CN110208166A - 鞘流器性能的测试方法 - Google Patents
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Abstract
一种鞘流器性能的测试方法，该方法通过测试样流内径为D1鞘流内径为D2鞘流压缩后的最小截面的直径为d的待测鞘流器、内径为D1的普通气嘴和内径为d的普通气嘴的光散射式粒子计数器的粒径分布误差和最高浓度限值，通过对比分析，获得待测鞘流器的性能，具有易实现、低成本的特点。
Description
技术领域
本发明涉及鞘流器，特别是一种鞘流器性能的测试方法。
背景技术
鞘流技术广泛应用于流式细胞仪、激光粉尘仪、粒径谱仪等仪器上，既可以有效保护光学元件免受流路的污染，又可以有效防止被测粒子在检测敏感区发生重叠。请见图4，左图为无鞘流普通流路，右边为鞘流流路。
鞘流器最早应用于流式细胞仪，鞘流器的性能检验一般是由高速相机CCD进行观测。鞘流器应用在尘埃粒子计数器等气体流路中时，性能测试难度更高，主要原因是粒子通过光敏感区的速度比较快，通过光敏感区的时间大约是4微秒，而通常高速相机CCD的分辨率是几千Fps，不能直接捕捉高速运行的微小粒子，因此不能和液体鞘流器一样用高速相机CCD直接观察其鞘流效果。
发明内容
针对上述现有技术的缺陷，本发明提供一种鞘流器性能的测试方法。该方法通过测试样流内径为D1鞘流内径为D2鞘流压缩后的最小截面的直径为d的待测鞘流器、内径为D1的普通气嘴和内径为d的普通气嘴的光散射式粒子计数器的粒径分布误差和最高浓度限值，通过对比分析，获得待测鞘流器的性能，具有易实现、低成本的特点。
本发明的技术解决方案如下：
一种鞘流器性能的测试方法，其特点在于该方法的步骤如下：
1)根据待测鞘流器的设计参数采用流体力学相关理论公式或借助CFD分析软件计算出样气被待测鞘流器压缩后的最小截面的直径d和相对鞘气管道的位置L；
2)依次加工或获得待测鞘流器、内径为D1的普通气嘴和内径为d的普通气嘴，所述的待测鞘流器的样流内径为D1、鞘流内径为D2，鞘流压缩后的最小截面的直径为d；
3)将所述的待测鞘流器安装在粒子计数器的光学传感器上，确保待测鞘流器的喷口距离激发光的焦线位置均为L，样气流量Q1和鞘气流量Q2按照设计参数设置，按照标准《GB/T 6167-2007尘埃粒子计数器性能试验方法》标定粒子计数器的0.3μm和0.5μm两个粒径档的响应电压，然后根据《JJF 1190-2008尘埃粒子计数器校准规范》检测仪器的粒径分布误差F1％，并根据10％的计数损失检测仪器获得最高浓度限值C1；
4)取下待测鞘流器，将内径为D1的普通气嘴安装到光学传感器上，该光学传感器的采样流量与鞘流器的样气流量Q1相同，然后按照步骤3)的方法检测，获得粒径分布误差F2％和最高浓度限值C2；
5)取下内径为D1的普通气嘴，将内径为d的气嘴安装到光学传感器上，流量设定为Q1×d2/D12，以保证更换气嘴后气溶胶粒子经过光敏感区的速度不变；然后按照步骤3)中的方法检测，获得粒径分布误差F3％和最高浓度限值C3；
6)如F1≤F3＜F2且C1≥C3＞C2，则表明鞘流器性能较好，否则表明鞘流器的性能不佳。
当所述的内径为d的普通气嘴不便于加工时，可取整加工尺寸d’，所述的步骤5)将相应的内径为d’的普通气嘴安装到光学传感器上，相应的流量设定为Q1×d’2/D12。
本发明的技术效果如下：
在光学系统参数和样气流量不变的情况下，光敏感区处的样气截面直径越小，即鞘流器的样气通道被鞘气压缩后的截面积越小，此时粒子经过光敏感区时不易发生重叠，粒子计数器的粒径分布误差也越小，同时最高浓度的限值也越高。
本发明方法通过测试样流内径为D1鞘流内径为D2鞘流压缩后的最小截面的直径为d的待测鞘流器、内径为D1的普通气嘴和内径为d的普通气嘴的光散射式粒子计数器的粒径分布误差和最高浓度限值，通过对比分析，获得待测鞘流器的性能，具有易实现、低成本的特点。。
附图说明
图1为含有普通气嘴的光散射式粒子计数器的光学传感器工作原理示意图。
图2为含鞘流器的光散射式粒子计数器的光学传感器的工作示意图。
图3为本发明鞘流器性能的测试方法的流程图。
图4左图为无鞘流普通流路，右边为鞘流流路。
具体实施方式
下面以光散射式尘埃粒子计数器为例，结合附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
图1为以普通气嘴作为进气通道的光散射式粒子计数器光学传感器。其工作过程为，光源组件发出的平行光经过柱面镜会聚后，在光敏感区中心聚焦，经过样气，然后进入光陷阱。样气中的气溶胶粒子经过光敏感区时在激发光的照射下产生弹性散射光，散射光在收集光路的作用下会聚到探测器的探测面被转换为电脉冲信号，脉冲幅值反映粒子的粒径大小，脉冲数量反映粒子浓度。
图2为以鞘流器作为进气通道的粒子计数器光学传感器。在鞘气的压缩下，样气会被压缩，样气被压缩后的最小截面位于激发光的焦线位置，样气中的粒子在更细的通道中被检测，出现重叠的概率小，同时样气在经过光学传感器时一直都被鞘气所包裹，因此样气中的尘埃等成分没有与光学元件直接接触，因此光学腔不容易受到污染。
本发明鞘流器性能的测试方法如下。
1)根据待测鞘流器的设计参数采用流体力学相关理论公式或借助CFD分析软件计算出样气被待测鞘流器压缩后的最小截面的直径d和相对鞘气管道的位置L；
2)依次加工或获得待测鞘流器、内径为D1的普通气嘴和内径为d的普通气嘴，所述的待测鞘流器的样流内径为D1，鞘流内径为D2，鞘流压缩后的最小截面的直径为d；
3)将所述的待测鞘流器安装在粒子计数器的光学传感器上，请参见图2，确保待测鞘流器的喷口距离激发光的焦线位置均为L，样气流量Q1和鞘气流量Q2按照设计参数设置，按照标准《GB/T 6167-2007尘埃粒子计数器性能试验方法》标定粒子计数器的0.3μm和0.5μm两个粒径档的响应电压，然后根据《JJF 1190-2008尘埃粒子计数器校准规范》检测仪器的粒径分布误差F1％，并根据10％的计数损失检测仪器获得最高浓度限值C1；
4)取下待测鞘流器，将内径为D1的普通气嘴安装到光学传感器上，该光学传感器的采样流量与鞘流器的样气流量Q1相同，请参见图1，然后按照步骤3)的方法检测，获得粒径分布误差F2％和最高浓度限值C2；
5)取下内径为D1的普通气嘴，将内径为d的气嘴安装到光学传感器上，流量设定为Q1×d2/D12，以保证更换气嘴后气溶胶粒子经过光敏感区的速度不变；然后按照步骤3)中的方法检测，获得粒径分布误差F3％和最高浓度限值C3；
6)如F1≤F3＜F2且C1≥C3＞C2，则表明鞘流器性能较好，否则表明鞘流器的性能不佳。
试验表明，本发明通过测试样流内径为D1鞘流内径为D2鞘流压缩后的最小截面的直径为d的待测鞘流器、内径为D1的普通气嘴和内径为d的普通气嘴的光散射式粒子计数器的粒径分布误差和最高浓度限值，通过对比分析，获得待测鞘流器的性能，具有易实现、低成本的特点。
Claims (2)
1.一种鞘流器性能的测试方法，其特征在于该方法的步骤如下：
1)根据待测鞘流器的设计参数采用流体力学相关理论公式或借助CFD分析软件计算出样气被待测鞘流器压缩后的最小截面的直径d和相对鞘气管道的位置L；
2)依次加工或获得待测鞘流器、内径为D1的普通气嘴和内径为d的普通气嘴，所述的待测鞘流器的样流内径为D1，鞘流内径为D2，鞘流压缩后的最小截面的直径为d；
3)将所述的待测鞘流器安装在粒子计数器的光学传感器上，确保待测鞘流器的喷口距离激发光的焦线位置均为L，样气流量Q1和鞘气流量Q2按照设计参数设置，按照标准《GB/T6167-2007尘埃粒子计数器性能试验方法》标定粒子计数器的0.3μm和0.5μm两个粒径档的响应电压，然后根据《JJF 1190-2008尘埃粒子计数器校准规范》检测仪器的粒径分布误差F1％，并根据10％的计数损失检测仪器获得最高浓度限值C1；
4)取下待测鞘流器，将内径为D1的普通气嘴安装到光学传感器上，该光学传感器的采样流量与鞘流器的样气流量Q1相同，然后按照步骤3)的方法检测，获得粒径分布误差F2％和最高浓度限值C2；
5)取下内径为D1的普通气嘴，将内径为d的气嘴安装到光学传感器上，流量设定为Q1×d2/D12，以保证更换气嘴后气溶胶粒子经过光敏感区的速度不变；然后按照步骤3)中的方法检测，获得粒径分布误差F3％和最高浓度限值C3；
6)如F1≤F3＜F2且C1≥C3＞C2，则表明鞘流器性能较好，否则表明鞘流器的性能不佳。
2.根据权利要求1所述的鞘流器性能的测试方法，其特征在于当所述的内径为d的普通气嘴不便于加工时，可取整加工尺寸d’，所述的步骤5)将相应的内径为d’的普通气嘴安装到光学传感器上，相应的流量设定为Q1×d’2/D12。
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