CN111122419A - 一种冷凝粒子计数器 - Google Patents
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Abstract
一种冷凝粒子计数器，可解决现有商业CPC中，需要采用专用液位仪机械结构复杂，价格昂贵的技术问题。基于饱和腔，所述饱和腔两端分别包括进气口和出气口，还包括丁醇储存罐；饱和腔的底壁上靠近进气口处设置丁醇存储槽；还包括热敏电阻和控制系统，热敏电阻放置于丁醇存储槽内，控制系统设置在饱和腔的外部；丁醇储存罐设置在饱和腔的外部；丁醇加注嘴，用于丁醇液体加注，丁醇加注嘴通过设置液体阀与丁醇储存罐连通；丁醇加注嘴设置在饱和腔的顶壁上，丁醇加注嘴与饱和腔内部连通；液体阀与控制系统连接，控制系统控制液体阀打开与关闭。本发明通过设置热敏电阻和丁醇存储槽，即可完成液位的探测和控制功能；结构简单，成本低廉，性能稳定。
Description
技术领域
本发明涉及冷凝粒子计数器技术领域，具体涉及一种冷凝粒子计数器。
背景技术
冷凝粒子计数器(Condensation Particle Counters,CPC)是一种实时测量空气中粒子数浓度的仪器。进入CPC的采样空气中的粒子由于尺寸较小，不能产生足够的散射光被探测器检测到，因此需要通过冷凝的方法，使得被探测粒子的尺寸变大，而能被探测器所发现。冷凝粒子计数器工作液，主要根据被测粒子属性分为醇基和水基两种，而正丁醇是商业CPC历史上使用最多的工作液，如TSI公司的377系列CPC和AIRMODUS公司的混合型CPC。丁醇是具有低蒸汽扩散率的大分子，因此它停留在蒸汽流中以提供可靠的、可重复的CPC冷凝状态；另外，丁醇不像水会改变某些被测粒子的物理或化学属性，因此丁醇成为CPC工作液长期的选择。
丁醇是醇基CPC中用于粒子增长的重要介质，其通常存储于饱和腔中，饱和腔通过加热的手段，使得丁醇在饱和腔中扩散达到过饱和状态。CPC在工作过程中，由于丁醇不断包覆在粒子表面形成损耗，造成丁醇容量减少。当丁醇容量减少到不能够及时补充其在饱和腔的浓度时，浓度逐渐失去平衡，粒子增长的尺寸就会变小。在CPC检测到丁醇液位小于预警值后，丁醇自动加注系统会对饱和腔内丁醇量进行补充。
不同的丁醇浓度对粒子增长尺寸的影响较大，由于丁醇浓度的高低对冷凝粒子尺寸的大小有明显影响，而粒子尺寸的大小直观的反映为散射光的强弱，也就是电信号幅值的高低。如果不及时且精确的加注丁醇，CPC输出的空气粒子数浓度值就会不准确。
现有商业CPC中，如TSI和AIRMODUS可能使用液位仪等专用器件，机械结构设计复杂，制造成本比较昂贵。
发明内容
本发明提出的一种冷凝粒子计数器，可解决现有商业CPC中，需要采用专用液位仪机械结构复杂，价格昂贵的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种冷凝粒子计数器，基于饱和腔，所述饱和腔两端分别包括进气口和出气口，还包括丁醇储存罐；
所述饱和腔的底壁上靠近进气口处设置丁醇存储槽；
还包括热敏电阻和控制系统，所述热敏电阻放置于丁醇存储槽内，控制系统设置在饱和腔的外部，热敏电阻通过导线和控制系统连接；
所述丁醇储存罐设置在饱和腔的外部；
还包括丁醇加注嘴，用于丁醇液体加注，所述丁醇加注嘴通过设置液体阀与丁醇储存罐连通；
丁醇加注嘴设置在饱和腔的顶壁上，丁醇加注嘴与饱和腔内部连通；
所述液体阀与控制系统连接，控制系统控制液体阀打开与关闭。
进一步的，所述饱和腔内壁设置毛毡，用于吸收丁醇液体，利于蒸发扩散。
进一步的，所述控制系统采用单片机。
由上述技术方案可知，本发明的冷凝粒子计数器通过设计了一种简单的丁醇加注方法，该方法使用一个热敏电阻作为液位探测器，丁醇在腔体内蒸发带走热量后，使得热敏电阻的阻值发生变化，阻值的变化量可以对应液位的高低，从而确定是否对丁醇加注。该方法电路简单可靠，加注准确，反馈速度快，拥有很好的商业前景。
本发明只需要一个热敏电阻，且在结构上设计一个丁醇存储槽，即可完成液位的探测功能。该方法结构简单，成本低廉，性能稳定，适合商业仪器的应用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，本实施例所述的冷凝粒子计数器，具体结构说明如下：
基于CPC饱和腔1，CPC饱和腔1内壁设置毛毡2，用于吸收丁醇液体，利于蒸发扩散；
还包括丁醇存储槽3，设置在CPC饱和腔1的底壁上靠近进气口端；
还包括用于探测液位的热敏电阻4，放置于丁醇存储槽3内，该热敏电阻4通过导线与设置在外部的单片机控制系统连接，并被单片机实时读取数值判断液位高低；
还包括丁醇加注嘴8，丁醇加注嘴8设置在CPC饱和腔1的顶壁上，丁醇加注嘴8与饱和腔1内部连通，用于丁醇液体加注，其通过一个液体阀7连接丁醇储存罐6，液体阀7与控制系统连接；
当单片机控制系统5判断丁醇液位较低，需要加注丁醇时，单片机控制系统控制打开液体阀7，使得丁醇储存罐6内的丁醇经过丁醇加注嘴8，流入1CPC饱和腔内，进行加注；同时当单片机控制系统5判断丁醇液位在设定指标时，控制液体阀7停止加注。
本实施例的工作原理描述如下：
在CPC正常工作状态时，毛毡2从丁醇存储槽3中吸满了丁醇，用于蒸发产生丁醇蒸汽。当空气粒子进入饱和腔消耗丁醇蒸汽时，由于毛毡2的吸收及丁醇的自然蒸发，丁醇存储槽中的丁醇的液位会越来越低。丁醇是液体，它的蒸发是由液态变为气态，是需要消耗热量的，当丁醇液位处于热敏电阻4之上，热敏电阻4(假设为负温度系数)的温度由于丁醇不停的带走热量而偏低，因此其电阻值偏小。当丁醇快要消耗殆尽，液位低于热敏电阻4时，其蒸发带走的热量较少，热敏电阻4的温度就会变高，也就是电阻值开始变大。因此依照热敏电阻值4的大小可反映丁醇的多少。通过单片机控制系统等电路，采集电阻值的大小，获得丁醇液位的高低，进而控制电磁阀对丁醇进行实时加注。
可见本发明实施例该方法结构简单，成本低廉，性能稳定，适合商业仪器的应用。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (3)
1.一种冷凝粒子计数器，基于饱和腔(1)，所述饱和腔(1)两端分别包括进气口和出气口，还包括丁醇储存罐(6)；其特征在于：
所述饱和腔(1)的底壁上靠近进气口处设置丁醇存储槽(3)；
还包括热敏电阻(4)和控制系统(5)，所述热敏电阻(4)放置于丁醇存储槽(3)内，控制系统(5)设置在饱和腔(1)的外部，热敏电阻(4)通过导线和控制系统(5)连接；
所述丁醇储存罐(6)设置在饱和腔(1)的外部；
还包括丁醇加注嘴(8)，用于丁醇液体加注，所述丁醇加注嘴(8)通过设置液体阀(7)与丁醇储存罐(6)连通；
丁醇加注嘴(8)设置在饱和腔(1)的顶壁上，丁醇加注嘴(8)与饱和腔(1)内部连通；
所述液体阀(7)与控制系统连接，控制系统控制液体阀(7)打开与关闭。
2.根据权利要求1所述的冷凝粒子计数器，其特征在于：所述饱和腔(1)内壁设置毛毡(2)，用于吸收丁醇液体，利于蒸发扩散。
3.根据权利要求1所述的冷凝粒子计数器，其特征在于：所述控制系统采用单片机。
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