[发明专利]集成自由离子捕集功能的单极性颗粒物荷电装置及方法

说明书

本发明涉及集成自由离子捕集功能的单极性颗粒物荷电装置及方法。装置包括外腔体、内腔体、放电针、高压电极和捕集电极。外腔体包括外腔体前盖、外腔体后盖和第一空腔。外腔体前盖上开设有颗粒物进口。外腔体后盖上开设有荷电颗粒物出口。内腔体包括内腔体前盖、内腔体后盖和第二空腔。内腔体前盖上开设有离子喷射口。内腔体后盖上设有与第二空腔相连通的洁净空气进口。放电针、颗粒物进口、离子喷射口和荷电颗粒物出口同轴设置。颗粒物进口与离子喷射口之间的区域为颗粒物荷电区域。第一空腔与第二空腔之间的区域为自由离子捕集区域。本发明能够解决现有技术中存在的不足，实现大气颗粒物的高效荷电。

技术领域

本发明涉及大气颗粒物荷电技术领域，具体涉及一种集成自由离子捕集功能的单极性颗粒物荷电装置及方法。

背景技术

在大气颗粒物荷电技术领域中，通常利用颗粒物的电迁移率来实现颗粒物的偏转分离，最终实现颗粒物浓度的测量。而要表征颗粒物的电迁移率则需要先对粒子进行荷电，此后才能进入电迁移管进行分离、检测。只有准确测量内外荷电效率以及损失效率等才能完成颗粒物浓度的反演。因此，颗粒物荷电是颗粒物测量系统中最基本最重要的部分。

在大气颗粒物荷电过程中，颗粒物可以通过暴露在单极性或者双极性两类离子环境中实现颗粒物荷电。双极性荷电装置，常采用²¹⁰Po、²⁴¹Am、⁸⁵Kr等放射性同位素的衰减进行荷电。在各种双极性荷电中，中性颗粒可以通过粒子与离子的相互碰撞成为带电粒子。由于放射性同位素对人体存在危害，限制了其在气溶胶测量领域的应用。基于此，研究者更关注采用电晕放电的方式使颗粒物带电。现有的荷电装置通常直接电离的是大气，这样很容易污染放电针，导致放电针有粒子沉积，影响放电针的电离效率，需要定期清理不能长期使用；除此之外，装置中没有将自由离子去除，这样会对颗粒物荷电量的测量结果的准确性有影响。因此，需要设计一种能够长期使用并且能将自由离子去除的大气颗粒物荷电装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集成自由离子捕集功能的单极性颗粒物荷电装置及方法，该荷电装置及方法能够解决现有技术中存在的不足，实现大气颗粒物的高效荷电。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种集成自由离子捕集功能的单极性颗粒物荷电装置，包括外腔体、嵌入设置在外腔体内部的内腔体、安装在内腔体中的放电针、依次穿过外腔体及内腔体后与放电针相连的高压电极以及穿过外腔体后安装在内腔体上的捕集电极。

所述外腔体包括外腔体前盖、与外腔体前盖后端相连的外腔体后盖以及由外腔体前盖与外腔体后盖围成的第一空腔；所述外腔体前盖上开设有与第一空腔相连通的颗粒物进口，外腔体后盖上开设有与第一空腔相连通的荷电颗粒物出口。

所述内腔体包括内腔体前盖、与内腔体前盖后端相连的内腔体后盖以及由内腔体前盖与内腔体后盖围成的第二空腔；所述内腔体前盖上开设有离子喷射口；所述内腔体后盖上设有与第二空腔相连通的洁净空气进口，且该洁净空气进口从外腔体后盖穿出。

所述放电针、颗粒物进口、离子喷射口和荷电颗粒物出口同轴设置。

所述颗粒物进口与离子喷射口之间的区域为颗粒物荷电区域；所述第一空腔与第二空腔之间的区域为自由离子捕集区域。

进一步的，所述高压电极上套设有第一绝缘套筒；所述放电针通过第二绝缘套筒安装在内腔体后盖上；所述捕集电极上套设有第三绝缘套筒。

进一步的，所述放电针采用钨材质，且放电针的针尖直径小于2μm，针尖长度小于10mm，针尖和离子喷射口中心之间的距离为5mm。

进一步的，所述外腔体前盖和内腔体前盖均为圆弧面。

进一步的，所述颗粒物进口、离子喷射口、荷电颗粒物出口、内腔体前盖、内腔体后盖、外腔体前盖和外腔体后盖均采用不锈钢材质。