CN213398080U - 大气颗粒物监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种大气颗粒物监测装置，包括：用于对气体进行干燥除湿的除湿单元、控制单元以及用于对气体中的颗粒物进行监测分析的颗粒物测试仪，除湿单元包括外壳以及气体干燥管，外壳的内壁与气体干燥管的外壁之间形成吹扫气路，外壳的两端分别设有与吹扫气路连通的吹扫气进气口和吹扫气出气口，吹扫气进气口分别与节流装置和电磁阀连通，吹扫气出气口与抽气泵的进气口连通，气体干燥管的一端与外部连通形成样气的进气口，另一端为出气口，并与颗粒物测试仪的进气口连通，颗粒物测试仪的出气口设有湿度传感器，湿度传感器和电磁阀分别与控制单元连接。本实用新型只将样品气体内的湿气去除，不影响样品气体里的颗粒物质量浓度。
Description
技术领域
本实用新型涉及大气颗粒物监测技术领域，更具体地，涉及一种大气颗粒物监测分析装置。
背景技术
大气颗粒物是影响人体健康、大气能见度和地球辐射平衡的重要污染物，细颗粒物PM2.5因其特有的性质和危害，已经越来越受到人们的关注，因此对于PM2.5的分析监测技术不断的发展。当前大气颗粒物的自动测量绝大部分使用的是β射线法和微量震荡天平法。
β射线法是利用β射线衰减原理，β射线的能量衰减和颗粒物的浓度成比例关系。β射线法颗粒物测试仪通常由PM10采样头、PM2.5切割器、样品动态加热系统、采样泵和分析主机组成。
样品动态加热系统是通过加热的方式将湿度大的样品气体的相对湿度调节至40％～50％的范围，减少水汽的干扰。样品动态加热系统主要是由加热管组件、湿度传感器和控制器组成，当检测到空气湿度较大时，则控制加热管对样气进行加热，一般设置在40℃至50℃之间，使样气气体通过加热管后的相对湿度在40％～50％。
在使用动态加热的方式后，减轻了湿度对颗粒物测量的影响，但加热的方式仍然会造成颗粒物中部分挥发性有机物的损失，造成测量误差并影响测量精度。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种精度较高的大气颗粒物监测装置。
根据本实用新型的一个方面，提供了一种大气颗粒物监测装置，包括：用于对气体进行干燥除湿的除湿单元、控制单元、切割器以及用于对气体中的颗粒物进行监测分析的颗粒物测试仪，所述除湿单元包括外壳以及收容于所述外壳内的气体干燥管，所述外壳的内壁与气体干燥管的外壁之间形成吹扫气路，所述外壳的两端分别设有与所述吹扫气路连通的吹扫气进气口和吹扫气出气口，所述吹扫气进气口分别与节流装置和电磁阀连通，所述吹扫气出气口与抽气泵的进气口连通，所述气体干燥管的一端与外部连通形成样气的进气口，另一端为出气口，所述出气口与所述颗粒物测试仪的进气口连通，所述颗粒物测试仪的出气口设有湿度传感器，所述湿度传感器和电磁阀分别与所述控制单元连接。
优选地，所述气体干燥管为氟聚合物气态除湿管。
优选地，所述气体干燥管为Nafion管。
优选地，该装置还包括用于对大气中的颗粒物的粒径进行筛分的切割器，所述Nafion管的一端通过所述切割器外部连通。
优选地，所述节流装置为节流管路或节流阀。
优选地，所述节流装置和电磁阀的一端分别通过过滤器与外部连通。
优选地，所述抽气泵采用气流流速可控的气泵，所述抽气泵与控制单元连接，所述抽气泵的抽取流量在1SLPM时，其真空度不低于-80Kpa。
优选地，所述控制单元包括与所述湿度传感器和电磁阀连接的PLC或单片机。
优选地，所述Nafion管的长度不小于0.5米，直径不小于12.7毫米。
优选地，所述颗粒物测试仪为β射线法大气颗粒物测试仪。
本实用新型的有益效果如下：
本实用新型大气颗粒物监测装置采用颗粒物动态干燥装置进行除湿，只将样品气体内的湿气去除，不影响样品气体里的颗粒物浓度，避免了样品气体里的湿度对颗粒物测试仪造成测量误差。在进行动态干燥过程中，无需对样品气体进行加热，避免了加热造成颗粒物中部分挥发性有机物的损失，提高颗粒物测试仪在自动监测过程中的准确性。
本实用新型的装置进行动态干燥，将样品气体的相对湿度干燥至一个稳定的范围内，可增加颗粒物测试仪在自动监测过程中的稳定性。
本实用新型不同于动态加热控制原理(通过加热气体温度降低气体相对湿度)的监测设备，本实用新型无需加热，且能通过去除气体中水分的方法动态控制出口气体湿度，不影响样品气体里的颗粒物质量浓度。
附图说明
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例和附图对本实用新型做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。
在图1所示的本实用新型大气颗粒物监测装置的一个实施例中，该监测装置包括除湿单元、控制单元200、切割器400和颗粒物测试仪300，所述除湿单元用于对大气样品进行除湿，经除湿干燥后的样气进入颗粒物测试仪300后计算出样气中的颗粒物浓度。
具体的，除湿单元包括外壳101与收容于外壳101内的气体干燥管102，外壳101的内壁与气体干燥管102的外壁之间形成吹扫气路，外壳101的两端分别设有与所述吹扫气路连通的吹扫气进气口103和吹扫气出气口104，吹扫气进气口103分别与节流装置105和电磁阀106连通，节流装置105与电磁阀106并联设置。吹扫气出气口104与抽气泵107的进气口连通，当抽气泵107工作时，能够使外界空气流经所述吹扫气路与气体干燥管102的外侧表面接触。
气体干燥管102的一端与切割器400连通，用于使外部的大气通过切割器400进入其内部，另一端与颗粒物测试仪300的进气口连通，经过气体干燥管102除湿干燥后的样气进入颗粒物测试仪300进行颗粒物浓度的测量。
切割器400可以是PM10、PM5或PM2.5切割器，在一个实施例中，切割器400为PM2.5切割器，PM2.5切割器是将大气颗粒物中空气动力学直径小于或等于2.5um颗粒物分离出来，所述切割器与Nafion干燥管进气口连接，从而颗粒物测试仪300能够测量PM2.5的颗粒物浓度。
需要说明的是气体干燥管102的材料是一种高分子膜材料，该高分子材料也是一种氟聚合物，通过将该高分子膜材料在挤出机中按照设定的条件挤出不同直径的高分子膜干燥管或者氟聚合物干燥管，该高分子膜干燥管在湿度差或水分子压力差条件下具有独特气态水分子迁移特性，利用该特性去除样气中的气态水分子进行干燥除湿，因而该干燥管具有气态除湿特性。该高分子膜干燥管可以单个使用对一定流量的样气进行除湿，或将多个高分子膜干燥管组合对流量大的样气进行除湿。
在一个实施例中，气体干燥管102为Nafion管，Nafion管利用管壁外侧的吹扫气体与管内侧的样气之间的湿度差，对样气进行干燥除湿。当Nafion管外侧的吹扫气体的湿度小于Nafion管内侧的样气的湿度时，在Nafion管的内外壁产生一个水分子的压差，通过这个湿度差作为驱动力把流经Nafion管内侧的样气中的水分子源源不断的迁移到Nafion的外壁，并经抽气泵107把迁移出来的水分子吹扫到外界。为了保证除湿干燥的效果，该实施例中Nafion管直径应不小于12.7mm，长度不小于0.5m。
颗粒物测试仪300出气口连接有湿度传感器108，湿度传感器108和电磁阀106分别与控制单元200连接。控制单元200预先设定有湿度值，例如30％-40％，当湿度传感器108检测出样气的湿度数值，并且控制单元200接收该湿度数值后，控制单元200将该湿度数值与预设的湿度数值进行比较，当检测的湿度数值大于预设的湿度数值时，控制单元200向电磁阀106发送关闭指令，电磁阀106接收该关闭指令后执行关闭，此时，外部空气从节流装置105经吹扫气进气口103进入吹扫气路，对气体干燥管102的外侧表面进行吹扫，并经吹扫气出气口104和抽气泵107后排出外界。
由于节流装置105的节流作用，使得气体干燥管102外侧的吹扫气路处于负压状态，从而该处的吹扫气体的相对湿度小于气体干燥管102内通过的样气的相对湿度值，进而实现对样气的除湿干燥。
当湿度传感器108检测出样气的湿度数值小于控制单元200预收的湿度数值时，控制单元200控制电磁阀106打开，此时，外部空气从电磁阀106进入吹扫气路，由于吹扫气路与气体干燥管102内的样气都处于常压下，二者的相对湿度数值相等，因而不会对气体干燥管102内的样气进行除湿干燥。
本实用新型的大气颗粒物监测装置通过连续检测经过颗粒物监测仪后的样气的相对湿度数值，将该相对湿度数值与预设的相对湿度数值进行比较，并通过电磁阀106的打开和关闭，调整是否对样气进行干燥，可以动态的控制样品气体的相对湿度处于预设范围内，保证进入颗粒物监测仪300的样气的湿度稳定，避免了气体湿度变化过大对颗粒物浓度检测的干扰。
此外，由于采用气体干燥管对样气进行干燥，也避免了加热样气除湿干燥的方式造成颗粒物中部分挥发性有机物的损失，从而避免了造成测量误差并影响测量精度。
在一个实施例中，节流装置105可以是节流管路或节流阀，节流装置105和电磁阀106的一端分别与气体过滤器109连接，使得经过滤后的空气进入吹扫气路。
在一个实施例中，抽气泵107采用气流流速可控的气泵，抽气泵107与控制单元200连接，当湿度传感器108检测到的样气相对湿度数值远大于预设的相对湿度数值时，控制单元200可控制抽气泵107增大抽气气流流速，使样气的相对湿度较快下降。
在一个实施例中，抽气泵107的抽取流量在1SLPM时，其真空度不低于-80Kpa。
在一个实施例中，控制单元包括控制器PLC或单片机，所述PLC或单片机分别与电磁阀106、湿度传感器108连接。
在一个实施例中，颗粒物测试仪300为β射线法大气颗粒物测试仪，β射线法的大气颗粒物测试仪根据β射线吸收原理设计，β射线是一种高速电子流，高能量的粒子14C发射出来碰到尘粒子时，能量减退或被粒子吸收，β射线强度一定时，被吸收量大小只与吸收物质的质量有关，与吸收物的物化特性无关。颗粒物测试仪的抽气泵对大气进行采样，在采样时测试仪实时监控抽气的流量，大气中的悬浮颗粒物被吸附在β源与闪烁体探测器之间的滤纸表面，抽气前后闪烁体探测器计数值的改变反映了滤纸上吸附颗粒物的质量，根据采样体积换算为单位体积空气中悬浮颗粒物的浓度。
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种大气颗粒物监测装置，其特征在于，包括：用于对气体进行干燥除湿的除湿单元、控制单元以及用于对气体中的颗粒物进行监测分析的颗粒物测试仪，所述除湿单元包括外壳以及收容于所述外壳内的气体干燥管，所述外壳的内壁与气体干燥管的外壁之间形成吹扫气路，所述外壳的两端分别设有与所述吹扫气路连通的吹扫气进气口和吹扫气出气口，所述吹扫气进气口分别与节流装置和电磁阀连通，所述吹扫气出气口与抽气泵的进气口连通，所述气体干燥管的一端与外部连通形成样气的进气口，另一端为出气口，所述出气口与所述颗粒物测试仪的进气口连通，所述颗粒物测试仪的出气口设有湿度传感器，所述湿度传感器和电磁阀分别与所述控制单元连接。
2.根据权利要求1所述的一种大气颗粒物监测装置，其特征在于，所述气体干燥管为氟聚合物气态除湿管。
3.根据权利要求1所述的一种大气颗粒物监测装置，其特征在于，所述气体干燥管为Nafion管。
4.根据权利要求3所述的一种大气颗粒物监测装置，其特征在于，该装置还包括用于对大气中的颗粒物的粒径进行筛分的切割器，所述Nafion管的一端通过所述切割器与外部连通。
5.根据权利要求1所述的一种大气颗粒物监测装置，其特征在于，所述节流装置为节流管路或节流阀。
6.根据权利要求1所述的一种大气颗粒物监测装置，其特征在于，所述节流装置和电磁阀的一端分别通过过滤器与外部连通。
7.根据权利要求1所述的一种大气颗粒物监测装置，其特征在于，所述抽气泵采用气流流速可控的气泵，所述抽气泵与控制单元连接，所述抽气泵的抽取流量在1SLPM时，其真空度不低于-80Kpa。
8.根据权利要求1所述的一种大气颗粒物监测装置，其特征在于，所述控制单元包括与所述湿度传感器和电磁阀连接的PLC或单片机。
9.根据权利要求3所述的一种大气颗粒物监测装置，其特征在于，所述Nafion管的长度不小于0.5米，直径不小于12.7毫米。
10.根据权利要求1所述的一种大气颗粒物监测装置，其特征在于，所述颗粒物测试仪为β射线法大气颗粒物测试仪。
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