CN111257173A - 一种两箱多气源集成式pm2.5模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及模拟装置领域，为解决目前市面上仅有的检测设备和模拟装置甚少且收集的气体源多为有机污染物，而对于非常关注的无机污染物又很少，价格也相对昂贵，不适合研究人员的大量引进并展开相对性能的研究的问题，本发明提出一种两箱多气源集成式PM2.5模拟装置，包括分别与固体燃烧发生装置、液体燃烧发生装置、气体存放装置连通的采集箱，与真空泵连通的密封箱，采集箱与密封箱通过管道连通，密封箱内设有PM2.5检测仪。本装置的发生源比较丰富化,既可以提供人们平常生活中产生的气体，也可以提供金属离子和气溶胶环境下的模拟环境，而且只有气体颗粒物直径小于2.5微米才被模拟，模拟环境相对纯净。
Description
技术领域
本发明涉及模拟装置领域，具体涉及一种两箱多气源集成式PM2.5环境模拟装置。
背景技术
细颗粒物严重影响生态环境和人体健康，得到了社会的广泛关注。PM2.5(Particulate matter 2.5)是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物也称为可入肺颗粒物。研究发现，PM2.5的化学成分包括有机成分(如多环芳烃等)、可溶性成分(无机离子)和微量元素等。2013年2月，全国科学技术名词审定委员会将PM2.5的中文名称命名为细颗粒物。国内研究人员发现，大部分的多环芳烃、酞酸酯、有机氯农药等有害物质都富集在PM2.5上，其中致癌性最强的应为多环芳烃。这种物质主要是由煤炭和汽油等燃料在不完全燃烧时生成的，具有较高的致畸、致癌和致突变性。颗粒物中主要的水溶性粒子为NO3-、
和NH4+，而且主要以燃料燃烧产物在空气中反应生成的二次气溶胶粒子为主。此外还有少量的钾离子，是由生物质燃烧而形成的。此外，PM2.5还含有大量其他元素，例如铝、铁、钙、镁等。有研究表明，这些元素均会导致人体的氧化性损伤，其中的可溶性金属离子是造成细胞氧化性损伤的主要原因，而可溶性的锌则可导致肺细胞损伤，所以研究PM2.5的特性成为当今社会研究的热点，其中，作为衡量雾霾严重程度的PM2.5检测装置的研发已成为当今亟待解决的问题。市面上有很多检测装置并且也开展了相应的研究工作，但是，大气下的PM2.5检测并不是很方便，因为PM2.5来源广泛，取样困难，不同地区的PM2.5来源有一定差别，其成分差异性也比较大，给研究人员数据分析和后续的防治工作带来了困难，而且目前，市场上有许多针对PM2.5的产品，如：PM2.5口罩、空气净化器等产品都被大家所熟知和使用，但是大家对其真正的性能和效果还是存在相应的怀疑，针对此类产品的的性能研究与评价一直存在空缺。研究工作中，迫切需要一个能够产生可变环境数据的PM2.5模拟装置，因此提供一个较为全面的PM2.5模拟环境，就会大大提高相关技术人员对PM2.5的研究效率。目前，市面上仅有的检测设备和模拟装置甚少且收集的气体源多为有机污染物，而对于非常关注的无机污染物又很少，价格也相对昂贵，不适合研究人员的大量引进并展开相对性能的研究。
专利CN201510002198.1公开了一种PM2.5环境模拟装置，该装置供给气体比较单一，缺乏金属离子和气溶胶环境下的PM2.5模拟环境并且不能保证PM2.5的相对纯净。
发明内容
为解决目前市面上仅有的检测设备和模拟装置甚少且收集的气体源多为有机污染物，而对于非常关注的无机污染物又很少，价格也相对昂贵，不适合研究人员的大量引进并展开相对性能的研究的问题，本发明提出一种两箱多气源集成式PM2.5模拟装置，本装置的发生源比较丰富化，既可以提供人们平常生活中产生的气体，也可以提供金属离子和气溶胶环境下的模拟环境，而且只有气体颗粒物直径小于2.5微米才被模拟，模拟环境相对纯净。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种两箱多气源集成式PM2.5模拟装置，包括分别与固体燃烧发生装置、液体燃烧发生装置、气体存放装置连通的采集箱，与真空泵连通的密封箱，采集箱与密封箱通过管道连通，密封箱内设有PM2.5检测仪。
固体燃烧发生装置采用烟花火药粉末通电点燃，营造出带有金属离子的PM2.5模拟环境；作为优选，固体燃烧发生装置，包括集气瓶、注射器、集气瓶内与电源连通的钨丝。
液体燃烧发生装置采用汽油、柴油等液体燃烧产生气体，从而营造出带有气溶胶PM2.5模拟环境；
采气存放装置收集厨房油烟、香烟气体、建筑施工环境气体、工厂环境气体等气体，从而营造出生活中的PM2.5模拟环境；
装置的发生源比较丰富化，既可以提供人们平常生活中产生的气体，也可以提供金属离子和气溶胶环境下的模拟环境。
所述的密封箱内设有温度计，PM2.5检测仪及与PM2.5检测仪连接的充电装置。作为优选，所述的PM2.5检测仪由单片机、按键、LCD灯、蜂鸣器、换风机、粉尘传感器、外接AT24C02、开关电源、液晶显示面板连接而成，单片机自带AD转换，使用更加方便。粉尘传感器，每间隔10S更换一次采集浓度值检测更加准确。按键设有2个可以调整报警值，可操作性增强。液晶显示面板实时显示粉尘浓度和设定报警浓度，清晰直观，外接AT24C02有掉电保存数据功能。换风机为换风系统，当超过预定值时自动转动。蜂鸣器为声光报警系统，当超过预定值时可以自动报警。
工作时，当粉尘浓度小于设定值，绿色指示灯会亮，表示当前空气质量良好；当粉尘浓度高于设定值，会自动开启声光报警，换风机人性化工作。
作为优选，密封箱由AIS1-316L和PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)相结合制造，AISI316L是含钼不锈钢种，由于钢中含钼，316L不锈钢具有良好的耐氯化物侵蚀的性能，PMMA具有高透明度，低价格，易于机械加工等优点。因此密封箱密封性好透明且轻巧，耐腐蚀且强度大，体积小且移动方便。规格根据要求设计，将密封箱的一面设计成半透明状态的可开关状态，方便开启和受试物的取放。
所述的采集箱为立方体结构，4个侧面分别通过管道与固体燃烧发生装置、液体燃烧发生装置、气体存放装置、密封箱连通，可以高效的输送被测环境气体迅速通入密封箱。
作为优选，固体燃烧发生装置、气体存放装置分别通过干燥管后连通采集箱，液体燃烧发生装置通过冷凝管后连通采集箱。只有气体颗粒物直径小于2.5微米才被模拟，模拟环境相对纯净。对于PM2.5环境模拟，提供的环境多样化：固体燃烧发生装置、液体燃烧发生装置和气体存放装置，不仅局限于提供PM2.5的模拟环境，而且可以提供需要营造出厨房油烟、工厂环境等各种气体环境，有助于科研工作者研究与PM2.5环境相关的研究与实验，应用十分广泛。
作为优选，所述的管道在采集箱外均设有气阀。从而控制进入采集箱中的气体。
作为优选，采集箱内设有高速转子高速旋转；优选转速为3000-5000r/min，与通向密封箱的管道相对。采集箱中各种烟雾及气体通过高速转子(12)打碎吹入密闭箱(20)，从而营造出PM2.5模拟环境。高速转子下方设有旋涂装置，当其中较大的离子或气凝胶均匀地落下覆盖在旋涂装置表面，防止污染箱体，旋涂装置的转速10-30r/min，转速过大则会甩出污染物。
所述的装置的发生源比较丰富化，既可以提供人们平常生活中产生的气体，也可以提供金属离子和气溶胶环境下的模拟环境。只有气体颗粒物直径小于2.5微米才被模拟，模拟环境相对纯净。克服了污染源单一且模拟环境不纯，具有发生源比较丰富化且模拟环境相对纯净的优点，可以有效的为其性能研究与测评提供一个多气源式的环境模拟装置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：具有价格低廉、移动方便、高效纯净、一体多效的特点。
附图说明
图1为本发明的两箱多气源集成式PM2.5模拟装置示意图；
其中，1：采集箱，11：高速转子，12：旋涂装置，2：密封箱，21：温度计，22：PM2.5检测仪，221：单片机，222：按键，223：粉尘传感器，224：LCD，225：蜂鸣器，226：换风机，227：AT24C02，228：开关电源，229：液晶显示面板；23：充电装置，3：固体燃烧发生装置，31：电源，32：钨丝，33：集气瓶，34：注射器，4：液体燃烧发生装置，5：气体存放装置，6：气阀，7：冷凝管，8：干燥管，9：真空泵，10：管道；
图2为采集箱内部的局部三维示意图；
图3为PM2.5检测仪组成示意图；
图4为PM2.5检测仪工作示意图。
具体实施方式
下面通过实施例和附图对本发明作进一步详细说明，实施例中所用原料或器件均可市购。
PM2.5检测仪21可以市购，也可以通过以下仪器按照常规方法连接制成，如图3所示，所述的PM2.5检测仪由单片机221、按键222、粉尘传感器223、LCD224、蜂鸣器225、换风机226、外接AT24C02227、开关电源228、液晶显示面板229连接而成。主控芯片采用增强型51单片机221STC12C5A60S2，自带AD转换，使用更加方便；使用夏普的GP2Y1010AUOF粉尘传感器223，每间隔10S更换一次采集浓度值检测更加准确；有2个按键222可以调整报警值，可操作性增强；外接定时器AT24C02 227，利用定时器产生一个定秒变化的秒针，显示在数码管上，每过一秒将变化的数写入AT24C02内部，关闭电源再打开时单片机从AT24C02中将原来写入的数读出来，接着此数继续变化并显示在数码管上，具有掉电保真功能；液晶显示面板229为1602LED液晶显示面板，实时显示粉尘浓度和设定报警浓度，清晰直观。
有掉电保存数据功能。当粉尘浓度小于设定值，绿色指示灯会亮，表示当前空气质量良好。当粉尘浓度高于设定值，会自动开启声光报警，换风机226人性化工作。LCD1602实时显示粉尘浓度和设定报警浓度，清晰直观，工作流程图如图4所示。
实施例
如图1所示，一种两箱多气源集成式PM2.5模拟装置包括分别与固体燃烧发生装置3、液体燃烧发生装置4、气体存放装置5连通的采集箱1，与真空泵9连通的密封箱2，采集箱1与密封2箱通过管道10连通，密封箱2内设有PM2.5检测仪22。
所述的密封箱2内设有温度计21，与PM2.5检测仪连接的充电装置23。PM2.5检测仪22随时显示密闭箱2内部PM2.5浓度，便于记录和观察。充电装置23用于给PM2.5检测仪22充电，简单方便，并保证了环境的密闭性。密闭箱2由AISI-316L和PMMA相结合制造，密封性好透明且轻巧，耐腐蚀且强度大，将密闭箱2的一面设计成半透明状态的可开关状态，方便开启和受试物的取放。
如图2所示，所述的采集箱1为立方体结构，4个侧面分别通过管道10与固体燃烧发生装置3、液体燃烧发生装置4、气体存放装置5、密封箱2连通。
固体燃烧发生装置，包括集气瓶33、注射器34、集气瓶内与电源31连通的钨丝32。
固体燃烧发生装置3、气体存放装置5分别通过干燥管8后连通采集箱1。液体燃烧发生装置4通过冷凝管7后连通采集箱1。所述的管道10在采集箱1外均设有气阀6。
采集箱1内设有高速转子11与通向密封箱2的管道10相对。有利于将气体流向密封箱2，减少减少积聚，转速为4000r/min。高速转子11的正下方设有旋涂装置12，当其中较大的离子或气凝胶均匀地落下覆盖在旋涂装置表面，防止污染箱体，旋涂装置12的转速20r/min。
使用时
固体燃烧装置3，先在集气瓶33中加入少量二氧化锰，向燃烧匙中加入适量烟花火药粉末，塞紧瓶塞。然后，打开电源32开关，待到钨丝32发红，便会点燃粉末，此时关闭电源31，出现微弱的淡蓝色火焰。缓慢推动注射器34，让双氧水与二氧化锰接触并产生氧气，粉末剧烈燃烧，发出蓝紫色火焰，然后塞紧瓶塞。然后打开通向采集箱1的气阀6，固体燃烧装置3的烟雾通过干燥管8进入采集箱1内，得到洁净环境下的模拟气体。
液体燃烧装置4，则在燃烧瓶中装入适量的柴油、汽油等，然后点燃。然后打开通向采集箱1的气阀6，液体燃烧装置3的烟雾通过冷凝管7进入采集箱1内，得到洁净环境下的模拟气体。
气体存放装置5，将事先准备好的厨房油烟、香烟气体、工厂环境气体等气体放入气体存放装置5的集气袋中。然后打开通向采集箱1的气阀6，气体存放装置5的烟雾通过干燥管8进入采集箱1内，得到洁净环境下的模拟气体。
通过气阀6可以控制采集箱1内的模拟气体种类，从而营造出多种PM2.5模拟环境。
然后通过真空泵9将密封箱2抽真空后，打开采集箱1通向密封箱2管道10上的气阀6，并打开高速转子11与旋涂装置12，将采集箱1内气体吹入密封箱2内，打开PM2.5检测仪22，若密封箱内浓度高于设定值则PM2.5检测仪会产生声光报警，自动开启换风机。
Claims (8)
1.一种两箱多气源集成式PM2.5模拟装置，其特征在于，所述的模拟装置包括分别与固体燃烧发生装置、液体燃烧发生装置、气体存放装置连通的采集箱，与真空泵连通的密封箱，采集箱与密封箱通过管道连通，密封箱内设有PM2.5检测仪。
2.根据权利要求1所述的一种两箱多气源集成式PM2.5模拟装置，其特征在于，所述的密封箱内设有温度计，与PM2.5检测仪连接的充电装置。
3.根据权利要求1所述的一种两箱多气源集成式PM2.5模拟装置，其特征在于，所述的采集箱为立方体结构，4个侧面分别通过管道与固体燃烧发生装置、液体燃烧发生装置、气体存放装置、密封箱连通。
4.根据权利要求1所述的一种两箱多气源集成式PM2.5模拟装置，其特征在于，固体燃烧发生装置、气体存放装置分别通过干燥管后连通采集箱。
5.根据权利要求1所述的一种两箱多气源集成式PM2.5模拟装置，其特征在于，液体燃烧发生装置通过冷凝管后连通采集箱。
6.根据权利要求1或3或4或5所述的一种两箱多气源集成式PM2.5模拟装置，其特征在于，所述的管道在采集箱外均设有气阀。
7.根据权利要求6所述的一种两箱多气源集成式PM2.5模拟装置，其特征在于，采集箱内设有高速转子与通向密封箱的管道相对，高速转子下方设有旋涂装置。
8.根据权利要求1或2所述的一种两箱多气源集成式PM2.5模拟装置，其特征在于，所述的PM2.5检测仪由单片机、按键、LCD灯、蜂鸣器、换风机、粉尘传感器、外接AT24C02、开关电源、液晶显示面板连接而成。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| GB0607851D0 (en) * | 2006-04-24 | 2006-05-31 | Johnson Matthey Plc | Particulate matter generator |
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| CN206540801U (zh) * | 2017-03-13 | 2017-10-03 | 渭南师范学院 | 一种简易的空气质量pm2.5浓度检测仪器 |
-
2020
- 2020-02-20 CN CN202010105677.7A patent/CN111257173A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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