[实用新型]一种耐温型高灵敏度电容式碳尘PM快速测量装置

说明书

本实用新型提供一种耐温型高灵敏度电容式碳尘PM快速测量装置，包括探头模块、微电容测量模块和主控制模块，所述探头模块主要由绝缘基底、第一叉指电极、第二叉指电极、参考电容、绝缘层、厚膜加热器和玻璃陶瓷覆盖层组成，所述微电容测量模块主要由可调恒流源、可变振荡器、测量积分器、参考积分器、加减法器、低通滤波器和输出电路组成，所述主控制模块主要由控制器、显示器、存储器和温度控制开关组成。本实用新型结构简单、体积小、测量速度快、精度高，为小型化手持式及车载式机动车尾气中的碳尘颗粒物测量提供了技术保障。

技术领域

本实用新型涉及大气环境碳尘检测技术领域，具体是一种耐温型高灵敏度电容式碳尘PM快速测量装置。

背景技术

近年来随着经济发展水平的不断上升，化石能源消耗量逐年增加，空气污染情况不断恶化，人们逐渐把目光投向环境污染领域。虽然碳尘颗粒物只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。对于碳尘颗粒物的重要排放源，柴油机动车已经逐渐安装了柴油颗粒过滤器（DPF）,以捕获尾气排放中大量的碳尘颗粒物。过滤器长时间的工作，容易导致滤芯堵塞，使其过滤碳尘颗粒物的效率大为下降，因此监测机动车尾气中碳尘颗粒物的质量浓度尤为重要。

目前国际上普遍采用电阻式的检测方法以实现碳尘颗粒物的检测，这种方法是在氧化铝绝缘基底上设置分别连接电源正负极的叉指电极，当一定量碳尘颗粒物沉积在氧化铝绝缘基底上，两两相对的叉指电极就会导通。通过测量电路的电流值，可以得到叉指电极之间的电阻值，进而反演得到碳尘颗粒物的质量浓度。这种测量方法原理简单，易于操作，但测量精度差，需要碳尘颗粒物的大量沉积达到阈值，才能启动检测装置，这导致检测的盲区时间长。另外，碳尘颗粒物的电阻随温度变化而变化，在汽车尾气的高温环境下，使用电阻法的碳尘颗粒物检测装置受温度影响较大。

另一种常见的碳尘颗粒物检测方法是电容式检测方法。这种方法是设置在氧化铝绝缘基底的叉指电极上覆盖一层氧化铝绝缘层，两两相对的叉指电极相当于平行板电容器，当碳尘颗粒物沉积在绝缘层上，改变了电容器的值。通过微电容测量装置得到电容值，进而反演得到碳尘颗粒物的质量浓度。这种测量方法盲区时间短，温度影响小，是一种比较优良的测量方法。但对于传统的电容方式测量装置，由于较厚氧化铝绝缘层的影响，少量的碳尘颗粒物不易被检测到。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种耐温型高灵敏度电容式碳尘PM快速测量装置，弥补现有碳尘颗粒物测量技术的不足，尤其是解决现有测量设备测量盲区大、灵敏度低以及测量范围小等问题。

本实用新型的技术方案为：

一种耐温型高灵敏度电容式碳尘PM快速测量装置，该装置包括探头模块、微电容测量模块和主控制模块；

所述探头模块包括绝缘基底、设置在所述绝缘基底上表面的第一叉指电极、第二叉指电极和参考电容、均匀覆盖在所述第一叉指电极、第二叉指电极和参考电容上的绝缘层、依次设置在绝缘基底下表面的厚膜加热器和玻璃陶瓷覆盖层；所述第一叉指电极与第二叉指电极平行且交错设置，所述参考电容位于第一叉指电极与第二叉指电极之外的空间，所述第一叉指电极与第二叉指电极之间的空间不覆盖绝缘层，所述厚膜加热器位于绝缘基底与玻璃陶瓷覆盖层之间；

所述微电容测量模块包括可调恒流源、可变振荡器、测量积分器、参考积分器、加减法器、低通滤波器和输出电路，所述可调恒流源用于为所述第一叉指电极与第二叉指电极构成的测量电容以及所述参考电容进行充放电，所述可变振荡器用于控制所述测量电容和参考电容的充放电时间，所述测量积分器的输入端连接第一叉指电极，所述第二叉指电极接地，所述参考积分器的输入端连接参考电容，所述测量积分器的输出端和参考积分器的输出端连接加减法器的输入端，所述加减法器的输出端通过低通滤波器连接输出电路的输入端；