CN218726897U - 一种气溶胶检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种气溶胶检测装置，包括气体检测腔，设于气体检测腔内部的QCM传感器，气体检测腔开设有进气口和出气口，QCM传感器外接晶振和频率采集装置并由外部电源实现供电；还包括连通进气口的气溶胶发生瓶，以及连通气溶胶发生瓶且用于向气溶胶发生瓶内增压的空气压缩泵，气溶胶发生瓶还开设有用于注入待测样品的注入口，空气压缩泵由外部电源实现供电。本实用新型克服传统气溶胶检测方法检测时间长、检测效率低的问题的不足，装置基于QCM检测技术，结构简单合理，操作简易，可以快速有效地进行气溶胶检测，且这种设计体系特别适用于难挥发物质的检测。

Description

一种气溶胶检测装置

技术领域

本实用新型涉及QCM检测技术领域，更具体地，涉及一种气溶胶检测装置。

背景技术

气溶胶，是指悬浮在气体介质中的固态或液态颗粒所组成的气态分散系统，这些固态或液态颗粒的密度与气体介质的密度可以相差微小，也可以悬殊很大。对气溶胶中分散介质的性质可通过采样法、扫描电镜分析的光学测量法等方式进行测量，但是现有的检测方式普遍检测采样时间长，不能快速、便捷的完成对气溶胶分散介质的检测，导致其应用范围受到了限制。

QCM(石英晶体微天平)是一种高灵敏度质量传感器，其测量原理是基于压电效应，当QCM的电极与待测物质相接触时，待测物质的性质(如质量、粘度、密度等)就会改变QCM的谐振频率，由于QCM谐振频率的变化与待测物质的质量成线性关系，因而可通过谐振频率的变化测得待测物质的变化，因此可基于QCM传感器的原理进行气溶胶分散介质性质的高效检测，有效提高检测效率，因此，针对现有传统气溶胶检测方法检测时间长、检测效率低的问题，基于 QCM传感器的原理设计气溶胶分散介质的检测装置，简化装置结构，提高装置的检测能力。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服传统气溶胶检测方法检测时间长、检测效率低的问题的不足，提供一种气溶胶检测装置，装置基于QCM检测技术，结构简单合理，操作简易，可以快速有效地进行气溶胶检测，且这种设计体系特别适用于将难挥发物质的检测。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种气溶胶检测装置，包括气体检测腔，设于气体检测腔内部的QCM传感器，气体检测腔开设有进气口和出气口，QCM传感器外接晶振和频率采集装置并由外部电源实现供电；还包括连通进气口的气溶胶发生瓶，以及连通气溶胶发生瓶且用于向气溶胶发生瓶内增压的空气压缩泵，气溶胶发生瓶还开设有用于注入待测样品的注入口，空气压缩泵由外部电源实现供电。

需要说明的是，QCM传感器是根据输出频率相对于固有频率的变化而实现检测的测量器件元件，通过在石英晶片表面涂覆一些气体敏感材料，该材料对特定的气溶胶分子有识别作用，从而会引起石英晶片表面质量变化，进而引起振荡频率变化，进而通过石英晶片表面连接的金属电极测出其输出频率相对于固有频率的变化值，最后由频率与质量呈线性关系的Sauerbrey方程，便可实现对特定目标分子的检测。

本实用新型基于QCM传感器并外接晶振和频率采集装置，实现对经过QCM 传感器的气溶胶进行检测，具体操作如下：向气溶胶发生瓶中注入待检测的样品，并被QCM传感器检测后经出气口排出。本实用新型利用空气压缩泵快速分散待检测样品，并利用QCM传感器检测石英晶片的振荡频率变化微量变化，利用能够快速有效地进行气溶胶检测，结构简单合理，而且操作简易，这种设计体系特别适用于将难挥发物质的检测。

进一步的，气体检测腔和气溶胶发生瓶之间还设有气体管道。

进一步的，气体管道的流道走向呈波浪型。

需要说明的是，气体管道的管径一般需要设置的比气溶胶发生瓶和空气压缩泵之间的管道更粗，其原因在于气体管道选用粗管能够减少气溶胶在软管中液化，气体管道能够对气溶胶进行一定缓冲，同时增加气溶胶运动距离，促进待检测样品的充分分散；而气溶胶发生气瓶、空气压缩泵通过较细的气管相连能够保证压缩空气的气压；气体管道可采用软管形式来实现波浪型流道，也可采用一体注塑方式制作，波浪型的流道能够进一步优化缓冲效果和延长气溶胶运动路径。

进一步的，气体检测腔的数量为三个且并列排布，每个气体检测腔均分别连通一个气溶胶发生瓶和一个空气压缩泵。

进一步的，还包括壳体，壳体的一端开设有开口朝上的气室，以及气密可拆卸连接气室开口的气室端盖，气室内侧壁和气室端盖之间形成气体检测腔，进气口和出气口分别开设于气室的相对两侧侧壁上，气体管道被壳体围设在内部。

需要说明的是，共提供三个气体检测腔，让三个检测同时进行，能够进一步提高检测的效率，同时三个气体检测腔和各自管道之间相互独立，互不影响。

进一步的，QCM传感器包括开有通孔的检测池主体，均匀围设在通孔外周的若干第一金属弹簧触点，若干第一金属弹簧触点的一端通过电线相互连接且埋设在检测池主体内部，若干第一金属弹簧触点的另一端可在检测池主体的端面上下活动；

还包括与检测池主体可拆卸连接且覆盖住通孔的一端端口的检测池端盖，检测池端盖上嵌设有与若干第一金属弹簧触点结构相同且位置相对应的若干第二金属弹簧触点；还包括连接若干第一金属弹簧触点和若干第二金属弹簧触点且被卡固在二者中间的检测传感芯片；

检测池端盖与气室端盖固定连接，检测池端盖与气室端盖上还开设有供电线通过的过线孔，电线通过过线孔外接晶振和频率采集装置并由外部电源实现供电。

需要说明的是，本方案中的检测传感芯片为涂覆了气体敏感材料的石英晶片，也即QCM传感器的核心元件，第一金属弹簧触点通过电线串联在一起，形成一个电极，同理第二金属弹簧触点也通过电线串联在一起，形成另一个电极，此为现有的技术手段。一般地，采购初始石英晶片，石英晶片上没有修饰气体敏感材料，通过在石英晶片上涂覆一层气体敏感材料，具体可以是MOF，COF，MOC 等新型多孔材料。当石英晶片表面涂覆一层气体敏感材料后，就对特定的气溶胶分子有识别作用，发生分子识别后，石英晶片的质量增加，其振动频率就会下降，所以通过这个下降的频率值推算表面结合的分子情况进行QCM检测。针对不同的待测样品，可灵活更换涂覆不同气体敏感材料的传感芯片，并将传感芯片涂有气体敏感材料的一面朝向气体检测腔放置；第二金属弹簧触点的嵌设端也可同时贯穿检测池端盖和气室端盖进行固定，便于实际安装。

进一步的，检测池主体和检测池端盖之间通过若干第一磁铁可拆卸连接，若干第一磁铁分别嵌设于检测池主体和检测池端盖相对一侧的对应位置上；气室端盖与壳体之间通过若干第二磁铁可拆卸连接，若干第二磁铁分别嵌设于气室端盖与壳体相对一侧的对应位置上。磁铁吸附的方式能够方便拆卸，同时具有较好的密闭性，另外，第一磁铁和第二磁铁的设置位置一般可设在检测池主体、检测池端盖、气室端盖和壳体的对称四角上，保证可靠性。

进一步的，检测池主体内部镂空有贯通每个第一金属弹簧触点一端的电线通道，电线通道在检测池主体侧壁上还开设有导通窗。

这样，电线通道使得第一金属弹簧触点的电线焊接端相通，焊接的电线可以通过电线通道连接到每一个弹簧触点，便于电线的焊接；而且电线通道在检测池主体侧壁上开设有导通窗，便于焊接和安装，开设在侧面，电线和焊接点不会完全暴露于检测的气溶胶中，在一定程度上也会减慢电线老化同时保护焊接点。

进一步的，通孔的内部流道形状为相互连通的锥台段和圆柱段，锥台段的大口径端朝向气体检测腔，检测传感芯片卡固于圆柱段端面和检测池端盖之间。锥台段的大口径端朝向气体检测腔增加气溶胶经过体积，提高测量精度。

进一步的，通孔的圆柱段的端面外沿为环形凸台，若干第一金属弹簧触点嵌设位置位于环形凸台内，检测池端盖上开设有环形凸台相匹配的扣接槽，若干第二金属弹簧触点嵌设位置位于扣接槽内。设置扣接的方式能够有效提升二者的连接可靠性，保证结构稳定和使用的稳定效果。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过空气压缩泵产生压缩空气冲入气溶胶发生气瓶中，形成气溶胶，气溶胶进入气体检测腔并流动经过QCM传感器，基于QCM传感器实现对经过的气溶胶进行高效检测，利用空气压缩泵快速分散待检测样品，并利用QCM 传感器检测石英晶片的振荡频率变化微量变化，利用能够快速有效地进行气溶胶检测，结构简单合理，而且操作简易，这种设计体系特别适用于将难挥发物质的检测。

附图说明

图1为本实用新型的爆炸图；

图2为本实用新型的整体结构图；

图3为本实用新型中壳体的结构示意图；

图4为本实用新型中QCM传感器和气室端盖的连接示意图；

图5为本实用新型中检测池主体的结构示意图；

图6为图5中从C向看的示意图；

图7为图6中A-A处的剖视图。

图示标记说明如下：

10-气体检测腔，11-进气口，12-出气口，21-检测池主体，211-通孔，212- 电线通道，213-环形凸台，22-第一金属弹簧触点，23-检测池端盖，231-扣接槽， 24-第二金属弹簧触点，25-检测传感芯片，26-第一磁铁，27-第二磁铁，3-气溶胶发生瓶，4-空气压缩泵，5-壳体，51-气室端盖，6-气体管道。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例1

如图1至图2所示，一种气溶胶检测装置，包括气体检测腔10，设于气体检测腔10内部的QCM传感器，气体检测腔10开设有进气口11和出气口12， QCM传感器外接晶振和频率采集装置并由外部电源实现供电；还包括连通进气口11的气溶胶发生瓶3，以及连通气溶胶发生瓶3且用于向气溶胶发生瓶3内增压的空气压缩泵4，气溶胶发生瓶3还开设有用于注入待测样品的注入口，空气压缩泵4由外部电源实现供电。

需要说明的是，QCM传感器是根据输出频率相对于固有频率的变化而实现检测的测量器件元件，通过在石英晶片表面涂覆一些气体敏感材料，该材料对特定的气溶胶分子有识别作用，从而会引起石英晶片表面质量变化，进而引起振荡频率变化，进而通过石英晶片表面连接的金属电极测出其输出频率相对于固有频率的变化值，最后由频率与质量呈线性关系的Sauerbrey方程，便可实现对特定目标分子的检测。

本实施例基于QCM传感器并外接晶振和频率采集装置，实现对经过QCM 传感器的气溶胶进行检测，具体操作如下：向气溶胶发生瓶3中注入待检测的样品，并被QCM传感器检测后经出气口12排出。本实用新型利用空气压缩泵4 快速分散待检测样品，并利用QCM传感器检测石英晶片的振荡频率变化微量变化，利用能够快速有效地进行气溶胶检测，结构简单合理，而且操作简易，这种设计体系特别适用于将难挥发物质的检测。

如图1至图3所示，气体检测腔10和气溶胶发生瓶3之间还设有气体管道 6。

本实施例中，气体管道6的流道走向呈波浪型。

本实施例中，气体管道6的管径设置的比气溶胶发生瓶3和空气压缩泵4之间的管道更粗，气体管道6选用粗管能够减少气溶胶在软管中液化，气体管道6 能够对气溶胶进行一定缓冲，同时增加气溶胶运动距离，促进待检测样品的充分分散；而气溶胶发生气瓶3、空气压缩泵4只需要通过较细的气管相连能够保证压缩空气的气压；本实施例中的气体管道6采用软管形式来实现波浪型流道，波浪型的流道能够进一步优化缓冲效果和延长气溶胶运动路径。

如图2至图3所示，气体检测腔10的数量为三个且并列排布，每个气体检测腔10均分别连通一个气溶胶发生瓶3和一个空气压缩泵4。

如图1至图3所示，还包括壳体5，壳体5的一端开设有开口朝上的气室，以及气密可拆卸连接气室开口的气室端盖51，气室内侧壁和气室端盖51之间形成气体检测腔10，进气口11和出气口12分别开设于气室的相对两侧侧壁上，气体管道6被壳体5围设在内部。

本实施例中，共提供三个气体检测腔10，让三个检测同时进行，能够进一步提高检测的效率，同时三个气体检测腔10和各自管道之间相互独立，互不影响。

如图4和图5所示，QCM传感器包括开有通孔211的检测池主体21，均匀围设在通孔211外周的若干第一金属弹簧触点22，若干第一金属弹簧触点22的一端通过电线相互连接且埋设在检测池主体21内部，若干第一金属弹簧触点22 的另一端可在检测池主体21的端面上下活动；

还包括与检测池主体21可拆卸连接且覆盖住通孔211的一端端口的检测池端盖23，检测池端盖23上嵌设有与若干第一金属弹簧触点22结构相同且位置相对应的若干第二金属弹簧触点24；还包括连接若干第一金属弹簧触点22和若干第二金属弹簧触点24且被卡固在二者中间的检测传感芯片25；

检测池端盖23与气室端盖51固定连接，检测池端盖23与气室端盖51上还开设有供电线通过的过线孔，电线通过过线孔外接晶振和频率采集装置并由外部电源实现供电。

需要说明的是，本实施例中的检测传感芯片25即为涂覆了气体敏感材料的石英晶片，也即QCM传感器的核心元件，第一金属弹簧触点22通过电线串联在一起，形成一个电极，同理第二金属弹簧触点24也通过电线串联在一起，形成另一个电极，此为现有的技术手段。采购初始石英晶片，石英晶片上没有修饰气体敏感材料，通过在石英晶片上涂覆一层气体敏感材料，具体可以是MOF，COF， MOC等新型多孔材料。当石英晶片表面涂覆一层气体敏感材料后，就对特定的气溶胶分子有识别作用，发生分子识别后，石英晶片的质量增加，其振动频率就会下降，所以通过这个下降的频率值推算表面结合的分子情况进行QCM检测。针对不同的待测样品，可灵活更换涂覆不同气体敏感材料的传感芯片，并将传感芯片涂有气体敏感材料的一面朝向气体检测腔10放置。

本实施例中，第二金属弹簧触点24的嵌设端同时贯穿检测池端盖23和气室端盖51进行固定，便于实际安装。

实施例2

本实施例与实施例1类似，所不同之处在于，本实施例中：

如图6所示，检测池主体21和检测池端盖23之间通过若干第一磁铁26可拆卸连接，若干第一磁铁26分别嵌设于检测池主体21和检测池端盖23相对一侧的对应位置上；如图3所示，气室端盖51与壳体5之间通过若干第二磁铁27 可拆卸连接，若干第二磁铁27分别嵌设于气室端盖51与壳体5相对一侧的对应位置上。

磁铁吸附的方式能够方便拆卸，同时具有较好的密闭性，本实施例中，第一磁铁26和第二磁铁27的设置在检测池主体21、检测池端盖23、气室端盖51和壳体5的对称四角上，保证可靠性。

本实施例的其他结构和原理均与实施例1相同。

实施例3

本实施例与实施例2类似，所不同之处在于，本实施例中：

如图5和图7所示，检测池主体21内部镂空有贯通每个第一金属弹簧触点22一端的电线通道212，电线通道212在检测池主体21侧壁上还开设有导通窗。

这样，电线通道212使得第一金属弹簧触点22的电线焊接端相通，焊接的电线可以通过电线通道连接到每一个弹簧触点，便于电线的焊接；而且电线通道 212在检测池主体21侧壁上开设有导通窗，便于焊接和安装，开设在侧面，电线和焊接点不会完全暴露于检测的气溶胶中，在一定程度上也会减慢电线老化同时保护焊接点。

如图7所示，通孔211的内部流道形状为相互连通的锥台段和圆柱段，锥台段的大口径端朝向气体检测腔10，检测传感芯片25卡固于圆柱段端面和检测池端盖23之间。锥台段的大口径端朝向气体检测腔10增加气溶胶经过体积，提高测量精度。

如图6和图7所示，通孔211的圆柱段的端面外沿为环形凸台213，若干第一金属弹簧触点22嵌设位置位于环形凸台213内，检测池端盖23上开设有环形凸台213相匹配的扣接槽231，若干第二金属弹簧触点24嵌设位置位于扣接槽231内。设置扣接的方式能够有效提升二者的连接可靠性，保证结构稳定和使用的稳定效果。

本实施例的其他结构和原理均与实施例2相同。

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。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气溶胶检测装置，其特征在于，包括气体检测腔(10)，设于所述气体检测腔(10)内部的QCM传感器，所述气体检测腔(10)开设有进气口(11)和出气口(12)，所述QCM传感器外接晶振和频率采集装置并由外部电源实现供电；还包括连通所述进气口(11)的气溶胶发生瓶(3)，以及连通所述气溶胶发生瓶(3)且用于向所述气溶胶发生瓶(3)内增压的空气压缩泵(4)，所述气溶胶发生瓶(3)还开设有用于注入待测样品的注入口，所述空气压缩泵(4)由外部电源实现供电。

2.根据权利要求1所述的一种气溶胶检测装置，其特征在于，所述气体检测腔(10)和所述气溶胶发生瓶(3)之间还设有气体管道(6)。

3.根据权利要求2所述的一种气溶胶检测装置，其特征在于，所述气体管道(6)的流道走向呈波浪型。

4.根据权利要求1所述的一种气溶胶检测装置，其特征在于，所述气体检测腔(10)的数量为三个且并列排布，每个气体检测腔(10)均分别连通一个气溶胶发生瓶(3)和一个空气压缩泵(4)。

5.根据权利要求2所述的一种气溶胶检测装置，其特征在于，还包括壳体(5)，所述壳体(5)的一端开设有开口朝上的气室，以及气密可拆卸连接所述气室开口的气室端盖(51)，所述气室内侧壁和所述气室端盖(51)之间形成所述气体检测腔(10)，所述进气口(11)和所述出气口(12)分别开设于所述气室的相对两侧侧壁上，所述气体管道(6)被所述壳体(5)围设在内部。

6.根据权利要求5所述的一种气溶胶检测装置，其特征在于，所述QCM传感器包括开有通孔(211)的检测池主体(21)，均匀围设在所述通孔(211)外周的若干第一金属弹簧触点(22)，所述若干第一金属弹簧触点(22)的一端通过电线相互连接且埋设在所述检测池主体内部，所述若干第一金属弹簧触点(22)的另一端可在所述检测池主体(21)的端面上下活动；

还包括与所述检测池主体(21)可拆卸连接且覆盖住所述通孔(211)的一端端口的检测池端盖(23)，所述检测池端盖(23)上嵌设有与所述若干第一金属弹簧触点(22)结构相同且位置相对应的若干第二金属弹簧触点(24)；还包括连接所述若干第一金属弹簧触点(22)和若干第二金属弹簧触点(24)且被卡固在二者中间的检测传感芯片(25)；

所述检测池端盖(23)与所述气室端盖(51)固定连接，所述检测池端盖(23)与所述气室端盖(51)上还开设有供所述电线通过的过线孔，所述电线通过过线孔外接晶振和频率采集装置并由外部电源实现供电。

7.根据权利要求6所述的一种气溶胶检测装置，其特征在于，所述检测池主体(21)和所述检测池端盖(23)之间通过若干第一磁铁(26)可拆卸连接，所述若干第一磁铁(26)分别嵌设于所述检测池主体(21)和所述检测池端盖(23)相对一侧的对应位置上；所述气室端盖(51)与所述壳体(5)之间通过若干第二磁铁(27)可拆卸连接，所述若干第二磁铁(27)分别嵌设于所述气室端盖(51)与所述壳体(5)相对一侧的对应位置上。

8.根据权利要求6所述的一种气溶胶检测装置，其特征在于，所述检测池主体(21)内部镂空有贯通每个第一金属弹簧触点(22)一端的电线通道(212)，所述电线通道(212)在所述检测池主体(21)侧壁上还开设有导通窗。

9.根据权利要求6所述的一种气溶胶检测装置，其特征在于，所述通孔(211)的内部流道形状为相互连通的锥台段和圆柱段，所述锥台段的大口径端朝向所述气体检测腔(10)，所述检测传感芯片(25)卡固于所述圆柱段端面和所述检测池端盖(23)之间。

10.根据权利要求9所述的一种气溶胶检测装置，其特征在于，所述通孔(211)的圆柱段的端面外沿为环形凸台(213)，所述若干第一金属弹簧触点(22)嵌设位置位于所述环形凸台(213)内，所述检测池端盖(23)上开设有所述环形凸台(213)相匹配的扣接槽(231)，所述若干第二金属弹簧触点(24)嵌设位置位于所述扣接槽(231)内。

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