[发明专利]一种大气超细颗粒物数浓度测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种大气超细颗粒物数浓度测量装置，属于大气气溶胶监测技术领域。

背景技术

大气颗粒物对环境和人体健康有一定程度的危害，并且随着数浓度的增加、粒径的减小，大气颗粒物对人体健康的危害越大。流行病学和毒理学方法研究发现，大气超细颗粒物与人体呼吸系统、心血管系统的疾病和死亡有明显的相关性。研究者认为，大气颗粒物的数浓度和化学组成是影响人体健康的主要因素，而不是以前所认为的质量浓度。大气超细颗粒物数浓度高、粒径小，易在肺内沉积，同时其表面积较大，易吸附多种有害物质，在大气化学过程中起着十分重要的作用。其中，大气气溶胶颗粒物的数浓度和粒径分布信息是了解气溶胶对气候、大气能见度及人体健康影响的重要信息。传统的单机激光散射仪可以得到的最小检测限是0.1μm，最高检测限是3到10μm，已经无法满足超细颗粒物的检测要求，专利CN102890045A中提到的测量装置可以测量的颗粒物粒径范围为10nm—10μm，最小检测限只能到10nm，无法测量更小粒径的颗粒物，其采用大气颗粒物直接与饱和溶液蒸气直接混合，易造成颗粒物的扩散损失和影响凝结核效率，从而影响到测量的结果。因此，需要设计一种能够测量更小粒径的大气气溶胶颗粒物的测量装置。

发明内容

本发明的目的是：克服现有技术的不足，提供一种大气超细颗粒物数浓度测量装置，可以对粒径范围在3nm—5μm之间的颗粒物计数浓度进行测量。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种大气超细颗粒物数浓度测量装置，其特征在于包括：大气气流通道、样气气流通道、壳气气流通道、进气装置、饱和溶液装置、冷凝装置、光学探测装置；所述的进气装置包括大气进气装置、样气进气装置和壳气进气装置；所述的大气气流通道包括气泵和第一流量计；所述的壳气气流通道包括过滤器和第二流量计；所述样气气流通道包括第三流量计；所述的饱和溶液装置包括饱和工作溶液储存装置、废液储存装置、蒸气管道、金属块、加热棒、液位传感器；所述的光学探测装置包括激光二极管、准直透镜、柱面透镜、黑色遮挡体、凸透镜组和光电探测器；大气作为总气流通过大气气流通道的第一流量计进入大气进气装置分成两路气流，分别为壳气气流和样气气流，壳气气流进入壳气气流通道的第二流量计和过滤器进入饱和溶液装置，通过加热棒给金属块加热可使蒸气管道中由饱和工作溶液储存装置中吸收的饱和溶液气化为蒸气，蒸气沿着蒸气管道流动与壳气流混合后进入壳气进气装置，得到均匀分布的壳气气流；样气气流进入样气气流通道的第三流量计进入样气进气装置，得到均匀分布的样气气流；样气气流随着匀速稳定的壳气气流混合流动，混合气流进入冷凝装置，样气气流与壳气气流构成层流结构，保证样气气流在冷凝装置中心附近流动，并最大限度地减少超细颗粒物的扩散损失。进入冷凝装置后，壳气气流中的饱和蒸气遇冷变为过饱和，凝结在样气气流中的颗粒物表面使颗粒物迅速长大，长大后的颗粒物进入光学探测装置，获得颗粒物的数浓度值，冷凝的蒸气废液沿着壳气进气装置的内壁流入废液储存装置，液位传感器能及时提醒加注饱和工作溶液和清除废液。

进一步的，所述的大气进气装置包括一个带孔的圆环，所述的带孔的圆环安装在大气进气装置上，所述的带孔的圆环中间有一个孔，通过控制孔两端的压力比值来获得均匀稳定的气流。

进一步的，所述的气泵为高真空旋片泵，能使气流维持在一个稳定的流量，流量为0.3L/min。

进一步的，所述的饱和工作溶液储存装置和废液储存装置均为聚四氟乙烯材质，能够抗任何种类的化学腐蚀。

进一步的，所述的蒸气管道为透气钢材质，能够吸收饱和工作液溶液。

进一步的，所述的第一液位传感器和第二液位传感器均为光电式液位传感器。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明能测量超细颗粒物的数浓度最小粒径检测限为是3nm。

(2)本发明采用壳气气流包裹含有颗粒物的样气流，保证样气气流在冷凝装置的中心附近流动，不仅能减少样气中超细颗粒物的扩散损失而且可以增加颗粒物凝结核效率。

(3)本发明采用高真空旋片泵，能使气流维持在一个稳定的流量。

附图说明

图1为本发明结构组成框图；

图2为本发明结构装配示意图；1为第一液位传感器，2为废液储存装置，3为饱和工作溶液储存装置，4为饱和正丁醇溶液，5为蒸气管道，6为第二液位传感器，7为壳气进气口，8为加热棒，9为金属块，11为壳气进气装置，12为样气进气口，13为样气进气装置，14为冷凝装置；