[发明专利]用于气溶胶粒径分布测量的电压和流量控制系统

说明书

技术领域

本发明属于环境气溶胶技术领域，特别涉及一种用于气溶胶粒径分布测量的电压和流量控制系统。

背景技术

采用电迁移率的方法对气溶胶粒径分布进行测量的仪器，通常需要给系统提供高压和鞘气，才能完成气溶胶在差分电迁移率分析仪（DMA）中迁移，并筛选出不同粒径的颗粒物。因此，电压和流量控制系统是气溶胶测量仪器的核心组成部分。

目前气溶胶研究越来越受到国内外的关注。我国新修订的《环境空气质量标准》也纳入PM_2.5这一指标，将在全国范围内逐步实现PM_2.5的监测。现有的气溶胶粒径分布测量仪器多采用负高压电源，这影响了气溶胶粒径分布测量的灵敏度。因为气溶胶经过双极性荷电器后，带负电的颗粒物所占比例明显高于带正电荷的颗粒物的比例，所以采用负高压电源提供给DMA而筛选带正电的气溶胶进行测量，这降低了仪器的灵敏度。同时这些仪器的构造复杂，灵活性不足，在拆卸、更换和多系统集成过程都存在不便之处。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种用于气溶胶粒径分布测量的电压和流量控制的独立运行系统，该系统可用来产生高压和不含颗粒物且流量稳定的鞘气，能灵活地与不同公司和不同型号的差分电迁移率分析仪（DMA）和凝聚核粒子计数器（CPC）组合构成一套完整的测量不同粒径范围的气溶胶粒径谱仪，适合于实验室测量和外场观测使用。

一种用于气溶胶粒径分布测量的电压和流量控制系统，包括电压控制和鞘气流量控制两部分：

所述的电压控制部分主要包括高压电模块1、电路板12和数据采集卡14；

所述的鞘气流量控制部分包括气体进口2、前置过滤器3、绝对压强传感器4、质量流量计5、温湿度传感器6、风机7、限流孔8、散热管9、后置过滤器10、气体出口11、电路板12、直流电压转换模块13、数据采集卡14和T型三通15；

电路板12通过导线分别和高压电模块1、直流电压转换模块13、数据采集卡14、绝对压强传感器4、质量流量计5、温湿度传感器6相连；直流电压转换模块13通过导线和风机7相连；

所述的气体进口2、前置过滤器3、T型三通15、质量流量计5、风机7、限流孔8、散热管9、后置过滤器10和气体出口11通过管路依次相连；温湿度传感器6通过管路和所述的T型三通15的垂直通道相连；绝对压强传感器4通过管路和T型三通15相连。

其中，

所述的高压电模块1的工作电压为12V、电流为0.4A；调节电压为0-5V，输出电压为0-10kV；

气体进口2和前置过滤器3之间，以及后置过滤器10和气体出口11之间用3/8英寸Tygon软管连接；

前置过滤器3和T型三通15之间通过3/8英寸NPT（National Pipe Thread）外螺纹连接；温湿度传感器6与T型三通15的连接处使用1/2英寸聚四氟乙烯（PTFE）卡套，温湿度传感器6的感应端完全置于气路中，并采用标准M8接头与电路板12连接；T型三通15的底端固定1/16英寸的软管接头，用1/16英寸软管与绝对压强传感器4连接；T型三通15与质量流量计5之间用3/8英寸转1/4英寸NPT内螺纹变径接头连接；

所述的质量流量计5与风机7之间采用一端为1/4英寸NPT内螺纹，另一端为3/8英寸软管接头连接；

所述的散热管9是直径为3/8英寸的铜管；散热管9的两端固定直径为3/8英寸卡套式软管接头，用于与风机7和后置过滤器10连接；

所述的前置过滤器3和后置过滤器10均为HEPA过滤器，使用丙烯酸高聚物滤膜，从而使对颗粒物的截留效率达到99.97%，同时气体通过时压力损失低；

所述的限流孔8的孔径为0.005英寸至0.05英寸；安装在风机7和散热管9之间，用以调节管道中的气流阻力；

所述的风机7的机体完全密封，体积小、发热量低、噪声小、使用寿命长；

直流电压转换模块13的输出端与风机7的电源线连接；通过调节直流电压转换模块13的调节端电压，使得输出电压即风机7的工作电压发生变化，实现管路中气体流量的调节；所述的风机7的工作电压为0-15V；

所述的直流电压转换模块13的工作电压为12V，调节端电压范围为1.25-2.5V，对应模块输出电压为7.5-15V；具有隔离、准确远程电压调节、过热和过电流保护、抗干扰性强和稳定等特点，能精确地输出稳定的电压；