CN111812002A - 小流量气溶胶测量方法 - Google Patents
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Abstract
一种小流量气溶胶测量方法，通过将微小通道试件置于取样管线并接入主管道，通过抽气使小流量气溶胶通过微小通道并通过粒径谱仪进行小流量发生、控制和气溶胶浓度测量。本发明极大提高了小流量气溶胶的发生精度降低了小流量的控制难度，同时使小流量气溶胶(<5L/min)通过常规粒径谱仪进行测量成为可能。因此该方法的应用可提高核工业相关研究领域的实验精度，降低实验成本。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种核电控制领域的技术，具体是一种流量小于5L/min的气溶胶测量方法。
背景技术
在核电领域，若核电站发生严重事故，安全壳内会有大量放射性气溶胶，气溶胶可能通过安全壳上的微小通道泄露到环境中，同时气溶胶颗粒也会在微小通道内滞留，因此气溶胶在微小通道内的沉积机理是核安全的重要研究方向。实验研究中往往需要对泄露的气溶胶进行测量，通过浓度和粒径分布的变化得知气溶胶在微小通道内的滞留情况。对于较大流量(>5L/min)的气溶胶发生和测量，常规气溶胶发生器和粒径谱仪即可满足要求。实际情况下，钢制安全壳微小通道内气溶胶泄露流量很小，即实验研究中需要控制小流量气溶胶发生并对其进行测量，这对气溶胶流量控制和测量提出了很高的要求。
发明内容
本发明针对现有技术由于设备限制，无法采取气溶胶发生器直接发生小流量通过微小通道且无法实现精确测量的缺陷，提出一种小流量气溶胶测量方法，通过从大流量气溶胶中抽取小流量并通过循环补气的方式补足5L/min的取样流量，来达到发生和测量的目的。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种小流量气溶胶测量方法，通过将微小通道试件置于取样管线并接入主管道，通过抽气使小流量气溶胶通过微小通道并通过粒径谱仪进行小流量发生、控制和气溶胶浓度测量。
所述的微小通道试件为钢制圆柱形孔道结构，孔径1mm，长度5.2cm。通过取样管线抽取的气溶胶会通过微小通道并在微小通道内的沉积后进入测量装置。
所述的取样管线为带有取样头的钢制细管，其中：取样头位于主管道内，取样头截面积根据主管道气体流量和气体流通面积确定，保证在管道内等速取样，取样管线末端与微小通道试件连接，取样管线的外径为8mm。
所述的主管道中发生流量大于5L/min的稳定的流量和浓度的气溶胶。
所述的抽气，通过泵和气体质量流量控制器(MFC)控制实现，具体为：当通过微小通道试件段的小流量q1<5L/min无法直接测量时，通过MFC控制补入经滤膜过滤后的空气(5-q1)L/min使流量达到5L/min，满足粒径谱仪5L/min取样流量的测量需要。
优选地，当测量完成后，对粒径谱仪的排气经过滤后通过MFC和排气泵精确控制补气以达到循环补气的目的，以提高抽气和测量的持续稳定性。
所述的浓度测量，以稀释比c＝q1/5，即实际浓度值A与测量值B按A＝B/c换算得到，其中：测量值B通过粒径谱仪测量得出。
技术效果
本发明整体解决了现有气溶胶发生器无法直接发生稳定的小流量气溶胶测量的问题。
与现有技术相比，本发明通过从主管道大流量中抽气的方式实现小流量气溶胶通过微小通道并通过补入纯净空气对原气溶胶进行稀释的方式，满足粒径谱仪5L/min测量流量的要求，间接实现小流量气溶胶的测量。应用循环补气的方式使整个抽气测量过程长时间稳定运行，提高测量精度。
附图说明
图1为本发明示意图；
图中：1气溶胶发生器、2粒径谱仪、3主管道、4取样管、5钢制微小通道试件、6保温箱体、7粒径谱仪探头、8滤膜、9抽气泵组件、10MFC组件。
具体实施方式
通常粉尘气溶胶发生器无法发生小流量气溶胶或发生极不稳定，但发生大流量气溶胶是稳定的。因此从稳定的气溶胶流中抽取小流量气溶胶即可实现稳定可控的小流量气溶胶供应；小流量气溶胶(<5L/min)无法直接测量，通过质量流量控制器控制纯空气补足5L即可完成测量，只是测量值为稀释值，只需计算稀释比就可得出实际浓度值，且补入纯空气不会带入杂质颗粒，因此不会影响气溶胶粒径分布的测量。
如图1所示，为本实施例涉及的一种小流量气溶胶测量装置，包括连接于主管道上的取样管4、钢制微小通道试件5、保温箱体6和粒径谱仪探头7，其中：粒径谱仪探头7的排气端通过滤膜8、抽气泵组件9和MFC组件反馈连接至保温箱体6以实现补气。
通过抽气泵组件9维持恒定取样流量为Q＝5L/min，气溶胶通过探测器后经滤膜过滤得到纯净空气，5L/min的纯净空气，即经滤膜过滤后的空气通过MFC和抽气泵组件9排走q1流量的空气，剩余流量为q2的纯空气补入气室与取样管抽气流量q3混合得到5L/min稀释后气溶胶进入探测器，以此循环往复。各流量满足如下关系：Q＝q1+q2，Q＝q2+q3，q1＝q3。故通过控制MFC排气流量q1来控制主管道抽气流量q3。通过这种方式，粒径谱仪测量值为稀释后的值，只需计算出稀释比即可得到实际气溶胶浓度。
本实施例基于上述装置，通过以下方法实现控制0.5L/min小流量通过微小通道并进行测量：首先通过气溶胶发生器在主管道内发生较大流量比如50L/min，粒径谱仪在管道内取样测量作为气溶胶通过微小通道前的测量值。微小通道后，抽气泵单元控制取样流量Q恒定为5L/min，保证5L/min气溶胶进入探头，测量完成后通过滤膜得到5L/min纯空气，同时MFC和排气泵控制排气流量0.5L/min，这样4.5L/min纯空气补入气室，由于气室内维持5L/min流量，即取样管将从主管道抽取0.5L/min气溶胶通过微小通道。也就是说从主管道抽取的0.5L/min气溶胶通过微小通道后与4.5L/min纯空气混合得到5L/min稀释后的气溶胶，正好满足粒径谱仪5L/min取样流量的要求，可以准确测量。计算出稀释比为1:10，即实际浓度为测量浓度的10倍。通过抽气泵单元和MFC排气单元的准确控制，该回路可以稳定运行持续控制0.5L/min气溶胶通过微小通道并测量。
本方法解决了小流量气溶胶供应和测量问题，对核安全领域涉及小流量气溶胶的研究有重要的意义，极大提高了小流量气溶胶的发生精度降低了小流量的控制难度，同时使小流量气溶胶(<5L/min)通过常规粒径谱仪进行测量成为可能。因此该方法的应用可提高核工业相关研究领域的实验精度，降低实验成本。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (5)
1.一种小流量气溶胶测量方法，其特征在于，通过将微小通道试件置于取样管线并接入主管道，通过抽气使小流量气溶胶通过微小通道并通过粒径谱仪进行小流量发生、控制和气溶胶浓度测量；
所述的微小通道试件为钢制圆柱形孔道结构，孔径1mm，长度5.2cm，通过取样管线抽取的气溶胶会通过微小通道并在微小通道内的沉积后进入测量装置；
所述的主管道中发生流量大于5L/min的稳定的流量和浓度的气溶胶。
2.根据权利要求1所述的小流量气溶胶测量方法，其特征是，所述的取样管线为带有取样头的钢制细管，其中：取样头位于主管道内，取样管线末端与微小通道试件连接，取样管线的外径为8mm。
3.根据权利要求1所述的小流量气溶胶测量方法，其特征是，所述的抽气，通过泵和气体质量流量控制器控制实现，具体为：当通过微小通道试件段的小流量q1<5L/min无法直接测量时，通过MFC控制补入经滤膜过滤后的空气(5-q1)L/min使流量达到5L/min，满足粒径谱仪5L/min取样流量的测量需要。
4.根据权利要求3所述的小流量气溶胶测量方法，其特征是，当测量完成后，对粒径谱仪的排气经过滤后通过MFC和排气泵精确控制补气以达到循环补气的目的，以提高抽气和测量的持续稳定性。
5.根据权利要求1所述的小流量气溶胶测量方法，其特征是，所述的浓度测量，以稀释比c＝q1/5，即实际浓度值A与测量值B按A＝B/c换算得到，其中：测量值B通过粒径谱仪测量得出。
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