[发明专利]3nm-20μm气溶胶粒径分布测量仪

说明书

技术领域

本发明属于环境气溶胶测量技术领域，特别涉及一种可测量3nm-20μm气溶胶粒径分布的仪器。

背景技术

近年来人们越来越关注大气颗粒物污染，希望获得大气颗粒物数浓度和粒径分布信息。目前大气颗粒物数浓度和粒径分布的测量主要依靠电学和光学技术，且已有一些商业化的仪器。但大气颗粒物粒径跨度非常宽，从几纳米到几十微米，导致一种技术难以实现全粒径分布谱（即3nm-20μm颗粒物的粒径分布）的测量。现有的商业化仪器在测量大气颗粒物粒径分布时只能获得或纳米、或亚微米、或微米范围内比较窄的一段粒径分布，如常用的空气动力学颗粒物粒径谱仪测量的粒径范围约为530nm到20μm；常规的扫描电迁移率粒径谱仪测量的粒径范围约为20nm到800nm；纳米颗粒物扫描电迁移率粒径谱仪测量的粒径范围约为3nm到150nm。人们在研究和认识大气颗粒物的理化特性时希望同时获得从纳米到微米范围内大气颗粒物的全粒径分布信息。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种3nm-20μm气溶胶粒径分布测量仪。

本发明的目的是提供一种可测量从3nm到20μm气溶胶粒径分布的仪器，实现颗粒物粒径分布全谱的测量。

为实现这一目的，本发明集空气动力学颗粒物粒径谱仪、纳米颗粒物差分电迁移率分析仪、纳米颗粒物凝聚核粒子计数器、亚微米颗粒物差分电迁移率分析仪、亚微米颗粒物凝聚核粒子计数器于一体；用电压/流量控制箱为两个颗粒物分析仪提供分级电压和鞘气；用数据采集卡同步采集颗粒物粒径谱仪和纳米颗粒物凝聚核粒子计数器、亚微米颗粒物凝聚核粒子计数器两个粒子计数器的脉冲信号；用测量控制系统控制电压/流量控制箱的电压输出和鞘气流量，处理和分析数据采集卡输入的脉冲信号，计算颗粒物的传输效率、荷电效率、分离效率和计数效率，输出3nm到20μm气溶胶粒径分布的二维和三维分布图，并将粒径分布数据存储于文件中。

所述的3nm-20μm气溶胶粒径分布测量仪的结构如下：

采样管1通过管路分别与空气动力学颗粒物粒径谱仪2和颗粒物荷电器3连接；颗粒物荷电器3的另一端分成两支管路，分别与第一个层流流量计4和第二个层流流量计6连接；亚微米颗粒物差分电迁移率分析仪5通过管路分别与第一个层流流量计4和亚微米颗粒物凝聚核粒子计数器8连接，同时通过管路和高压电导线与电压/流量控制箱11连接；纳米颗粒物差分电迁移率分析仪9通过管路分别与第二个层流流量计6和纳米颗粒物凝聚核粒子计数器10连接，同时通过管路和高压电导线与电压/流量控制箱11连接；数据采集卡12通过导线分别与空气动力学颗粒物粒径谱仪2、亚微米颗粒物凝聚核粒子计数器8、纳米颗粒物凝聚核粒子计数器10、电压/流量控制箱11以及测量控制系统7连接。

其中，

所述的采样管1材质为金属或导电塑料，以减少颗粒物的损失；

所述的颗粒物荷电器3为X射线荷电器、电晕法荷电器或含有放射性物质的荷电器；

所述的空气动力学颗粒物粒径谱仪2是基于飞行时间测量颗粒物空气动力学粒径的仪器；

所述的纳米颗粒物差分电迁移率分析仪9利用外加电场来选择不同电迁移率的颗粒物，其电场分离区较短，筛分的颗粒物的粒径范围为3nm到60nm；

所述的亚微米颗粒物差分电迁移率分析仪5的电场分离区较长，筛分的颗粒物的粒径范围为20nm到750nm；

所述的纳米颗粒物凝聚核粒子计数器10通过冷凝增长和激光探测测量颗粒物的数量，因其蒸气过饱和度较高，可测量粒径为3nm以上的颗粒物；

所述的亚微米颗粒物凝聚核粒子计数器8因其蒸气过饱和度较低，可测量20nm以上的颗粒物；

所述的数据采集卡12含有多路计数通道、多路模拟输入通道和多路模拟输出通道，能同步采集空气动力学颗粒物粒径谱仪2、纳米颗粒物凝聚核粒子计数器10和亚微米颗粒物凝聚核粒子计数器5的脉冲信号，并将这些信号输入到测量控制系统7；

所述的测量控制系统7用来控制电压/流量控制箱11的分级电压输出和鞘气流量，以及处理和分析数据采集卡12输入的脉冲信号，计算颗粒物的传输效率、荷电效率、分离效率和计数效率，输出3nm到20μm范围内颗粒物粒径分布谱图，并存储粒径分布数据。

本发明的有益效果为：