CN105675453B - 具有气体颗粒物发生装置的气体颗粒物量测系统和量测方法 - Google Patents
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Abstract
一种气体颗粒物量测系统，包括气体颗粒物发生装置和颗粒物量测装置，所述气体颗粒物发生装置包括气体颗粒物排列管道及加热机构。所述气体颗粒物排列管道包括气体颗粒物入口、气体颗粒物出口及气体颗粒物通道。所述气体颗粒物通道连接所述气体颗粒物入口和所述气体颗粒物出口，其内径沿由所述气体颗粒物入口向所述气体颗粒物出口方向减小。所述加热机构用于加热所述气体颗粒物排列管道而加热需要被量测的气体颗粒物。本发明还提供一种使用所述气体颗粒物量测系统的量测方法。所述气体颗粒物排列管道的气体颗粒物通道与所述加热机构配合将气体颗粒物进行单颗粒排列成气体单颗粒物，使得气体颗粒物能够以单颗粒的形式进入测量系统。
Description
技术领域
本发明涉及气体颗粒物量测领域，特别涉及一种具有气体颗粒物发生装置的气体颗粒物量测系统和量测方法。
背景技术
近年来，倍受社会瞩目的大气“灰霾”问题引起了国际社会以及我国政府的高度重视，国务院紧急出台的“大气污染防治行动计划”明确指出地方政府要对空气质量负总责，要求空气污染较重的城市要率先开展大气颗粒物来源解析工作，为大气污染防治和管理提供技术支撑。
应用于空气质量监测的监测仪器或气体颗粒物量测系统通过将一定时间内的气体颗粒物过滤到滤纸膜上进行分析，只能得到统计时间内颗粒物的浓度，无法得到颗粒物来源信息。
发明内容
有鉴于此，本发明实有必要提供一种能对气体颗粒物进行单颗粒排列的具有气体颗粒物发生装置的气体颗粒物量测系统和量测方法。
本发明涉及一种气体颗粒物量测系统，包括气体颗粒物发生装置和与所述气体颗粒物发生装置连接的颗粒物量测装置，所述气体颗粒物发生装置包括：
气体颗粒物排列管道，包括：
气体颗粒物入口；
气体颗粒物出口，连接所述颗粒物量测装置；及
气体颗粒物通道，连接所述气体颗粒物入口和所述气体颗粒物出口，其内径沿由所述气体颗粒物入口向所述气体颗粒物出口方向减小，所述气体颗粒物通道包括第一气体颗粒物通道、第二气体颗粒物通道及第三气体颗粒物通道，所述第二气体颗粒物通道连接所述第一气体颗粒物通道和所述第三气体颗粒物通道，所述第二气体颗粒物通道的最大内径与所述第一气体颗粒物通道的内径相同，所述第二气体颗粒物通道的最小内径与所述第三气体颗粒物通道的内径相同，所述第一气体颗粒物通道的内径不大于0.8mm，所述第三气体颗粒物通道的内径不大于0.3mm，所述气体颗粒物通道用于使需要被量测的气体颗粒物单颗依次进入所述颗粒物量测装置；及
加热机构，用于加热所述气体颗粒物排列管道而加热需要被量测的气体颗粒物。
进一步地，所述第二气体颗粒物通道的内径由所述第一气体颗粒通道向所述第三气体颗粒物通道的方向逐渐减小。
进一步地，所述第一气体颗粒物通道的内径大小沿由所述气体颗粒物入口向所述第二气体颗粒物通道的方向相同。
进一步地，所述第三气体颗粒物通道的内径大小沿由所述第二气体颗粒物通道向所述气体颗粒物出口的方向相同。
进一步地，所述第一气体颗粒物通道的第一长度分别小于第二气体颗粒物通道的第二长度及所述第三气体颗粒物通道的长度，所述第二气体颗粒物通道的第二长度与所述第三气体颗粒物通道的长度相当。进一步地，所述加热机构旋绕所述气体颗粒物排列管道。
进一步地，所述量测系统还包括一用于将需要被量测的气体颗粒物分离出来的分离装置，所述分离装置包括用于提供分离动力的采样泵、将包含需要被量测的气体颗粒物的气体喷出的喷嘴及与所述气体颗粒物入口连接而将被需要量测的气体颗粒物导入所述气体颗粒物排列管道的气体出口。
本发明还涉及一种气体颗粒物量测方法，使用所述的量测系统，所述方法包括：
所述加热机构加热所述气体颗粒物排列管道；
需要被量测的气体颗粒物通过所述气体颗粒物入口依次进入所述气体颗粒物排列管道的第一气体颗粒物通道、第二气体颗粒物通道及第三气体颗粒物通道而呈单颗粒排列；
需要被量测的气体颗粒物通过所述气体颗粒物出口由所述第三气体颗粒物通道依次单颗进入所述颗粒物量测装置。
进一步地，所述气体颗粒物量测系统还包括与所述气体颗粒物发生装置连接的分离装置，所述方法还包括：所述分离装置将气体颗粒物按照粒径大小进行分离而分离出需要被量测的气体颗粒物。
进一步地，所述气体颗粒物量测系统还包括与所述气体颗粒物发生装置和所述颗粒物量测装置连通的动力装置，所述方法还包括：所述动力装置将通过所述颗粒物量测装置测量完成的气体颗粒物排出所述颗粒物量测装置。
相对于现有技术，本发明的气体颗粒物排列管道的气体颗粒物通道与所述加热机构配合将所述气体颗粒物进行单颗粒排列成气体单颗粒物，使得气体颗粒物能够进行来源信息分析，包括粒径、属性等。
附图说明
图1为本发明实施例的一种气体颗粒物量测系统的结构示意图。
图2为图1中气体颗粒物量测系统的气体颗粒物排列管道的结构示意图。
元件标号说明：
分离装置 1
连接管路 2
第一连接管路 21
第二连接管路 23
第三连接管路 25
气体颗粒物发生装置 3
气体颗粒物排列管道 31
气体颗粒物入口 310
气体颗粒物通道 311
气体颗粒物出口 313
第一气体颗粒物通道 3111
第二气体颗粒物通道 3113
第三气体颗粒物通道 3115
管壁 315
加热机构 33
颗粒物量测装置 4
动力装置 5
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。以下将通过实施例来解释本发明内容，本发明的实施例并非用于限制本发明须在如实施例所述的任何特定的环境、应用或特殊方式方能实施。因此，关于实施例的说明仅为阐释本发明的目的，而非用于限制本发明。需要说明的是，以下实施例及图示中，与本发明非直接相关的组件已省略而未绘示；且图式中各组件间的尺寸关系仅为求容易了解，非用于限制实际比例。
具体实施方式
请参阅图1，本发明实施例的气体颗粒物量测系统包括一分离装置1、连接管路2、气体颗粒物发生装置3及颗粒物量测装置4及动力装置5。所述连接管路2依次连接所述分离装置1、所述气体颗粒物发生装置3、所述颗粒物量测装置4及所述动力装置5。所述动力装置5与所述气体颗粒物发生装置3和所述颗粒物量测装置4连通。
所述分离装置1可为一撞击式采样器。一实施方式中，所述分离装置1可为一小流量撞击式采样器。所述分离装置1包括采样泵(图未示)、喷嘴(图未示)、捕集板(图未示)及气体出口(图未示)。所述分离装置1的工作原理为：所述采样泵工作，旋转产生的抽力产生负压，将位于所述分离装置1附近的气体及气体中包含的颗粒物抽入所述分离装置1内，当含颗粒物的气体以一定的速度(恒流量)从所述喷嘴体中的喷嘴内喷出后，颗粒获得了一定的动能并且有一定的惯性，粒径大于所述分离装置切割粒径的气体颗粒物，因惯性大可以滑过气流而撞在所述捕集板上沉积下来，而惯性小的小于所述分割粒径的气体颗粒物，随着气流流线运动，被收集在滤膜上或进入气体出口，以进行粒子分析，从而实现了不同粒径颗粒物的分离样品采集。
所述连接管路2包括第一连接管路21、第二连接管路23及第三连接管路25。
所述气体颗粒物发生装置3包括一气体颗粒物排列管道31及一加热所述气体颗粒物排列管道31的加热机构33。所述气体颗粒物排列管道31可为不锈钢管道或玻璃管道。
请同时参阅图2，所述气体颗粒物排列管道31为一中空管体，其包括一气体颗粒物入口310、气体颗粒物通道311、气体颗粒物出口313及围绕所述气体颗粒物入口310、所述气体颗粒物通道311、所述气体颗粒物出口313的管壁315。所述气体颗粒物入口310位于所述气体颗粒物排列管道31的一端。所述气体颗粒物出口313位于所述气体颗粒物排列管道31的另一端。所述气体颗粒物通道311连接所述气体颗粒物入口310和所述气体颗粒物出口313。一实施方式中，所述气体颗粒物入口310、所述气体颗粒物通道311、所述气体颗粒物出口313位于所述气体颗粒物排列管道31的中心轴线上。所述气体颗粒物通道311的内径沿由所述气体颗粒物入口310向所述气体颗粒物出口313的方向减小。
所述气体颗粒物通道311沿所述气体颗粒物排列管道31的轴向延伸。所述气体颗粒物通道311包括一第一气体颗粒物通道3111、第二气体颗粒物通道3113及第三气体颗粒物通道3115。所述第一气体颗粒物通道3111、所述第二气体颗粒物通道3113及所述第三气体颗粒物通道3115沿由所述气体颗粒物入口310向所述气体颗粒物出口313的方向依次排列。
所述第一气体颗粒物通道3111具有第一长度L1。所述第一气体颗粒物通道3111为圆柱形。所述第一气体颗粒物通道3111具有第一内径D1。所述第一气体颗粒物通道3111在其长度范围内其第一内径D1相同，即所述第一气体颗粒物通道3111的第一内径D1的大小沿由所述气体颗粒物入口310向所述第二气体颗粒物通道3113的方向相同。一实施方式中，所述第一内径D1不大于0.8mm。
所述第二气体颗粒物通道3113具有第二长度L2。所述第二气体颗粒物通道3113为圆台形。所述第二气体颗粒物通道3113具有第二内径D2。所述第二气体颗粒物通道3113在其长度范围内其第二内径D2逐渐减小，即所述第二气体颗粒物通道3113的第二内径D2沿由所述第一气体颗粒物通道3111向所述第三气体颗粒物通道3115的方向逐渐减小。所述第二内径D2的最大值与所述第一内径D1相同。
所述第三气体颗粒物通道3115具有第三长度L3。所述第三气体颗粒物通道3115为圆柱形。所述第三气体颗粒物通道3115具有第三内径D3。所述第三气体颗粒物通道3115在其长度范围内其第三内径D3相同，即所述第三气体颗粒物通道3115的第三内径D3的大小沿由所述第二气体颗粒物通道3113向所述气体颗粒物出口313的方向相同。所述第三内径D3与所述第二气体颗粒物通道3113的第二内径D2的最小值相同。一实施方式中，所述第三内径D3不大于0.3mm。
所述第一气体颗粒物通道3111的第一长度L1分别小于第二气体颗粒物通道3113的第二长度L2及所述第三气体颗粒物通道3115的长度L3。所述第二气体颗粒物通道3113的第二长度L2与所述第三气体颗粒物通道3115的长度L3相当。
所述管壁315的外表面为一圆柱面。其他实施方式中，所述管壁315的外表面不限于圆柱面，也可为圆台面、棱柱面、棱台面等其他形状。
所述加热机构33可为电加热结构、红外加热结构或其他类型的加热机构。一实施方式中，所述加热机构33呈螺旋状管体。所述加热机构33旋绕于所述气体颗粒物排列管道31的管壁315的外表面。一实施方式中，所述加热机构33从对应所述气体颗粒物排列管道31的气体颗粒物入口310处延伸向对应所述第二气体颗粒物通道3113处。另一实施方式中，所述加热机构33从对应所述气体颗粒物入口310处延伸向对应所述气体颗粒物出口313处。
所述气体颗粒物发生装置3还包括安装于所述气体颗粒物入口310处的气体流量测量装置(图未示)。所述气体流量测量装置与一主控系统(图未示)连接，用于量测所述气体颗粒物入口310处的气体颗粒物流量。
所述颗粒物量测装置4用于量测气体颗粒物的属性。所述颗粒物量测装置4可包括发光结构及探测结构。
所述动力装置5用以对进入所述连接管路2、所述气体颗粒物发生装置3及所述颗粒物量测装置4的气体颗粒物产生沿由所述分离装置1向所述动力装置5方向的流动动力。
组装时，所述连接管路2的第一连接管路21连接所述分离装置1的气体出口及所述气体颗粒物发生装置3的气体颗粒物入口310。所述连接管路2的第二连接管路23连接所述气体颗粒物发生装置3的气体颗粒物出口313及所述颗粒物量测装置4。所述连接管路2的第三连接管路25连接所述颗粒物量测装置4及所述动力装置5。
使用时，所述采样泵工作，旋转产生的抽力产生负压，将位于所述分离装置1附近的气体及气体中包含的颗粒物抽入所述分离装置1内，当含颗粒物的气体以一定的速度从所述喷嘴体中的喷嘴内喷出后，粒径大于所述分离装置1的切割粒径的气体颗粒物，在所述捕集板上沉积下来，粒径小于所述切割粒径的气体颗粒物进入所述第一连接管路21，且由所述气体颗粒物发生装置3的气体颗粒物排列管道31的气体颗粒物入口310进入所述气体颗粒物排列管道31的气体颗粒物通道311内。所述气体颗粒物发生装置3的加热机构33加热进入所述气体颗粒物排列管道31内的气体颗粒物。被加热的气体颗粒物利用颗粒物动力学特性在所述气体颗粒物通道311内进行单颗粒排序而成为气体单颗粒物。经过加热呈单颗粒排序的气体单颗粒物由所述气体颗粒物排列管道31的气体颗粒物出口313单颗依次直接进入或经由所述第二连接管路23进入所述颗粒物量测装置4，测量分析完成的颗粒物经过气体抽取动力装置5排出本系统。
一实施方式中，所述分离装置1的采样泵的采样流量为1-1.5L/min。
一实施方式中，所述分离装置1的切割粒径为PM10，则进入所述气体颗粒物发生装置3的颗粒物的粒径小于10um。另一实施方式中，所述分离装置1的切割粒径为PM2.5，则进入所述气体颗粒物发生装置3的颗粒物的粒径小于2.5um。
综上所述，相对于现有技术，所述气体颗粒物发生装置3通过其气体颗粒物排列管道31的气体颗粒物通道311与所述加热机构33配合将所述气体颗粒物进行单颗粒排列成气体单颗粒物，所述气体单颗粒单个依次进入所述颗粒物量测装置4，使得进入所述颗粒物量测装置4的气体单颗粒物能够进行来源信息分析，包括粒径、属性等。
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明创造所作的举例，而并非对本发明创造具体实施方式的限定。为了清楚地说明各部件的组合关系，上面对各种说明性的部件及其连接关系围绕其功能进行了一般地描述，至于这种部件的组合是实现哪种功能，取决于特定的应用和对整个装置所施加的设计约束条件。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所引伸出的任何显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种气体颗粒物量测系统，其特征在于包括气体颗粒物发生装置和与所述气体颗粒物发生装置连接的颗粒物量测装置，所述气体颗粒物发生装置包括：
气体颗粒物排列管道，包括：
气体颗粒物入口；
气体颗粒物出口，连接所述颗粒物量测装置；及
气体颗粒物通道，连接所述气体颗粒物入口和所述气体颗粒物出口，其内径沿由所述气体颗粒物入口向所述气体颗粒物出口方向减小，所述气体颗粒物通道包括第一气体颗粒物通道、第二气体颗粒物通道及第三气体颗粒物通道，所述第二气体颗粒物通道连接所述第一气体颗粒物通道和所述第三气体颗粒物通道，所述第二气体颗粒物通道的最大内径与所述第一气体颗粒物通道的内径相同，所述第二气体颗粒物通道的最小内径与所述第三气体颗粒物通道的内径相同，所述第一气体颗粒物通道的内径不大于0.8mm，所述第三气体颗粒物通道的内径不大于0.3mm，所述气体颗粒物通道用于使需要被量测的气体颗粒物单颗依次进入所述颗粒物量测装置；及
加热机构，用于加热所述气体颗粒物排列管道而加热需要被量测的气体颗粒物。
2.如权利要求1所述的气体颗粒物量测系统，其特征在于：所述第二气体颗粒物通道的内径由所述第一气体颗粒通道向所述第三气体颗粒物通道的方向逐渐减小。
3.如权利要求2所述的气体颗粒物量测系统，其特征在于：所述第一气体颗粒物通道的内径大小沿由所述气体颗粒物入口向所述第二气体颗粒物通道的方向相同。
4.如权利要求2所述的气体颗粒物量测系统，其特征在于：所述第三气体颗粒物通道的内径大小沿由所述第二气体颗粒物通道向所述气体颗粒物出口的方向相同。
5.如权利要求4所述的气体颗粒物量测系统，其特征在于：所述第一气体颗粒物通道的长度分别小于第二气体颗粒物通道的长度及所述第三气体颗粒物通道的长度，所述第二气体颗粒物通道的长度与所述第三气体颗粒物通道的长度相当。
6.如权利要求1-5任一项所述的气体颗粒物量测系统，其特征在于：所述加热机构旋绕所述气体颗粒物排列管道。
7.如权利要求1-5任一项所述的气体颗粒物量测系统，其特征在于：还包括一用于将需要被量测的气体颗粒物分离出来的分离装置，所述分离装置包括用于提供分离动力的采样泵、将包含需要被量测的气体颗粒物的气体喷出的喷嘴、与所述气体颗粒物入口连接而将被需要量测的气体颗粒物导入所述气体颗粒物排列管道的气体出口。
8.一种气体颗粒物量测方法，其特征在于，使用如权利要求1-6任一项所述的气体颗粒物量测系统，所述方法包括：
将位于分离装置附近的气体及气体中包含的颗粒物抽入所述分离装置，粒径小于所述分离装置的切割粒径的气体颗粒物进入所述气体颗粒物排列管道；
所述加热机构加热所述气体颗粒物排列管道；
需要被量测的气体颗粒物通过所述气体颗粒物入口依次进入所述气体颗粒物排列管道的第一气体颗粒物通道、第二气体颗粒物通道及第三气体颗粒物通道而呈单颗粒排列；
需要被量测的气体颗粒物通过所述气体颗粒物出口由所述第三气体颗粒物通道依次单颗进入所述颗粒物量测装置。
9.如权利要求8所述的气体颗粒物量测方法，其特征在于：所述气体颗粒物量测系统还包括与所述气体颗粒物发生装置连接的分离装置，所述分离装置将气体颗粒物按照粒径大小进行分离而分离出需要被量测的气体颗粒物。
10.如权利要求8所述的气体颗粒物量测方法，其特征在于：所述气体颗粒物量测系统还包括与所述气体颗粒物发生装置和所述颗粒物量测装置连通的动力装置，所述动力装置将通过所述颗粒物量测装置测量完成的气体颗粒物排出所述颗粒物量测装置。
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