CN109507068A - 一种颗粒物荷电量检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种颗粒物荷电量检测装置及检测方法，包括进风端、颗粒物粒径检测模块、荷电分析仪；感湿检测模块、感温检测模块以及颗粒物粒径检测模块将采集到的信息传输给荷电分析仪进行分析，可调直流电源将实时数据传送给荷电分析仪；荷电分析仪根据收集到的湿度、温度和粒径信息，输出在不同湿度、温度情况下的颗粒物荷电量信息。本发明实现了模块化，各模块之间互不干扰，通配性更好。本发明的颗粒物粒径检测模块的进气检测结构与出气检测结构都设置有颗粒物粒径谱仪，对进入检测装置的颗粒物都有检测，方便数据的对比。本发明方案合理，结构简单，容易实现，能应用于检测自然大气环境、工业生产环境中或特定环境下颗粒的荷电性质。

Description

一种颗粒物荷电量检测装置及检测方法

【技术领域】

本发明，涉及一种颗粒物荷电量检测装置及检测方法。

【背景技术】

灰霾的主要影响成分PM2.5，PM2.5是指大气中空气动力学当量直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。颗粒的表面荷电性质对PM2.5的形成机制关系密切，目前也存在对颗粒物荷电量的检测装置与检测方法，但检测过程中未考虑环境温度和环境湿度对荷电的影响。本发明提出了一种新的颗粒物荷电量检测装置及其检测方法，综合考虑环境温度与环境湿度的影响，可以准确测出气体中颗粒物的荷电量。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种颗粒物荷电量检测装置及检测方法，该装置和方法综合考虑了环境温度与环境湿度的影响，可以准确测出气体中颗粒物的荷电量。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种颗粒物荷电量检测装置，包括：

进风端，进风端管道内设置有感湿检测模块和感温检测模块；

颗粒物粒径检测模块，包括依次密封连接的进气检测结构、平行电极结构以及出气检测结构；进气检测结构设置于进风端管道内；出气检测结构设置于出风端管道内；平行电极结构上连接有可调直流电源；以及

荷电分析仪，感湿检测模块、感温检测模块以及颗粒物粒径检测模块将采集到的信息传输给荷电分析仪进行分析，可调直流电源将实时数据传送给荷电分析仪；荷电分析仪根据收集到的湿度、温度和粒径信息，输出在不同湿度、温度情况下的颗粒物荷电量信息。

本发明进一步的改进在于：

感湿检测模块包括设置于进风端管道内的若干感湿探头，感湿探头均连接到湿度检测仪上，湿度检测仪的数据输出端与荷电分析仪相连。

感温检测模块包括设置于进风端管道内的若干感温探头，感温探头均连接到温度检测仪上，温度检测仪的数据输出端与荷电分析仪相连。

平行电极结构包括平行设置在管壁上的两个电极板，两个电极板与可调直流电源相连，其中一个电极板为正极板，一个电极板为负极板。

进气检测结构包括第一颗粒物粒径谱仪，第一颗粒物粒径谱仪的信号输出端与荷电分析仪相连；第一颗粒物粒径谱仪后方的管道内平行设置有一对风道隔板，风道隔板将这部分管道分割为第一风道、第二风道和第三风道；其中第一风道和第三风道为风道隔板与管壁之间的风道，第一风道和第三风道中设置有PM过滤器。

出气检测结构包括设置于出风端管道内的一对风道隔板，将出风端管道分割为第四风道、第五风道和第六风道；第四风道、第五风道和第六风道内分别设置有第二颗粒物粒径谱仪、第三颗粒物粒径谱仪和第四颗粒物粒径谱仪；第二颗粒物粒径谱仪、第三颗粒物粒径谱仪和第四颗粒物粒径谱仪的信号输出端均与荷电分析仪相连。

第一颗粒物粒径谱仪、第二颗粒物粒径谱仪、第三颗粒物粒径谱仪和第四颗粒物粒径谱仪均带有抽气泵。

第一颗粒物粒径谱仪、第二颗粒物粒径谱仪、第三颗粒物粒径谱仪和第四颗粒物粒径谱仪的检测范围均为10nm～10,000nm。

一种颗粒物荷电量检测方法，包括以下步骤：

步骤1：引流进入检测装置：

启动检测装置后，大气气流在第一颗粒物粒径谱仪所自带的抽气泵的作用下，进入到颗粒物荷电量检测装置；

步骤2：检测进风端气流的湿度与温度：

通过感湿探头与感温探头收集到进风端气流的湿度信息与温度信息，湿度检测仪和温度检测仪分别将信息传输至荷电分析仪；

步骤3：检测进风端气流中颗粒的数浓度：

气流接着进入第一颗粒物粒径谱仪中，第一颗粒物粒径谱仪测量并收集大气颗粒物不同粒径段的数浓度分布，将信息传输至荷电分析仪；

步骤4：进风端气流分层并过滤：

气流经过第一颗粒物粒径谱仪后，被隔板分成三层，分别从第一风道、第二风道以及第三风道进入平行电极结构，其中第一风道和第二风道装有PM过滤器；

步骤5：偏转气流中的带电颗粒：

气流进入平行电极结构中，气流变为层流气流；

当平行电极板工作时，在平行电极板的作用下产生电场，气流中的带电颗粒物发生偏转；正电颗粒物偏向负极板一侧，负电颗粒物偏向正电极板一侧；通过可调直流电源来调节电场的强度；

当平行电极板不工作时，颗粒物不发生偏转；

可调直流电源将数据实时传输给荷电分析仪；

步骤6：分流检测：

气流经过平行电极结构后，流入出气检测结构的第四风道、第五风道和第六风道中，经过安装在三条风道中的第二颗粒物粒径谱仪、第三颗粒物粒径谱仪和第四颗粒物粒径谱仪测量流过气流中颗粒的数浓度分布信息，并将信息传输到荷电分析仪；

步骤7：气流流出检测装置：

气流流过第二颗粒物粒径谱仪、第三颗粒物粒径谱仪和第四颗粒物粒径谱仪后，流出检测装置；

步骤8：分析数据，输出结果：

荷电分析仪将收集到的温度信息、湿度信息、颗粒物数浓度数据后，经过内置程序运算与分析，最终输出大气颗粒物的荷电量、荷电颗粒物的占比、数浓度分布、气象要素的时间分布信息。

其中，气象要素为温度和湿度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明实现了模块化，各模块之间互不干扰，通配性更好。首先，本发明设置了感湿检测模块、感温检测模块，能直接检测自然大气环境或工业生产环境中的湿度与温度。其次，本发明的颗粒物粒径检测模块的进气检测结构与出气检测结构都设置有颗粒物粒径谱仪，对进入检测装置的颗粒物都有检测，方便数据的对比。平行电极板强度设置为可调，通过调节可调直流电源来控制带电颗粒物偏移距离。荷电分析仪可嵌入自编的计算分析程序，适应于多种情况下的计算分析，便于使用。最后，本发明方案合理，结构简单，容易实现，能应用于检测自然大气环境、工业生产环境中或特定环境下颗粒的荷电性质。

【附图说明】

图1为本发明检测装置的整体结构示意图；

图2为本发明检测方法的流程图。

其中：1-感湿探头；2-湿度检测仪；3-感温探头；4-感温检测仪；5-第一颗粒物粒径谱仪；6-风道隔板；7-可调直流电源；8-第二颗粒物粒径谱仪；9-第三颗粒物粒径谱仪；10-PM过滤器；11-平行电极板；12-第四颗粒物粒径谱仪；13-荷电分析仪。

【具体实施方式】

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明颗粒物荷电量检测装置包括感湿检测模块、感温检测模块、颗粒物粒径检测模块和荷电分析模块。感湿检测模块包含感湿探头1、湿度检测仪2；感温检测模块包括感温探头3、感温检测仪4；颗粒物粒径检测模块包括进气检测结构、平行电极结构、出气检测结构，平行电极结构与进气检测结构和出气检测结构之间完全密封；荷电分析模块主要指荷电分析仪13。在装置的进气端，安装了若干个感湿探头1与感温探头3，感湿探头1与感温探头3分别将信号传输到湿度检测仪2。气流进入进气检测结构后，首先经过第一颗粒物粒径谱仪5，第一颗粒物粒径谱仪5的检测范围为10nm～10,000nm。第一颗粒物粒径谱仪5将检测到的颗粒粒径信息传输到荷电分析仪13。进气风道通过两块风道隔板6，形成三条进气风道，分别为第一风道、第二风道和第三风道。其中两条安装有PM过滤器10，能过滤掉气流中大于0.05pm的颗粒。经过PM过滤器10的空气就变成洁净空气(空气中颗粒物粒径均不大于0.05pm)。平行电极板11由两块平行的极板组成，如图1所示，分别为A板和B板，其中一板为正极板，另一板为负极板，平行电极板11的电场强度由可调直流电源7控制。可调直流电源7同时与荷电分析仪13相连，可调直流电源7的数据实时传输给荷电分析仪13。空气通过三条风道进入平行电极板11前分成了三层，在电极板的作用下，带负电颗粒偏向正极板的风道运动，带正电颗粒偏向负极板的风道运动，无电颗粒运动方向不变。通过平行电极板11，气流实现了分层，分为三层，分别为正电颗粒层、无电颗粒层、负电颗粒层。出气检测结构通过两块风道隔板，形成三条出气风道，分别为第四风道、第五风道和第六风道。第四风道、第五风道和第六风道分别安装有第二颗粒物粒径谱仪8、第三颗粒物粒径谱仪9和第四颗粒物粒径谱仪12，四个颗粒物粒径谱仪均自带抽气泵，为气体从进气端进入到出气端流出提供动力。通过电极分层后的三层气流分别进入第四风道、第五风道和第六风道，经过颗粒物粒径谱仪流出装置。颗粒物粒径谱仪实时检测的所通过气流的粒径信息，并将粒径信息传输到荷电分析仪13。荷电分析仪13可嵌入自编程序，程序将所收集到的湿度信息、温度信息、粒径信息进行分析，最终输出在不同湿度、温度情况下的颗粒物荷电量信息。

如图2所示，本发明还公开了一种颗粒物荷电量检测方法，包括以下步骤：

步骤1：引流进入检测装置。启动检测装置后，大气气流在粒径谱仪所自带的抽气泵的作用下，进入到颗粒物荷电量检测装置。

步骤2：检测进气端气流的温湿度。在装置的进口位置，首先通过感湿探头1与感温探头3，收集到进入装置气流的湿度信息与温度信息，湿度检测仪2和温度检测仪分别将信息传输至荷电分析仪13。

步骤3：检测进气端气流的数浓度。气流接着进入第一颗粒物粒径谱仪5中，粒径谱仪测量并收集大气颗粒物不同粒径段的数浓度分布，将信息传输至荷电分析仪13。

步骤4：进气端气流分层并过滤。气流经过颗粒物粒径谱仪后，被隔板分成三层，分别从第一风道、第二风道以及第三风道进入平行电极板11装置，其中两风道装有过滤装置(获得洁净空气)。

步骤5：偏转气流中的带电颗粒。气流进入电极板结构中，气流变为层流气流。电极板工作时，在平行电极板11作用下产生电场，气流中的带电颗粒物发生偏转。正电颗粒物偏向负极板一侧(B板)，负电颗粒物偏向正电极板一侧(A板)。调节可调直流电源7，可以调节电场的强度，电场的强度决定带电颗粒物的偏转距离。当平行电极板11不工作的情况下，颗粒物则不发生偏转。可调直流电源7同时与荷电分析仪13相连，可调直流电源7的数据实时传输给荷电分析仪13。

步骤6：分流检测。气流经过电极板后，流入出气检测结构的第四风道、第五风道和第六风道中，经过安装在三条风道中的颗粒物粒径谱仪，粒径谱仪测量流过气流中颗粒的数浓度分布信息，并将信息传输到荷电分析仪13。

步骤7：气流流出检测装置。气流流过颗粒物粒径谱仪后，流出检测装置。

步骤8：分析数据，输出结果。荷电分析仪13将收集到的温度信息、湿度信息、颗粒物数浓度数据后，经过内置程序运算与分析，最终输出大气颗粒物的荷电量、荷电颗粒物的占比、数浓度分布、气象要素(温度、湿度)的时间分布等信息。

测试结果：

以2017年12月27日初步测试为例，下列为当天晚上20:00时刻测试结果(测试条件：温度：6.9摄氏度；相对湿度：50％，电场强度：800V)。

表1测试结果

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种颗粒物荷电量检测装置，其特征在于，包括：

进风端，进风端管道内设置有感湿检测模块和感温检测模块；

颗粒物粒径检测模块，包括依次密封连接的进气检测结构、平行电极结构以及出气检测结构；进气检测结构设置于进风端管道内；出气检测结构设置于出风端管道内；平行电极结构上连接有可调直流电源(7)；以及

荷电分析仪(13)，感湿检测模块、感温检测模块以及颗粒物粒径检测模块将采集到的信息传输给荷电分析仪(13)进行分析，可调直流电源(7)将实时数据传送给荷电分析仪(13)；荷电分析仪(13)根据收集到的湿度、温度和粒径信息，输出在不同湿度、温度情况下的颗粒物荷电量信息。

2.根据权利要求1所述的颗粒物荷电量检测装置，其特征在于，感湿检测模块包括设置于进风端管道内的若干感湿探头(1)，感湿探头(1)均连接到湿度检测仪(2)上，湿度检测仪(2)的数据输出端与荷电分析仪(13)相连。

3.根据权利要求1或2所述的颗粒物荷电量检测装置，其特征在于，感温检测模块包括设置于进风端管道内的若干感温探头(3)，感温探头(3)均连接到温度检测仪(4)上，温度检测仪(4)的数据输出端与荷电分析仪(13)相连。

4.根据权利要求1所述的颗粒物荷电量检测装置，其特征在于，平行电极结构包括平行设置在管壁上的两个电极板(11)，两个电极板(11)与可调直流电源(7)相连，其中一个电极板为正极板，一个电极板为负极板。

5.根据权利要求1所述的颗粒物荷电量检测装置，其特征在于，进气检测结构包括第一颗粒物粒径谱仪(5)，第一颗粒物粒径谱仪(5)的信号输出端与荷电分析仪(13)相连；第一颗粒物粒径谱仪(5)后方的管道内平行设置有一对风道隔板(6)，风道隔板(6)将这部分管道分割为第一风道、第二风道和第三风道；其中第一风道和第三风道为风道隔板(6)与管壁之间的风道，第一风道和第三风道中设置有PM过滤器(10)。

6.根据权利要求5所述的颗粒物荷电量检测装置，其特征在于，出气检测结构包括设置于出风端管道内的一对风道隔板，将出风端管道分割为第四风道、第五风道和第六风道；第四风道、第五风道和第六风道内分别设置有第二颗粒物粒径谱仪(8)、第三颗粒物粒径谱仪(9)和第四颗粒物粒径谱仪(12)；第二颗粒物粒径谱仪(8)、第三颗粒物粒径谱仪(9)和第四颗粒物粒径谱仪(12)的信号输出端均与荷电分析仪(13)相连。

7.根据权利要求6所述的颗粒物荷电量检测装置，其特征在于，第一颗粒物粒径谱仪(5)、第二颗粒物粒径谱仪(8)、第三颗粒物粒径谱仪(9)和第四颗粒物粒径谱仪(12)均带有抽气泵。

8.根据权利要求6或7所述的颗粒物荷电量检测装置，其特征在于，第一颗粒物粒径谱仪(5)、第二颗粒物粒径谱仪(8)、第三颗粒物粒径谱仪(9)和第四颗粒物粒径谱仪(12)的检测范围均为10nm～10,000nm。

9.一种采用权利要求6所述装置的颗粒物荷电量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：引流进入检测装置：

启动检测装置后，大气气流在第一颗粒物粒径谱仪(5)所自带的抽气泵的作用下，进入到颗粒物荷电量检测装置；

步骤2：检测进风端气流的湿度与温度：

通过感湿探头(1)与感温探头(3)收集到进风端气流的湿度信息与温度信息，湿度检测仪(2)和温度检测仪(4)分别将信息传输至荷电分析仪(13)；

步骤3：检测进风端气流中颗粒的数浓度：

气流接着进入第一颗粒物粒径谱仪(5)中，第一颗粒物粒径谱仪(5)测量并收集大气颗粒物不同粒径段的数浓度分布，将信息传输至荷电分析仪(13)；

步骤4：进风端气流分层并过滤：

气流经过第一颗粒物粒径谱仪(5)后，被隔板分成三层，分别从第一风道、第二风道以及第三风道进入平行电极结构，其中第一风道和第二风道装有PM过滤器；

步骤5：偏转气流中的带电颗粒：

气流进入平行电极结构中，气流变为层流气流；

当平行电极板工作时，在平行电极板(11)的作用下产生电场，气流中的带电颗粒物发生偏转；正电颗粒物偏向负极板一侧，负电颗粒物偏向正电极板一侧；通过可调直流电源(7)来调节电场的强度；

当平行电极板(11)不工作时，颗粒物不发生偏转；

可调直流电源(7)将数据实时传输给荷电分析仪；

步骤6：分流检测：

气流经过平行电极结构后，流入出气检测结构的第四风道、第五风道和第六风道中，经过安装在三条风道中的第二颗粒物粒径谱仪(8)、第三颗粒物粒径谱仪(9)和第四颗粒物粒径谱仪(12)测量流过气流中颗粒的数浓度分布信息，并将信息传输到荷电分析仪(13)；

步骤7：气流流出检测装置：

气流流过第二颗粒物粒径谱仪(8)、第三颗粒物粒径谱仪(9)和第四颗粒物粒径谱仪(12)后，流出检测装置；

步骤8：分析数据，输出结果：

荷电分析仪(13)将收集到的温度信息、湿度信息、颗粒物数浓度数据后，经过内置程序运算与分析，最终输出大气颗粒物的荷电量、荷电颗粒物的占比、数浓度分布、气象要素的时间分布信息。

10.根据权利要求9所述的颗粒物荷电量检测方法，其特征在于，步骤8中，气象要素为温度和湿度。