口，开通所述第二三通电磁阀的第一入口，关闭所述第二三通电磁阀的第二入口；在环境湿度模式下，开通所述所述第一三通电磁阀的第一出口，关闭所述第一三通电磁阀的第二出口，开通所述第三三通电磁阀的第二出口，关闭所述第三三通电磁阀的第一出口，开通所述第二三通电磁阀的第二入口，关闭所述第二三通电磁阀的第一入口。

2.如权利要求1所述的测量气溶胶含水量的粒径谱仪，其特征在于，在所述干燥模式下，气溶胶的流经路径为：所述气溶胶从气溶胶入口进样，所述气溶胶依次经过所述撞击式切割器、所述中和器及所述第一温湿度传感器4，通过所述第一三通电磁阀的第二出口及所述第一干燥管的气溶胶入口进入所述第一干燥管内进行干燥，然后由所述第一干燥管的气溶胶出口进入所述第二温湿度传感器，然后依次经过所述差分电迁移率分析仪、所述第四温湿度传感器、所述凝结核粒子计数器、所述第三泵；鞘气的流经路径为：所述鞘气依次流经所述第二三通电磁阀的所述第一入口、所述控制箱、所述差分电迁移率分析仪、所述第五颗粒物过滤器、所述第三温湿度传感器、所述第三三通电磁阀的入口，所述第二干燥管，由所述第二干燥管再次连接所述第二三通电磁阀的所述第一入口，形成一个闭路，此时，所述第一泵和所述第二泵处于开启状态。

3.如权利要求1所述的测量气溶胶含水量的粒径谱仪，其特征在于，在所述环境湿度模式下，所述气溶胶的流经路径为：所述气溶胶从气溶胶入口进样，所述气溶胶依次经过所述撞击式切割器、所述中和器及所述第一温湿度传感器，通过所述第一三通电磁阀的第一出口进入所述第二温湿度传感器12，然后依次经过所述差分电迁移率分析仪、所述第四温湿度传感器、所述凝结核粒子计数器、所述第三泵；所述鞘气依次流经第三颗粒物过滤器、所述第二三通电磁阀的第二入口、所述控制箱、所述差分电迁移率分析仪、所述第五颗粒物过滤器、所述第三温湿度传感器、所述第三三通电磁阀的所述第二出口，排到大气中，形成一个开路，此时，所述第一泵和所述第二泵处于关闭状态。

4.如权利要求1所述的测量气溶胶含水量的粒径谱仪，其特征在于，所述测量气溶胶含水量的粒径谱仪包括四种工作模式：所述环境湿度模式、所述干燥模式、环境准备模式及干燥准备模式，所述测量气溶胶含水量的粒径谱仪使用时，所述四种工作模式进行周期性连续的自动切换，所述四种工作模式的一个周期的切换过程为:环境湿度模式—干燥准备模式—干燥模式—环境湿度准备模式。

5.如权利要求4所述的测量气溶胶含水量的粒径谱仪，其特征在于，所述测量气溶胶含水量的粒径谱仪一个周期的运行时间为30分钟，其中，所述环境湿度模式运行时间为5分钟，所述干燥准备模式运行时间为10分钟，所述干燥模式运行时间为5分钟，所述环境湿度准备模式运行时间为10分钟。

6.如权利要求1所述的测量气溶胶含水量的粒径谱仪，其特征在于，通过测量环境湿度下的粒径谱分布和干燥模式下的粒径谱分布，计算出体积增长因子，实时得到大气中气溶胶的含水量。