CN114544272B - 一种旋风式沙尘气溶胶分级采样装置、方法及应用 - Google Patents
一种旋风式沙尘气溶胶分级采样装置、方法及应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114544272B CN114544272B CN202210129583.2A CN202210129583A CN114544272B CN 114544272 B CN114544272 B CN 114544272B CN 202210129583 A CN202210129583 A CN 202210129583A CN 114544272 B CN114544272 B CN 114544272B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- module
- sampling
- dust
- aerosol
- cyclone
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 title claims abstract description 278
- 238000005070 sampling Methods 0.000 title claims abstract description 177
- 239000004576 sand Substances 0.000 title claims description 96
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 28
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims abstract description 245
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 50
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 36
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 61
- 239000003570 air Substances 0.000 claims description 39
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 26
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 claims description 23
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 16
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 16
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 10
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 10
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 8
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 8
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 3
- 229910000737 Duralumin Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000178 monomer Substances 0.000 abstract description 3
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 abstract description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 7
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 description 5
- 241000238631 Hexapoda Species 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 239000005427 atmospheric aerosol Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000005437 stratosphere Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 239000005436 troposphere Substances 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
- G01N1/2202—Devices for withdrawing samples in the gaseous state involving separation of sample components during sampling
- G01N1/2205—Devices for withdrawing samples in the gaseous state involving separation of sample components during sampling with filters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
- G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
- G01N1/2202—Devices for withdrawing samples in the gaseous state involving separation of sample components during sampling
- G01N1/2211—Devices for withdrawing samples in the gaseous state involving separation of sample components during sampling with cyclones
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
- G01N1/2273—Atmospheric sampling
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P13/00—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
- G01P13/02—Indicating direction only, e.g. by weather vane
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/24—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
- G01N1/2202—Devices for withdrawing samples in the gaseous state involving separation of sample components during sampling
- G01N2001/222—Other features
- G01N2001/2223—Other features aerosol sampling devices
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
本发明公开了一种旋风式沙尘气溶胶分级采样装置，所述装置包括沙尘气溶胶进样模块(1)、沙尘气溶胶分级收集模块(2)、动力与流量控制模块(3)、风向风速测量模块(5)和气象温湿度测量模块(6)，所述沙尘气溶胶进样模块(1)与沙尘气溶胶分级收集模块(2)可拆卸密封相连接设置，所述沙尘气溶胶分级收集模块(2)与动力与流量控制模块(3)密封相连接设置。本发明装置结构简单，安全可靠，易于制造、安装、使用和维护，具有使用灵活、采样量大、收集效率高的优势，摆脱了传统滤膜或滤筒的截留过滤式采样方式，能够直接获得颗粒物单体，适用于地表固定点位采样、高塔采样、系留飞艇采样等多种应用场景。
Description
技术领域
本发明属于大气科学技术领域，尤其是一种旋风式沙尘气溶胶分级采样装置、方法及应用。
背景技术
沙尘气溶胶是一种重要的大气气溶胶类型，其排放量和大气丰度在所有类型的气溶胶中均数一数二，对地球辐射平衡、气候变化、生态循环、空气污染和人体健康等都起着十分重要的作用。在每年的冬春季，中国经常遭受沙尘暴的袭扰，空气质量严重恶化，危害社会正常运转和人民的生命财产安全，同时，大范围、高强度的沙尘过程会促进气溶胶的垂直输送，增加对流层和平流层中气溶胶含量，输送到太平洋乃至北美洲、北极上空，从而对全球气候产生影响。2021年，我国经历了多频次、大范围、高强度的沙尘暴过程。在全球变暖的背景下，未来沙尘暴发生的概率可能继续增大。因此，加强对沙尘气溶胶的理解和认识十分重要和必要。
沙尘气溶胶研究包括外场观测采样、模型模拟和卫星遥感，而后两种研究方法都依赖于外场观测采样的实验结果的比对和验证。传统的沙尘气溶胶采样包括被动式和主动式两种，被动式采样(自然沉降法等)方法简单、成本低，但采样效率低，使用范围有限；主动式采样是将含有沙尘气溶胶的气体抽进采样器，通过滤膜或滤筒将大于一定粒径的颗粒物截留，与气流分离，从而得到气溶胶样品。主动式采样方法简单、可靠、高效，已长期应用在各种研究中。
现有的主动式采样方法是将颗粒物收集在滤膜或滤筒上，对于沙尘气溶胶来说，存在以下问题：首先，单张膜或滤筒的采样量十分有限。以常用的四通道采样器为例，采样流量为16.7升每分钟，在极端高浓度沙尘暴期间，24小时收集到的颗粒物总质量仅为数毫克，无法满足需要数克样品的矿物分析等实验；若继续延长采样时间，可能会导致滤膜的压降显著增大，憋死抽气泵。
其次，使用滤膜或滤筒过滤截留法，沙尘气溶胶会直接嵌入在各种材质滤膜(包括但不限于玻璃纤维滤膜、特氟龙滤膜、石英滤膜、聚碳酸酯滤膜等)的纤维空隙中，难以从滤膜或滤筒上分离下来，不利于后续的实验分析。
再次，若想实现分级采样，同时收集不同粒径的气溶胶，传统的基于膜采样的撞击式采样器不适用于沙尘气溶胶采样。发生沙尘暴时大气环境湿度很低，沙尘气溶胶十分干燥，撞击在分级采样器某一对应切割粒径的滤膜上后，有很大概率反弹再次进入气流到达下一级，与理论计算的颗粒物切割粒径存在较大偏差(类似硬质玻璃球碰撞到固体表面会反弹而不是变为静止被捕集)，且高速气流的带动进一步增大了沙尘气溶胶分级采样的误差。
综上，现有沙尘气溶胶采样方法存在采样效率低、样品采集量少、颗粒物分离难、切割粒径误差较大等缺陷，难以满足矿物组分分析、沙尘气溶胶单体分析、分粒径沙尘气溶胶分析等实验分析需要。
通过检索，尚未发现与本发明专利申请相关的专利公开文献。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处，提供一种旋风式沙尘气溶胶分级采样装置。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种旋风式沙尘气溶胶分级采样装置，所述装置包括沙尘气溶胶进样模块(1)、沙尘气溶胶分级收集模块(2)、动力与流量控制模块(3)、风向风速测量模块(5)和气象温湿度测量模块(6)，所述沙尘气溶胶进样模块(1)与沙尘气溶胶分级收集模块(2)可拆卸密封相连接设置，所述沙尘气溶胶分级收集模块(2)与动力与流量控制模块(3)密封相连接设置。
进一步地，所述沙尘气溶胶进样模块(1)通过可拆卸螺纹连接方式与沙尘气溶胶分级收集模块(2)相连接设置；
或者，所述沙尘气溶胶分级收集模块(2)通过气体管路(27)与动力与流量控制模块(3)相连接设置；
或者，相连接设置的模块之间均设置有O型圈进行密封连接；
或者，所述沙尘气溶胶进样模块(1)的采样流量为100L/min的中流量或1m3/min的大流量；
或者，所述沙尘气溶胶进样模块(1)和沙尘气溶胶分级收集模块(2)采用高品质硬铝合金经完全阳极氧化处理制成。
进一步地，所述沙尘气溶胶进样模块(1)能够引导大气中多种粒径的沙尘气溶胶进入沙尘气溶胶进样模块中，并稳定地传输到沙尘气溶胶分级收集模块(2)；
所述沙尘气溶胶分级收集模块(2)能够利用旋转离心力和气溶胶自身重力区分不同粒径的沙尘气溶胶，并收集对应粒径的沙尘气溶胶；
所述动力与流量控制模块(3)能够精准地控制、记录采样气体的瞬时流量、累积流量以及给沙尘气溶胶进样模块(1)、沙尘气溶胶分级收集模块(2)提供抽气动力；
所述风向风速测量模块(5)能够实时测量环境空气的风向和风速数据；
所述气象温湿度测量模块(6)能够实时测量环境空气的温度和相对湿度数据。
进一步地，所述沙尘气溶胶进样模块(1)包括防雨罩(11)、沙尘气溶胶进样口(12)和进样连接杆(13)，所述防雨罩(11)间隔设置在沙尘气溶胶进样口(12)的上方，所述沙尘气溶胶进样口(12)的输入端能够输入大气中多种粒径的沙尘气溶胶，该沙尘气溶胶进样口(12)的输出端与进样连接杆(13)的输入端紧密相连接设置，该进样连接杆(13)的输出端与沙尘气溶胶分级收集模块(2)的输入端紧密相连接设置；
或者，所述沙尘气溶胶分级收集模块(2)包括旋风式采样器进样管(21)、导流叶片(22)、旋风式采样器筒体(23)、样品收集盒(25)、旋风式采样器排气管(26)、气体管路(27)和过滤膜(28)，所述旋风式采样器进样管(21)的输入端与沙尘气溶胶进样模块(1)的输出端紧密相连接设置(例如，所述旋风式采样器进样管的输入端与沙尘气溶胶进样模块的进样连接杆的输出端紧密相连接设置，较优地，旋风式采样器进样管的输入端通过可拆卸螺纹连接方式与沙尘气溶胶进样模块的进样连接杆的输出端紧密相连接设置)，所述旋风式采样器进样管(21)的输出端与旋风式采样器筒体的顶部紧密相连通设置；
所述旋风式采样器筒体(23)沿竖直方向设置，该旋风式采样器筒体(23)内的顶部同轴安装导流叶片(22)，该导流叶片的最外侧边缘与旋风式采样器筒体的内壁相连接设置；所述旋风式采样器筒体(23)的底部紧密同轴安装样品收集盒(25)；
所述旋风式采样器排气管(26)的输入端紧密相连通设置于旋风式采样器筒体(23)内的上部，该旋风式采样器排气管(26)的输出端通过气体管路(27)与动力与流量控制模块(3)的输入端相连接设置，气体管路(27)上相连接设置过滤膜(28)，该过滤膜(28)能够阻拦并收集粒径小于2.5微米的沙尘气溶胶(213)，该过滤膜(28)下方的气体管路(27)上也紧密相连接设置样品收集盒(25)；
或者，所述动力与流量控制模块(3)包括气体质量流量控制器(31)和真空抽气泵(32)，通过气体管路(27)以卡套式连接方式相连接设置，气体质量流量控制器(31)用于精准地控制、记录采样气体的瞬时流量、累积流量，真空抽气泵(32)用于给沙尘气溶胶进样模块(1)、沙尘气溶胶分级收集模块(2)提供抽气动力；
或者，所述风向风速测量模块(5)包括超声波风速风向传感器(51)，该超声波风速风向传感器能够实时测量环境空气的风向和风速数据。
或者，所述气象温湿度测量模块(6)包括温湿度传感器(61)，该温湿度传感器能够实时测量环境空气的温度和相对湿度数据。
进一步地，所述沙尘气溶胶进样口为设置有防虫网的沙尘气溶胶进样口；
或者，所述防雨罩、沙尘气溶胶进样口和进样连接杆之间的连接方式为螺丝固定；
或者，所述沙尘气溶胶进样口为能够360度进样的进样口；
或者，所述沙尘气溶胶分级收集模块(2)还包括密封法兰(24)，所述旋风式采样器筒体(23)的底部、过滤膜(28)下方的气体管路均通过密封法兰同轴安装样品收集盒；较优地，所述旋风式采样器筒体(23)与密封法兰(24)、密封法兰(24)与样品收集盒(25)之间通过法兰连接方式相连接设置；
或者，所述沙尘气溶胶分级收集模块(2)的旋风式采样器进样管(21)与旋风式采样器筒体(23)、导流叶片(22)与旋风式采样器筒体(23)、旋风式采样器筒体(23)与旋风式采样器排气管(26)之间通过焊接方式相连接设置；所述旋风式采样器排气管(26)与气体管路(27)、气体管路(27)与过滤膜(28)之间通过卡套连接方式相连接设置。
进一步地，所述旋风式采样器筒体(23)设置为两个，两个旋风式采样器筒体通过旋风式采样器排气管(26)、气体管路(27)串联设置在一起，与第二个旋风式采样器筒体(23)相连接的气体管路(27)的输出端与流量控制模块(3)的输入端相连接设置，且该气体管路(27)上相连接设置过滤膜(28)；
第一个旋风式采样器筒体能够收集颗粒物粒径大于10微米的沙尘气溶胶(211)，第二个旋风式采样器筒体能够收集粒径介于2.5-10微米的沙尘气溶胶(212)；
或者，所述旋风式采样器筒体的下部设置为上宽下窄的圆锥筒体形状。
进一步地，所述装置还包括系统控制模块(4)，所述动力与流量控制模块(3)、风向风速测量模块(5)、气象温湿度测量模块(6)通过数据通讯线和供电线与系统控制模块(4)相连接设置，所述系统控制模块4能够设置动力与流量控制模块(3)、风向风速测量模块(5)、气象温湿度测量模块(6)的参数、控制其正常工作、并实现相关数据的采集、储存和展示，并能够给动力与流量控制模块(3)、风向风速测量模块(5)、气象温湿度测量模块(6)提供电能。
进一步地，所述系统控制模块包括相连接设置的工控机(41)和电源适配器(42)，所述工控机(41)、电源适配器(42)分别以数据通讯线和供电线的方式与动力与流量控制模块(3)、风向风速测量模块(5)、气象温湿度测量模块(6)相连接设置；所述工控机能够用于设置动力与流量控制模块、风向风速测量模块、气象温湿度测量模块的参数、控制其正常工作、并实现相关数据的采集、储存和展示，所述电源适配器能够用于给动力与流量控制模块、风向风速测量模块、气象温湿度测量模块提供电能。
一种利用如上所述的旋风式沙尘气溶胶分级采样装置对沙尘气溶胶进行分级采样的方法，步骤如下：
1)将旋风式沙尘气溶胶分级采样装置在室外采样环境安装好，即沙尘气溶胶进样模块(1)通过可拆卸螺纹连接方式与沙尘气溶胶分级收集模块(2)密封相连接，沙尘气溶胶分级收集模块(2)通过气体管路(27)与动力与流量控制模块(3)密封相连接，动力与流量控制模块(3)、风向风速测量模块(5)、气象温湿度测量模块(6)通过数据通讯线和供电线与系统控制模块(4)相连接；要求旋风式沙尘气溶胶分级采样装置平稳放置并固定在地面或采样平台，沙尘气溶胶进样口(12)距离地面1.5m以上，以采样装置为圆心周围15m内没有遮挡物，采样装置的电源适配器(42)接通220V市电；
2)打开系统控制模块(4)的工控机(41)，在工控机(41)上设置气体质量流量控制器(31)的采样参数，开启动力与流量控制模块(3)、风向风速测量模块(5)和气象温湿度测量模块(6)，此时，真空抽气泵(32)、超声波风速风向传感器(51)和温湿度传感器(61)开始工作，气体质量流量控制器(31)将采样装置的采样流量稳定限制在设定值，超声波风速风向传感器(51)实时测量环境空气的风向和风速，温湿度传感器(61)实时测量环境空气的温度和相对湿度；
3)环境空气中多种粒径的沙尘气溶胶被连续稳定地吸入旋风式沙尘气溶胶分级采样装置(1)，从沙尘气溶胶进样口(12)进入，经过进样连接杆(13)，到达沙尘气溶胶分级收集模块(2)；在旋风式采样器中，含有多种粒径沙尘气溶胶(210)的气流高速通过导流叶片(22)，气流从直线运动变为圆周运动，由于旋转离心力和气溶胶自身重力，粒径大于10微米的沙尘气溶胶(211)在串联的第一个旋风式采样器中分离出来，进入旋风式采样器筒体(23)底部密封连接的样品收集盒(25)；剩余含尘气流从第一个旋风式采样器的排气管(26)流出，经过气体管路(27)进入串联的第二个旋风式采样器，粒径介于2.5-10微米的沙尘气溶胶(212)在第二个旋风式采样器中分离，并收集在样品收集盒(25)中；剩余含尘气流从第二个旋风式采样器流出，经过气体管路(27)到达过滤膜(28)，粒径小于2.5微米的沙尘气溶胶(213)被过滤和收集在过滤膜(28)和其下方的样品收集盒(25)中；剩余的不含尘气流经过气体质量流量控制器(31)，从真空抽气泵(32)排出采样装置；
4)由此，收集多种不同粒径的沙尘气溶胶，实现分级采样，并可获得采样期间的环境风向、风速、温度、相对湿度数据。
如上所述的旋风式沙尘气溶胶分级采样装置在沙尘气溶胶的分级采样方面中的应用。
本发明取得的优点和效果是：
1、本发明装置结构简单，安全可靠，易于制造、安装、使用和维护，具有使用灵活、采样量大、收集效率高的优势，摆脱了传统滤膜或滤筒的截留过滤式采样方式，能够直接获得颗粒物单体，适用于地表固定点位采样、高塔采样、系留飞艇采样等多种应用场景。
2、本发明装置的重点一是针对传统的滤膜或滤筒采样器收集沙尘气溶胶时采样量少、样品分离难的问题，采用旋风式分离器的原理，利用气流旋转离心力和沙尘气溶胶自身重力，实现高效、连续地收集对应设计粒径的沙尘气溶胶。
3、本发明装置的重点二是可以分级收集不同粒径的沙尘气溶胶。采用特殊设计的旋风式采样器，轴向进气，利用导流叶片改变轴向进入的含沙尘气溶胶气体的气流方向，使气流作圆周旋转运动，含尘气体在旋转过程中产生离心力，将相对密度大于气体的沙尘气溶胶甩向器壁。沙尘气溶胶一旦与器壁接触，便失去径向惯性力而靠向下的动量和向下的重力沿壁面下落，进入样品收集盒。采用轴向进气方式，具有进气量大、压力损失小、气流分布均匀的优势；使用串联的两个旋风式采样器及后端的过滤膜，能够分离并分别收集粒径大于10微米、2.5-10微米和小于2.5微米的沙尘气溶胶，满足更多科学研究的不同采样需要。
4、本发明装置的工控机与气体质量流量控制器、真空抽气泵、超声波风速风向传感器和温湿度传感器相通讯连接，具有采样时间控制及计时功能，可进行仪器时钟、采样时间、间隔时间设置，能自动测量、记录并显示瞬时流量、累积流量、环境风速、环境风向、环境温度、环境湿度、流量计前温度、流量计前压力，显示更新时间不超过1s；气体质量流量控制器恒流精度高，能提供稳定、连续的采样。
5、本发明装置的人机界面友好，方便数据采集、储存、展示和下载，使用工控机实现数据的采集和处理，具有高稳定性和高可靠性。
6、本发明装置采用模块化结构设计，拆装方便快捷，方便用户进行样品收集盒取样及清洁、过滤膜更换工作，无取样、更换时的污染问题。
附图说明
图l为本发明装置的第一种结构连接示意图；
图2为本发明装置的第二种结构连接示意图；
图3为本发明中沙尘气溶胶分级收集模块的一种工作原理图；
其中，1—沙尘气溶胶进样模块；11—防雨罩；12—配有防虫网的沙尘气溶胶进样口；13—进样连接杆；2—沙尘气溶胶分级收集模块；21—旋风式采样器进样管；210—多种粒径的沙尘气溶胶(包括但不限于PM10、PM2.5)；211—粒径大于10微米的沙尘气溶胶(>PM10)；212—粒径介于2.5-10微米的沙尘气溶胶(PM2.5-PM10)；213—粒径小于2.5微米的沙尘气溶胶(<PM2.5)；22—导流叶片；23—旋风式采样器筒体；231—旋风式采样器内部旋流，包括下旋流和上旋流；24—密封法兰；25—样品收集盒；26—旋风式采样器排气管；27—气体管路；28—过滤膜；3—动力与流量控制模块；31—气体质量流量控制器；32—真空抽气泵；4—系统控制模块；41—工控机；42—电源适配器；5—风向风速测量模块；51—超声波风速风向传感器；6—气象温湿度测量模块；61—温湿度传感器；箭头表示气体流动方向；装置间的连接实线表示数据通讯连接；装置间的连接虚线表示供电线路。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
本发明中所使用的原料，如无特殊说明，均为常规市售产品，本发明中所使用的方法，如无特殊说明，均为本领域常规方法，本发明所用各物质质量均为常规使用质量。本发明中未详细描述的结构、连接关系等，可以理解为本领域的常规技术手段。
一种旋风式沙尘气溶胶分级采样装置，如图1至图3所示，所述装置包括沙尘气溶胶进样模块1、沙尘气溶胶分级收集模块2、动力与流量控制模块3、风向风速测量模块5和气象温湿度测量模块6，所述沙尘气溶胶进样模块(1)与沙尘气溶胶分级收集模块(2)可拆卸密封相连接设置，所述沙尘气溶胶分级收集模块(2)与动力与流量控制模块(3)密封相连接设置。
较优地，所述沙尘气溶胶进样模块(1)通过可拆卸螺纹连接方式与沙尘气溶胶分级收集模块(2)相连接设置。
较优地，所述沙尘气溶胶分级收集模块(2)通过气体管路(27)与动力与流量控制模块(3)相连接设置。
较优地，相连接设置的模块之间均设置有O型圈进行密封连接。
在本实施例中，所述沙尘气溶胶进样模块(1)能够引导大气中多种粒径的沙尘气溶胶进入沙尘气溶胶进样模块中，并稳定地传输到沙尘气溶胶分级收集模块(2)；
所述沙尘气溶胶分级收集模块(2)能够利用旋转离心力和气溶胶自身重力区分不同粒径的沙尘气溶胶，并收集对应粒径的沙尘气溶胶；
所述动力与流量控制模块(3)能够精准地控制、记录采样气体的瞬时流量、累积流量以及给沙尘气溶胶进样模块(1)、沙尘气溶胶分级收集模块(2)提供抽气动力；
所述风向风速测量模块(5)能够实时测量环境空气的风向和风速数据；
所述气象温湿度测量模块(6)能够实时测量环境空气的温度和相对湿度数据。
在本实施例中，所述沙尘气溶胶进样模块(1)包括防雨罩(11)、沙尘气溶胶进样口(12)和进样连接杆(13)，所述防雨罩(11)间隔设置在沙尘气溶胶进样口(12)的上方，所述沙尘气溶胶进样口(12)的输入端能够输入大气中多种粒径的沙尘气溶胶，该沙尘气溶胶进样口(12)的输出端与进样连接杆(13)的输入端紧密相连接设置，该进样连接杆(13)的输出端与沙尘气溶胶分级收集模块(2)的输入端紧密相连接设置。
由于同时设置了防雨罩，能够用来防雨，确保沙尘气溶胶连续地进入采样器并稳定地传输到沙尘气溶胶分级收集模块(2)中。
较优地，所述沙尘气溶胶进样口(12)为设置有防虫网的沙尘气溶胶进样口，防虫网能够防虫，进一步确保了沙尘气溶胶连续地进入采样器并稳定地传输到沙尘气溶胶分级收集模块(2)中。
较优地，所述防雨罩、沙尘气溶胶进样口(12)和进样连接杆(13)之间的连接方式为螺丝固定，拆卸及安装方便，成本低廉。
较优地，所述沙尘气溶胶进样口(12)为能够360度进样的进样口，使得该进样口可以收集到任意流向的沙尘气溶胶。
在本实施例中，所述沙尘气溶胶分级收集模块(2)包括旋风式采样器进样管(21)、导流叶片(22)、旋风式采样器筒体(23)、样品收集盒(25)、旋风式采样器排气管(26)、气体管路(27)和过滤膜(28)，所述旋风式采样器进样管(21)的输入端与沙尘气溶胶进样模块(1)的输出端紧密相连接设置(例如，所述旋风式采样器进样管(21)的输入端与沙尘气溶胶进样模块(1)的进样连接杆(13)的输出端紧密相连接设置，较优地，旋风式采样器进样管(21)的输入端通过可拆卸螺纹连接方式与沙尘气溶胶进样模块(1)的进样连接杆(13)的输出端紧密相连接设置)，所述旋风式采样器进样管(21)的输出端与旋风式采样器筒体(23)的顶部紧密相连通设置；
所述旋风式采样器筒体(23)沿竖直方向设置，该旋风式采样器筒体(23)内的顶部同轴安装导流叶片(22)，该导流叶片的最外侧边缘与旋风式采样器筒体(23)的内壁相连接设置；所述旋风式采样器筒体(23)的底部紧密同轴安装样品收集盒(25)，该样品收集盒(25)能够用来收集采集到的各种粒径的沙尘气溶胶样品，用于后续的样品分析测试；
所述旋风式采样器排气管(26)的输入端紧密相连通设置于旋风式采样器筒体(23)内的上部，该旋风式采样器排气管(26)的输出端通过气体管路(27)与动力与流量控制模块(3)的输入端相连接设置，气体管路(27)上相连接设置过滤膜(28)，该过滤膜(28)能够阻拦并收集粒径小于2.5微米的沙尘气溶胶(213)，防止颗粒物进入后续装置造成损坏，该过滤膜(28)下方的气体管路(27)上也紧密相连接设置样品收集盒(25)。
较优地，所述沙尘气溶胶分级收集模块还包括密封法兰(24)，所述旋风式采样器筒体(23)的底部、过滤膜(28)下方的气体管路(27)均通过密封法兰(24)同轴安装样品收集盒，确保旋风式采样器筒体(23)、过滤膜(28)下方的气体管路(27)均与样品收集盒(25)之间具有良好的密封性，且可快速拆卸，便于快捷地取出收集到的沙尘气溶胶样品。较优地，所述旋风式采样器筒体(23)与密封法兰(24)、密封法兰(24)与样品收集盒(25)之间通过法兰连接方式相连接设置；
较优地，所述旋风式采样器筒体(23)的下部设置为上宽下窄的圆锥筒体形状。
较优地，所述沙尘气溶胶分级收集模块(2)的旋风式采样器进样管(21)与旋风式采样器筒体(23)、导流叶片(22)与旋风式采样器筒体(23)、旋风式采样器筒体(23)与旋风式采样器排气管(26)之间通过焊接方式相连接设置；所述旋风式采样器排气管(26)与气体管路(27)、气体管路(27)与过滤膜(28)之间通过卡套连接方式相连接设置。
较优地，所述旋风式采样器筒体(23)设置为两个，两个旋风式采样器筒体通过旋风式采样器排气管(26)、气体管路(27)串联设置在一起，与第二个旋风式采样器筒体(23)相连接的气体管路(27)的输出端与流量控制模块(3)的输入端相连接设置，且该气体管路(27)上相连接设置过滤膜(28)；
第一个旋风式采样器筒体能够收集颗粒物粒径大于10微米的沙尘气溶胶(211)，第二个旋风式采样器筒体能够收集粒径介于2.5-10微米的沙尘气溶胶(212)。
在本实施例中，所述动力与流量控制模块(3)包括气体质量流量控制器(31)(该气体质量流量控制器可以为本领域内公知的设备，例如，为型号DFC20-3/8-Air-50SLM-B01，北京弗罗斯科技有限公司)和真空抽气泵(32)，通过气体管路(27)(例如，以卡套式连接方式)相连接设置，其中，气体质量流量控制器(31)用于精准地控制、记录采样气体的瞬时流量、累积流量，真空抽气泵(32)用于给沙尘气溶胶进样模块(1)、沙尘气溶胶分级收集模块(2)提供抽气动力以满足沙尘气溶胶分级收集模块(2)的设计流量。
在本实施例中，所述风向风速测量模块(5)包括超声波风速风向传感器(51)(该超声波风速风向传感器可以为本领域内公知的设备，例如，为型号QYCG-23，清易电子(天津)有限公司)，该超声波风速风向传感器能够实时测量环境空气的风向和风速数据。
在本实施例中，所述气象温湿度测量模块(6)包括温湿度传感器(61)(该温湿度传感器可以为本领域内公知的设备，例如，为型号HC2A-S，罗卓尼克Rotronic公司)，该温湿度传感器能够实时测量环境空气的温度和相对湿度数据。
较优地，所述沙尘气溶胶进样模块(1)和沙尘气溶胶分级收集模块(2)采用高品质硬铝合金经完全阳极氧化处理制成，具有良好的抗腐蚀性和光洁的表面粗糙度。
在本实施例中，所述装置还包括系统控制模块(4)，所述动力与流量控制模块(3)、风向风速测量模块(5)、气象温湿度测量模块(6)通过数据通讯线和供电线与系统控制模块(4)相连接设置，所述系统控制模块4能够设置动力与流量控制模块(3)、风向风速测量模块(5)、气象温湿度测量模块(6)的参数、控制其正常工作、并实现相关数据的采集、储存和展示，并能够给动力与流量控制模块(3)、风向风速测量模块(5)、气象温湿度测量模块(6)提供电能。
较优地，所述系统控制模块包括相连接设置的工控机(41)(该工控机可以为本领域内公知的设备，例如，为8寸工控一体机，型号SK-19A，上海森克电子科技有限公司)和电源适配器42，所述工控机、电源适配器分别以数据通讯线和供电线的方式与动力与流量控制模块(3)、风向风速测量模块(5)、气象温湿度测量模块(6)相连接设置；所述工控机能够用于设置动力与流量控制模块、风向风速测量模块、气象温湿度测量模块的参数、控制其正常工作、并实现相关数据的采集、储存和展示，所述电源适配器能够用于给动力与流量控制模块、风向风速测量模块、气象温湿度测量模块提供电能。
考虑到便携性、体积尺寸、使用条件等因素，本发明的采样流量可以设计为100L/min的中流量、1m3/min的大流量等不同规格，实际采样流量可根据使用情况进行设计和调整。
在以下计算中，假设空气密度为1.3kg/m3，采样流量为100L/min，沙尘气溶胶浓度为1mg/m3，沙尘气溶胶密度为2.6g/m3。
根据Muschelknautz模型方法，计算得到沙尘气溶胶分级收集模块(2)串联的第一个旋风式采样器的中值切割粒径为10微米，对模拟的全粒径沙尘气溶胶的收集总效率为81％；沙尘气溶胶分级收集模块(2)串联的第二个旋风式采样器的中值切割粒径为2.5微米，对模拟的全粒径沙尘气溶胶的收集总效率为80％。计算结果表明本发明能够高效地收集对应粒径的沙尘气溶胶，能够满足科学研究的样品收集需要。
一种利用上述旋风式沙尘气溶胶分级采样装置对沙尘气溶胶进行分级采样的方法，步骤如下：
1)将旋风式沙尘气溶胶分级采样装置在室外采样环境安装好，即沙尘气溶胶进样模块(1)通过可拆卸螺纹连接方式与沙尘气溶胶分级收集模块(2)密封相连接，沙尘气溶胶分级收集模块(2)通过气体管路(27)与动力与流量控制模块(3)密封相连接，动力与流量控制模块(3)、风向风速测量模块(5)、气象温湿度测量模块(6)通过数据通讯线和供电线与系统控制模块(4)相连接。要求旋风式沙尘气溶胶分级采样装置平稳放置并良好固定在地面或采样平台，沙尘气溶胶进样口(12)距离地面1.5m以上，以采样装置为圆心周围15m内没有高大的建筑、树木等遮挡物，减少对气流中沙尘气溶胶的阻挡，更好地反映真实大气环境，采样装置的电源适配器(42)接通220V市电。
2)打开系统控制模块(4)的工控机(41)，在工控机(41)上设置气体质量流量控制器(31)的采样流量值、开始采样时间、采样时长等参数，开启动力与流量控制模块(3)、风向风速测量模块(5)和气象温湿度测量模块(6)，此时，真空抽气泵(32)、超声波风速风向传感器(51)和温湿度传感器(61)开始工作，气体质量流量控制器(31)将采样装置的采样流量稳定限制在设定值，超声波风速风向传感器(51)实时测量环境空气的风向和风速，温湿度传感器(61)实时测量环境空气的温度和相对湿度。
3)环境空气中多种粒径的沙尘气溶胶(包括但不限于PM10、PM2.5，210)被连续稳定地吸入旋风式沙尘气溶胶分级采样装置，从配有防虫网的沙尘气溶胶进样口(12)进入，经过进样连接杆(13)，到达沙尘气溶胶分级收集模块(2)。在旋风式采样器中，含有多种粒径沙尘气溶胶(210)的气流高速通过导流叶片(22)，气流从直线运动变为圆周运动，由于旋转离心力和气溶胶自身重力，粒径大于10微米的沙尘气溶胶(211)在串联的第一个旋风式采样器中分离出来，进入旋风式采样器筒体(23)底部密封连接的样品收集盒(25)；剩余含尘气流从第一个旋风式采样器的排气管(26)流出，经过气体管路(27)进入串联的第二个旋风式采样器，类似的，粒径介于2.5-10微米的沙尘气溶胶(212)在第二个旋风式采样器中分离，并收集在样品收集盒(25)中；剩余含尘气流从第二个旋风式采样器流出，经过气体管路(27)到达过滤膜(28)，粒径小于2.5微米的沙尘气溶胶(213)被过滤和收集在过滤膜(28)和其下方的样品收集盒(25)中；剩余的不含尘气流经过气体质量流量控制器(31)，从真空抽气泵(32)排出采样装置。
4)由此，使用上述方法收集多种不同粒径的沙尘气溶胶，实现分级采样，并可获得采样期间的环境风向、风速、温度、相对湿度数据。
本旋风式沙尘气溶胶分级采样装置的一种工作原理可以为：
本装置的沙尘气溶胶进样模块(1)包括防雨罩、配有防虫网的沙尘气溶胶进样口和进样连接杆。其中，防雨罩和防虫网均为物理阻拦方式，分别用来防止雨水和昆虫进入采样装置。同时，防雨罩和防虫网不会影响沙尘气溶胶从任意角度(即360度方向)通过进样口连续地进入采样器并稳定地经过进样连接杆传输到后续沙尘气溶胶分级收集模块。
本装置的沙尘气溶胶分级收集模块(2)的主体是旋风式采样器，采用轴向导叶式设计，设置有导流叶片，用于改变轴向进入的含沙尘气溶胶气体的气流方向，使气流从直线运动变为圆周运动，利用在旋转过程产生的离心力和气溶胶自身的重力实现收集沙尘气溶胶的目的。具体来说，含尘气体在旋转过程中产生离心力，将相对密度大于气体的沙尘气溶胶甩向旋风式采样器筒体的内壁。沙尘气溶胶一旦与器壁接触，便失去径向惯性力而靠向下的动量和向下的重力沿壁面下落，进入样品收集盒。旋转下降的外旋气流到达锥体时，因圆锥形的收缩而向旋风式采样器中心靠拢。根据“旋转矩”不变原理，其切向速度不断提高，沙尘气溶胶所受离心力也不断加强。当气流到达锥体下端某一位置时，即以同样的旋转方向由下反转向上，继续做螺旋性流动，即内旋气流；外旋气流和内旋气流统称为旋风式采样器内部旋流231。净化后的气体经旋风式采样器排气管排出，一部分未被捕集的沙尘气溶胶也由此排出，进入串联的下一个旋风式采样器或过滤膜。
本装置的动力与流量控制模块(3)包括气体质量流量控制器和真空抽气泵，均为商品化设备。其中，气体质量流量控制器由流量传感器、分流器通道、流量调节阀门和放大控制器等部分组成，采用毛细管传热温差量热法原理测量气体的质量流量，用于精准地控制、记录采样气体的瞬时流量、累积流量。真空抽气泵能在泵的抽气口形成负压，让气体在大气压的作用下被抽出来，用于给采样装置提供抽气动力。
本装置的系统控制模块(4)包括工控机和电源适配器，均为商品化设备。其中，工控机是一种加固的增强型个人计算机，可以作为一个控制器在作业环境中可靠运行，用于设置各模块的参数、控制其正常工作、并实现相关数据的采集、储存和展示。电源适配器将交流输入转换为直流输出，用于给各模块提供电能。
本装置的风向风速测量模块(5)包括超声波风速风向传感器，为商品化设备，利用超声波时差法来实现风速风向的测量，用于实时测量环境空气的风向和风速。
本装置的气象温湿度测量模块(6)包括温湿度传感器，为商品化设备，是一种装有湿敏和热敏元件的传感器，用于实时测量环境空气的温度和相对湿度。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例所公开的内容。
Claims (9)
1.一种旋风式沙尘气溶胶分级采样装置，其特征在于：所述装置包括沙尘气溶胶进样模块(1)、沙尘气溶胶分级收集模块(2)、动力与流量控制模块(3)、风向风速测量模块(5)和气象温湿度测量模块(6)，所述沙尘气溶胶进样模块(1)与沙尘气溶胶分级收集模块(2)可拆卸密封相连接设置，所述沙尘气溶胶分级收集模块(2)与动力与流量控制模块(3)密封相连接设置；
所述沙尘气溶胶进样模块(1)包括防雨罩(11)、沙尘气溶胶进样口(12)和进样连接杆(13)，所述防雨罩(11)间隔设置在沙尘气溶胶进样口(12)的上方，所述沙尘气溶胶进样口(12)的输入端能够输入大气中多种粒径的沙尘气溶胶，该沙尘气溶胶进样口(12)的输出端与进样连接杆(13)的输入端紧密相连接设置，该进样连接杆(13)的输出端与沙尘气溶胶分级收集模块(2)的输入端紧密相连接设置；
或者，所述沙尘气溶胶分级收集模块(2)包括旋风式采样器进样管(21)、导流叶片(22)、旋风式采样器筒体(23)、样品收集盒(25)、旋风式采样器排气管(26)、气体管路(27)和过滤膜(28)，所述旋风式采样器进样管(21)的输入端与沙尘气溶胶进样模块(1)的输出端紧密相连接设置，所述旋风式采样器进样管(21)的输出端与旋风式采样器筒体的顶部紧密相连通设置；
所述旋风式采样器筒体(23)沿竖直方向设置，该旋风式采样器筒体(23)内的顶部同轴安装导流叶片(22)，该导流叶片的最外侧边缘与旋风式采样器筒体的内壁相连接设置；所述旋风式采样器筒体(23)的底部紧密同轴安装样品收集盒(25)；
所述旋风式采样器排气管(26)的输入端紧密相连通设置于旋风式采样器筒体(23)内的上部，该旋风式采样器排气管(26)的输出端通过气体管路(27)与动力与流量控制模块(3)的输入端相连接设置，气体管路(27)上相连接设置过滤膜(28)，该过滤膜(28)能够阻拦并收集粒径小于2.5微米的沙尘气溶胶(213)，该过滤膜(28)下方的气体管路(27)上也紧密相连接设置样品收集盒(25)；
或者，所述动力与流量控制模块(3)包括气体质量流量控制器(31)和真空抽气泵(32)，通过气体管路(27)以卡套式连接方式相连接设置，气体质量流量控制器(31)用于精准地控制、记录采样气体的瞬时流量、累积流量，真空抽气泵(32)用于给沙尘气溶胶进样模块(1)、沙尘气溶胶分级收集模块(2)提供抽气动力；
或者，所述风向风速测量模块(5)包括超声波风速风向传感器(51)，该超声波风速风向传感器能够实时测量环境空气的风向和风速数据；
或者，所述气象温湿度测量模块(6)包括温湿度传感器(61)，该温湿度传感器能够实时测量环境空气的温度和相对湿度数据。
2.根据权利要求1所述的旋风式沙尘气溶胶分级采样装置，其特征在于：所述沙尘气溶胶进样模块(1)通过可拆卸螺纹连接方式与沙尘气溶胶分级收集模块(2)相连接设置；
或者，所述沙尘气溶胶分级收集模块(2)通过气体管路(27)与动力与流量控制模块(3)相连接设置；
或者，相连接设置的模块之间均设置有O型圈进行密封连接；
或者，所述沙尘气溶胶进样模块(1)的采样流量为100L/min的中流量或1m3/min的大流量；
或者，所述沙尘气溶胶进样模块(1)和沙尘气溶胶分级收集模块(2)采用高品质硬铝合金经完全阳极氧化处理制成。
3.根据权利要求1所述的旋风式沙尘气溶胶分级采样装置，其特征在于：所述沙尘气溶胶进样模块(1)能够引导大气中多种粒径的沙尘气溶胶进入沙尘气溶胶进样模块中，并稳定地传输到沙尘气溶胶分级收集模块(2)；
所述沙尘气溶胶分级收集模块(2)能够利用旋转离心力和气溶胶自身重力区分不同粒径的沙尘气溶胶，并收集对应粒径的沙尘气溶胶；
所述动力与流量控制模块(3)能够精准地控制、记录采样气体的瞬时流量、累积流量以及给沙尘气溶胶进样模块(1)、沙尘气溶胶分级收集模块(2)提供抽气动力；
所述风向风速测量模块(5)能够实时测量环境空气的风向和风速数据；
所述气象温湿度测量模块(6)能够实时测量环境空气的温度和相对湿度数据。
4.根据权利要求1所述的旋风式沙尘气溶胶分级采样装置，其特征在于：所述沙尘气溶胶进样口为设置有防虫网的沙尘气溶胶进样口；
或者，所述防雨罩、沙尘气溶胶进样口和进样连接杆之间的连接方式为螺丝固定；
或者，所述沙尘气溶胶进样口为能够360度进样的进样口；
或者，所述沙尘气溶胶分级收集模块(2)还包括密封法兰(24)，所述旋风式采样器筒体(23)的底部、过滤膜(28)下方的气体管路均通过密封法兰同轴安装样品收集盒；
或者，所述沙尘气溶胶分级收集模块(2)的旋风式采样器进样管(21)与旋风式采样器筒体(23)、导流叶片(22)与旋风式采样器筒体(23)、旋风式采样器筒体(23)与旋风式采样器排气管(26)之间通过焊接方式相连接设置；所述旋风式采样器排气管(26)与气体管路(27)、气体管路(27)与过滤膜(28)之间通过卡套连接方式相连接设置。
5.根据权利要求1所述的旋风式沙尘气溶胶分级采样装置，其特征在于：所述旋风式采样器筒体(23)设置为两个，两个旋风式采样器筒体通过旋风式采样器排气管(26)、气体管路(27)串联设置在一起，与第二个旋风式采样器筒体(23)相连接的气体管路(27)的输出端与流量控制模块(3)的输入端相连接设置，且该气体管路(27)上相连接设置过滤膜(28)；
第一个旋风式采样器筒体能够收集颗粒物粒径大于10微米的沙尘气溶胶(211)，第二个旋风式采样器筒体能够收集粒径介于2.5-10微米的沙尘气溶胶(212)；
或者，所述旋风式采样器筒体的下部设置为上宽下窄的圆锥筒体形状。
6.根据权利要求1至5任一项所述的旋风式沙尘气溶胶分级采样装置，其特征在于：所述装置还包括系统控制模块(4)，所述动力与流量控制模块(3)、风向风速测量模块(5)、气象温湿度测量模块(6)通过数据通讯线和供电线与系统控制模块(4)相连接设置，所述系统控制模块4能够设置动力与流量控制模块(3)、风向风速测量模块(5)、气象温湿度测量模块(6)的参数、控制其正常工作、并实现相关数据的采集、储存和展示，并能够给动力与流量控制模块(3)、风向风速测量模块(5)、气象温湿度测量模块(6)提供电能。
7.根据权利要求6所述的旋风式沙尘气溶胶分级采样装置，其特征在于：所述系统控制模块包括相连接设置的工控机(41)和电源适配器(42)，所述工控机(41)、电源适配器(42)分别以数据通讯线和供电线的方式与动力与流量控制模块(3)、风向风速测量模块(5)、气象温湿度测量模块(6)相连接设置；所述工控机能够用于设置动力与流量控制模块、风向风速测量模块、气象温湿度测量模块的参数、控制其正常工作、并实现相关数据的采集、储存和展示，所述电源适配器能够用于给动力与流量控制模块、风向风速测量模块、气象温湿度测量模块提供电能。
8.一种利用如权利要求1至7任一项所述的旋风式沙尘气溶胶分级采样装置对沙尘气溶胶进行分级采样的方法，其特征在于：步骤如下：
1)将旋风式沙尘气溶胶分级采样装置在室外采样环境安装好，即沙尘气溶胶进样模块(1)通过可拆卸螺纹连接方式与沙尘气溶胶分级收集模块(2)密封相连接，沙尘气溶胶分级收集模块(2)通过气体管路(27)与动力与流量控制模块(3)密封相连接，动力与流量控制模块(3)、风向风速测量模块(5)、气象温湿度测量模块(6)通过数据通讯线和供电线与系统控制模块(4)相连接；要求旋风式沙尘气溶胶分级采样装置平稳放置并固定在地面或采样平台，沙尘气溶胶进样口(12)距离地面1.5m以上，以采样装置为圆心周围15m内没有遮挡物，采样装置的电源适配器(42)接通220V市电；
2)打开系统控制模块(4)的工控机(41)，在工控机(41)上设置气体质量流量控制器(31)的采样参数，开启动力与流量控制模块(3)、风向风速测量模块(5)和气象温湿度测量模块(6)，此时，真空抽气泵(32)、超声波风速风向传感器(51)和温湿度传感器(61)开始工作，气体质量流量控制器(31)将采样装置的采样流量稳定限制在设定值，超声波风速风向传感器(51)实时测量环境空气的风向和风速，温湿度传感器(61)实时测量环境空气的温度和相对湿度；
3)环境空气中多种粒径的沙尘气溶胶被连续稳定地吸入旋风式沙尘气溶胶分级采样装置(1)，从沙尘气溶胶进样口(12)进入，经过进样连接杆(13)，到达沙尘气溶胶分级收集模块(2)；在旋风式采样器中，含有多种粒径沙尘气溶胶(210)的气流高速通过导流叶片(22)，气流从直线运动变为圆周运动，由于旋转离心力和气溶胶自身重力，粒径大于10微米的沙尘气溶胶(211)在串联的第一个旋风式采样器中分离出来，进入旋风式采样器筒体(23)底部密封连接的样品收集盒(25)；剩余含尘气流从第一个旋风式采样器的排气管(26)流出，经过气体管路(27)进入串联的第二个旋风式采样器，粒径介于2.5-10微米的沙尘气溶胶(212)在第二个旋风式采样器中分离，并收集在样品收集盒(25)中；剩余含尘气流从第二个旋风式采样器流出，经过气体管路(27)到达过滤膜(28)，粒径小于2.5微米的沙尘气溶胶(213)被过滤和收集在过滤膜(28)和其下方的样品收集盒(25)中；剩余的不含尘气流经过气体质量流量控制器(31)，从真空抽气泵(32)排出采样装置；
4)由此，收集多种不同粒径的沙尘气溶胶，实现分级采样，并可获得采样期间的环境风向、风速、温度、相对湿度数据。
9.如权利要求1至7任一项所述的旋风式沙尘气溶胶分级采样装置在沙尘气溶胶的分级采样方面中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210129583.2A CN114544272B (zh) | 2022-02-11 | 2022-02-11 | 一种旋风式沙尘气溶胶分级采样装置、方法及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210129583.2A CN114544272B (zh) | 2022-02-11 | 2022-02-11 | 一种旋风式沙尘气溶胶分级采样装置、方法及应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114544272A CN114544272A (zh) | 2022-05-27 |
| CN114544272B true CN114544272B (zh) | 2023-12-01 |
Family
ID=81672640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210129583.2A Active CN114544272B (zh) | 2022-02-11 | 2022-02-11 | 一种旋风式沙尘气溶胶分级采样装置、方法及应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114544272B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117346844A (zh) * | 2023-12-04 | 2024-01-05 | 武汉神动汽车电子电器股份有限公司 | 一种具备过滤碳烟功能的进气压力温度传感器 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2100620U (zh) * | 1990-12-29 | 1992-04-01 | 中国预防医学科学院环境卫生与卫生工程研究所 | Pmio烟道内部采样器 |
| BRPI0701119A2 (pt) * | 2007-03-30 | 2008-11-18 | Univ Fed De Uberlandia Ufu | ciclone filtrante |
| CN102323111A (zh) * | 2011-08-15 | 2012-01-18 | 西北核技术研究所 | 一种超大流量气溶胶采样方法及采样器 |
| CN102798552A (zh) * | 2011-05-23 | 2012-11-28 | 佛山市环保技术与装备研发专业中心 | 一种pm10单级大气采样切割器 |
| CN103424284A (zh) * | 2012-05-22 | 2013-12-04 | 中国科学院研究生院 | 大气颗粒物采样器 |
| CN106769699A (zh) * | 2017-01-05 | 2017-05-31 | 北京大学 | 一种大气黑碳颗粒物相态的测量装置和测量方法 |
| CN208512085U (zh) * | 2018-06-08 | 2019-02-19 | 山东格林检测股份有限公司 | 一种气体颗粒捕集装置 |
| CN110376027A (zh) * | 2019-07-26 | 2019-10-25 | 东南大学 | 多级生物气溶胶采样器及采样方法 |
| CN112414922A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-02-26 | 天津城建大学 | 通风用空气过滤器微生物过滤性能评价实验台 |
| CN112629935A (zh) * | 2020-09-11 | 2021-04-09 | 北京鼎蓝科技有限公司 | 一种便携式大流量生物气溶胶富集与液相采集装置 |
| CN112781942A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-05-11 | 中国辐射防护研究院 | 一种爆炸气溶胶源项获取和环境监测方法 |
-
2022
- 2022-02-11 CN CN202210129583.2A patent/CN114544272B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2100620U (zh) * | 1990-12-29 | 1992-04-01 | 中国预防医学科学院环境卫生与卫生工程研究所 | Pmio烟道内部采样器 |
| BRPI0701119A2 (pt) * | 2007-03-30 | 2008-11-18 | Univ Fed De Uberlandia Ufu | ciclone filtrante |
| CN102798552A (zh) * | 2011-05-23 | 2012-11-28 | 佛山市环保技术与装备研发专业中心 | 一种pm10单级大气采样切割器 |
| CN102323111A (zh) * | 2011-08-15 | 2012-01-18 | 西北核技术研究所 | 一种超大流量气溶胶采样方法及采样器 |
| CN103424284A (zh) * | 2012-05-22 | 2013-12-04 | 中国科学院研究生院 | 大气颗粒物采样器 |
| CN106769699A (zh) * | 2017-01-05 | 2017-05-31 | 北京大学 | 一种大气黑碳颗粒物相态的测量装置和测量方法 |
| CN208512085U (zh) * | 2018-06-08 | 2019-02-19 | 山东格林检测股份有限公司 | 一种气体颗粒捕集装置 |
| CN110376027A (zh) * | 2019-07-26 | 2019-10-25 | 东南大学 | 多级生物气溶胶采样器及采样方法 |
| CN112629935A (zh) * | 2020-09-11 | 2021-04-09 | 北京鼎蓝科技有限公司 | 一种便携式大流量生物气溶胶富集与液相采集装置 |
| CN112414922A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-02-26 | 天津城建大学 | 通风用空气过滤器微生物过滤性能评价实验台 |
| CN112781942A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-05-11 | 中国辐射防护研究院 | 一种爆炸气溶胶源项获取和环境监测方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114544272A (zh) | 2022-05-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Marple | History of impactors—The first 110 years | |
| CN103149060B (zh) | 一种实现自动等速恒流采集流动气体内的不同粒径颗粒物的采样器 | |
| CN102589937B (zh) | 一种空气监测分级采样方法及装置 | |
| CN114544272B (zh) | 一种旋风式沙尘气溶胶分级采样装置、方法及应用 | |
| CN214471933U (zh) | 一种便携式大流量生物气溶胶富集与液相采集装置 | |
| CN2856967Y (zh) | 中流量大气细颗粒物采样器 | |
| CN104568686A (zh) | 一种箱体内亚微米颗粒物沉积系数及平均凝并系数的测试系统及方法 | |
| Le et al. | Inertial impaction technique for the classification of particulate matters and nanoparticles: A review | |
| CN105954070A (zh) | 一种气溶胶颗粒采集装置 | |
| Crazzolara et al. | A new multicopter-based unmanned aerial system for pollen and spores collection in the atmospheric boundary layer | |
| CN105403634A (zh) | 一种用于在线直测的细颗粒采集装置及方法 | |
| CN102798553B (zh) | 一种pm2.5单级大气采样切割器 | |
| CN202869934U (zh) | 一种新型的pm2.5质量浓度实时监测装置 | |
| CN102607894B (zh) | 颗粒物切割器的校准系统 | |
| CN206960173U (zh) | 一种大气颗粒采集装置 | |
| CN204241286U (zh) | 烟气等速恒流采样装置 | |
| CN205607711U (zh) | 一种气溶胶颗粒采集装置 | |
| CN209432538U (zh) | 一种无基质干扰型采样器 | |
| CN106092669B (zh) | 一种基于粒径的栅格分级分离空气中颗粒物的方法和装置 | |
| CN104568521B (zh) | 一种大气活性气态汞的被动采样装置 | |
| CN217237389U (zh) | 一种应用于沙尘气溶胶的分级采样装置 | |
| CN203981545U (zh) | 一种pm2.5监测仪 | |
| CN202582951U (zh) | 颗粒物切割器的校准系统 | |
| CN114152713A (zh) | 固定污染源气态和颗粒态重金属采集检测装置及检测方法 | |
| CN217277193U (zh) | 一种沙尘气溶胶离线采样与在线测量装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wu Zhijun Inventor after: Chen Jingchuan Inventor after: Hu Min Inventor before: Wu Zhijun Inventor before: Chen Jingchuan |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |