專利名稱：大氣顆粒物測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型有關(guān)一種大氣顆粒物測(cè)量?jī)x，尤其是指一種能在線連續(xù)采集大氣環(huán)境 中的顆粒物并精確測(cè)量顆粒物濃度的大氣顆粒物測(cè)量?jī)x。
背景技術(shù)：
空氣中的總懸浮顆粒物TSP(Total Suspended Particulate)是指漂浮在空氣中 的固態(tài)和液態(tài)顆粒物的總稱，其粒徑范圍約為0. 1-100 μ m。通常把動(dòng)力學(xué)直徑在 ομπι以 下的顆粒物稱為PMltl (Particles with Diameters of IOum or less)，又稱為可吸入顆粒 物或飄塵，它們是可在大氣中長期飄浮的懸浮微粒。尤其對(duì)于動(dòng)力學(xué)粒徑在5μπι以內(nèi)呼吸 性顆粒物(如PM5、PM2.5及PM1)，由于粒徑小能被直接吸入呼吸道內(nèi)造成危害，尤其是動(dòng)力 學(xué)粒徑在2·5μπι以內(nèi)的細(xì)粒子中，鉛(Pb)、錳(Mn)、鎘(Cd)、銻(Sb)、砷(As)、鎳(Ni)、硫 酸鹽、多環(huán)芳烴等含量較高，在空氣中持留時(shí)間長，易將污染物帶到很遠(yuǎn)的地方使污染范圍 擴(kuò)大。可吸入顆粒物在大氣中還可為化學(xué)反應(yīng)提供反應(yīng)床，是氣溶膠化學(xué)中研究的重點(diǎn)對(duì) 象，已被定為空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)的一個(gè)重要指標(biāo)?？諝庵械念w粒物對(duì)環(huán)境的有害影響還有散射 陽光、降低大氣的能見度等?？晌腩w粒物被人吸入后，會(huì)累積在呼吸系統(tǒng)中，引發(fā)許多疾病。對(duì)粗顆粒物的暴 露可侵害呼吸系統(tǒng)，誘發(fā)哮喘病。細(xì)顆粒物可能引發(fā)心臟病、肺病、呼吸道疾病，降低肺功能 等。因此，對(duì)于老人、兒童和已患心肺病者等敏感人群，風(fēng)險(xiǎn)是較大的。另外，環(huán)境空氣中的 顆粒物還是降低能見度的主要原因，并會(huì)損壞建筑物表面。目前應(yīng)用最廣的顆粒物濃度的測(cè)量方法為用β源進(jìn)行測(cè)量與采用激光光源測(cè) 量。用β源和激光光源的方法測(cè)量范圍有限，測(cè)量精度不高，而且因?yàn)棣略春图す夤庠吹?限制，該類型儀器長時(shí)間工作的可靠性不高，維護(hù)困難。對(duì)顆粒物的監(jiān)測(cè)分析方法還有稱重 測(cè)量法，即質(zhì)量法，總懸浮顆粒物的濃度以每立方米空氣中總懸浮顆粒物的毫克數(shù)表示，用 標(biāo)準(zhǔn)大容量顆粒采樣器在采樣效率接近100%濾膜上采集已知體積的顆粒物，恒溫恒濕條 件下，稱量采樣前后采樣膜的質(zhì)量變化來確定采集到的顆粒物質(zhì)量，再除以采樣體積，得到 顆粒物的質(zhì)量濃度。稱重測(cè)量的方法的準(zhǔn)確度、精確度和可靠性很好，但目前普遍使用的是 利用電子天平手工稱重，不僅耗費(fèi)人力，而且存在手工誤差，且不能實(shí)現(xiàn)顆粒物濃度監(jiān)測(cè)的 自動(dòng)化和實(shí)時(shí)性。且目前對(duì)大氣顆粒物的監(jiān)測(cè)所采用的分析儀器與設(shè)備價(jià)格昂貴，普及率 較低。因此，研究大氣顆粒物的監(jiān)測(cè)方法，發(fā)展高靈敏度、操作簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用且易于維護(hù)的 大氣顆粒物監(jiān)測(cè)儀器，發(fā)展大氣顆粒物在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)研究領(lǐng)域具有 重要的意義。

實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種能對(duì)大氣顆粒物精確的在線自動(dòng) 監(jiān)測(cè)、且成本低的大氣顆粒物測(cè)量?jī)x。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供一種大氣顆粒物測(cè)量?jī)x，其包括有用以采集氣體的顆粒物切割分流部分、用以確定所采集的顆粒物質(zhì)量及濃度的質(zhì)量檢測(cè)部分、至少兩 路控制采樣氣體流量的流量檢測(cè)及控制部分，以及采樣泵，顆粒物切割分流部分與質(zhì)量檢 測(cè)部分連接，質(zhì)量檢測(cè)部分通過其中一路流量檢測(cè)與控制部分連接至采樣泵，顆粒物切割 分流部分還通過其余路流量檢測(cè)與控制部分直接連接至采樣泵。顆粒物切割分流部分包括有顆粒物切割器、與顆粒物切割器連接的流量適配器及 與顆粒物切割器連接的除水瓶。流量適配器底端設(shè)有一個(gè)檢測(cè)出氣口及至少一個(gè)分流出氣口，其中檢測(cè)出氣口連 接至質(zhì)量檢測(cè)部分，質(zhì)量檢測(cè)部分連接其中一路流量檢測(cè)與控制部分，分流出氣口連接至 其余路流量檢測(cè)及控制部分。質(zhì)量檢測(cè)部分包括有振蕩管、膜托、使振蕩管產(chǎn)生振蕩的振蕩管驅(qū)動(dòng)器、檢測(cè)振蕩 管在振蕩時(shí)所處位置的位置檢測(cè)器以及金屬工件，振蕩管嵌合于金屬工件中，膜托設(shè)置于 振蕩管的頂端，膜托內(nèi)設(shè)有用于收集顆粒物的膜片，振蕩管驅(qū)動(dòng)器與位置檢測(cè)器分別設(shè)置 于金屬工件的兩側(cè)，金屬工件的內(nèi)部上方并嵌合有一采樣氣體所流經(jīng)的金屬管，該金屬管 與流量適配器的檢測(cè)出氣口連接。振蕩管上部對(duì)稱設(shè)置有兩個(gè)磁體，且該兩個(gè)磁體正對(duì)振蕩管的極性相異。金屬工件包括有樞接連接的蓋體及容置體，容置體內(nèi)部中間形成有容置腔，振蕩 管固定在容置體的容置腔內(nèi)，容置體的頂端形成有連通容置腔的凹孔，振蕩管的頂端突出 于凹孔內(nèi)，膜托放置于凹孔內(nèi)，金屬管正對(duì)膜托。容置體的兩側(cè)正對(duì)振蕩管的磁體處各形成有分別用于安裝振蕩管驅(qū)動(dòng)器與位置 檢測(cè)器的安裝孔。蓋體與容置體的外部均設(shè)置有加熱器及保溫材料，蓋體與容置體的內(nèi)部均設(shè)有溫 度檢測(cè)器，金屬管具有保溫材料包裹，金屬管并設(shè)有溫度檢測(cè)器與加熱器。流量檢測(cè)和控制部分設(shè)有過濾與流量檢測(cè)控制器。蓋體的底部形成有至少一個(gè)凹部，容置體的頂部對(duì)應(yīng)所述凹部處設(shè)有用于固定預(yù) 熱的膜托的金屬樁。借由本實(shí)用新型中的大氣顆粒物測(cè)量?jī)x，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)稱量顆粒物的質(zhì)量， 并精確檢測(cè)出顆粒物濃度的效果，本實(shí)用新型的大氣顆粒物測(cè)量?jī)x使用安全無輻射，長期 運(yùn)行穩(wěn)定可靠，且成本低。

圖1為本實(shí)用新型大氣顆粒物測(cè)量?jī)x的系統(tǒng)原理圖；圖2為本實(shí)用新型的振蕩管的立體示意圖；圖3為本實(shí)用新型的金屬工件中容置體與蓋體分解的立體示意圖；圖4為本實(shí)用新型中的振蕩管與金屬工件組裝后的主視圖的剖面圖；圖5為本實(shí)用新型中的振蕩管與金屬工件組裝后的左視圖的部分截面圖；圖6為本實(shí)用新型中的振蕩管與金屬工件組裝后的俯視圖。
具體實(shí)施方式
為便于了解本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)及達(dá)到的效果，現(xiàn)配合附圖及較佳實(shí)施例詳細(xì)說明如下。如圖1所示，本實(shí)用新型大氣顆粒物測(cè)量?jī)x包括有用以采集氣體的顆粒物切割分 流部分1、用以確定所采集的顆粒物質(zhì)量及濃度的質(zhì)量檢測(cè)部分2、至少兩路控制采樣氣體 流量的流量檢測(cè)及控制部分3，以及采樣泵4。顆粒物切割分流部分1與質(zhì)量檢測(cè)部分2連 接，質(zhì)量檢測(cè)部分2通過其中一路流量檢測(cè)與控制部分3連接至采樣泵4，顆粒物切割分流 部分1通過其余路流量檢測(cè)與控制部分3直接連接至采樣泵4。顆粒物切割分流部分1包括有顆粒物切割器10、與顆粒物切割器10連接的流量 適配器11及與顆粒物切割器10連接的除水瓶12。采樣泵4能對(duì)所采集的氣體提供流通 動(dòng)力，使含有顆粒物的大氣進(jìn)入顆粒物切割器10，由于大氣中的顆粒物的粒徑大小不同，大 粒徑的顆粒物在顆粒物切割器10中被濾除，含有所要檢測(cè)的顆粒物的大氣進(jìn)入流量適配 器11，流量適配器11底端設(shè)有一個(gè)檢測(cè)出氣口 110及至少一個(gè)分流出氣口 111，其中檢測(cè) 出氣口 110連接至質(zhì)量檢測(cè)部分2，分流出氣口 111連接至其中至少一路流量檢測(cè)及控制部 分3。若所采集的大氣中含有水分，則可通過除水瓶12將氣體中的水分去除。本實(shí)用新型 中的分流出氣口 111為一個(gè)，流量檢測(cè)與控制部分3為兩路。如圖4至圖6所示，質(zhì)量檢測(cè)部分2包括有振蕩管20、膜托21、振蕩管驅(qū)動(dòng)器22、 位置檢測(cè)器23以及金屬工件。振蕩管20嵌合于金屬工件中，膜托21設(shè)置于振蕩管20的頂 端，膜托21內(nèi)設(shè)有膜片(圖中未示出)，膜片用于收集所采集的氣體中的顆粒物，振蕩管驅(qū) 動(dòng)器22與位置檢測(cè)器23分別用于使振蕩管20進(jìn)行振蕩及檢測(cè)振蕩管20在振蕩時(shí)所處的 位置，振蕩管驅(qū)動(dòng)器22與位置檢測(cè)器23分別設(shè)置于金屬工件的兩側(cè)，金屬工件的內(nèi)部上方 并嵌合有一采樣氣體所流經(jīng)的金屬管24，該金屬管24與流量適配器11的檢測(cè)出氣口 110 連接。如圖2所示，本實(shí)用新型中的振蕩管20為一帶有兩塊磁性材料的錐形玻璃或石英 管，在振蕩管20上部對(duì)稱設(shè)置有兩個(gè)磁體200，且正對(duì)振蕩管200的極性相異，振蕩管200 固定在一圓形底座201上。如圖3至圖6所示，本實(shí)用新型中的金屬工件包括有相互連接 的蓋體25及容置體26，蓋體25與容置體26相接觸的一面為斜面，蓋體25與容置體26的 同側(cè)均設(shè)置有固定塊256，兩個(gè)固定塊256樞接連接，因此蓋體25與容置體26之間是樞接 連接，通過連接于蓋體25與容置體26之間的彈簧而使蓋體25與容置體26扣合時(shí)更為緊 固，并使他們組成可開合的整體。容置體26內(nèi)部中間形成有容置腔260，振蕩管20底部的 圓形底座201通過螺桿固定于容置體26的底部，并將振蕩管20固定在容置體26的容置腔 260內(nèi)，容置體26的頂端斜面處形成有連通容置腔260的凹孔261，振蕩管20容置于容置 腔260后，振蕩管20的頂端突出于凹孔261內(nèi)，膜托21設(shè)置于振蕩管20的頂端并放置于 凹孔261內(nèi)。容置體26的兩側(cè)正對(duì)振蕩管20的磁體200處各形成有安裝孔262，分別用 于安裝振蕩管驅(qū)動(dòng)器22與位置檢測(cè)器23。蓋體25的內(nèi)部正對(duì)容置體26的凹孔261處形 成有貫穿的通孔250，金屬管24安裝于通孔250內(nèi)并外露于蓋體25，即金屬管24正對(duì)膜托 21。蓋體25與容置體26的外部均設(shè)置有加熱器(圖中未示出)及保溫材料，蓋體25與容 置體26的內(nèi)部均設(shè)有溫度檢測(cè)器(圖中未示出)，分別對(duì)蓋體25及容置體26進(jìn)行加熱并 檢測(cè)氣流的溫度。金屬管24外露于蓋體25的部分有保溫材料包裹，并設(shè)有溫度檢測(cè)器與 加熱器(圖中未示出)對(duì)其進(jìn)行溫度控制。在正常工作時(shí)容置體26與其上的蓋體25夾合 在一起，由設(shè)于中間的密封圈組成一個(gè)完整的密閉的腔體。本實(shí)用新型中的蓋體25的底部還可形成有至少一個(gè)凹部251，容置體26的頂部對(duì)應(yīng)凹部251處設(shè)有金屬樁263，用于固定預(yù)熱的膜托21。本實(shí)用新型中的每一路流量檢測(cè)和控制部分3設(shè)有過濾與流量檢測(cè)控制器30，因 采集含有顆粒物的氣體時(shí)，只需對(duì)其中一部分氣體進(jìn)行顆粒物檢測(cè)，因此采樣氣體通過流 量適配器11的檢測(cè)出氣口 Iio進(jìn)入質(zhì)量檢測(cè)部分2，再進(jìn)入與質(zhì)量檢測(cè)部分2連接的一路 流量檢測(cè)和控制部分3，而所采集的大部分氣體則通過流量適配器11的分流出氣口 111直 接進(jìn)入其余路流量檢測(cè)和控制部分3，根據(jù)實(shí)際需求，通過過濾與流量檢測(cè)控制器30對(duì)氣 體流量進(jìn)行控制，以便對(duì)所需的采樣氣體進(jìn)行顆粒物濃度分析。如圖1所示采樣氣體以恒定的流量(16. 7L/min)經(jīng)顆粒物切割器10切割后，進(jìn)入 流量適配器11，流量適配器11對(duì)氣流分流一路氣流經(jīng)過濾與流量檢測(cè)控制器30到達(dá)采 樣泵4 ；另一路先通過50°C金屬管24預(yù)熱后，進(jìn)入加熱的金屬工件中的蓋體25，蓋體25使 氣流溫度恒定在50°C，氣流繼續(xù)往下通過膜托21過濾，膜托21使顆粒物聚集吸附在膜片 上，最后通過振蕩管20、過濾與流量檢測(cè)控制器30到達(dá)抽氣泵4。當(dāng)本實(shí)用新型的顆粒物測(cè)量?jī)x工作時(shí)，在振蕩管驅(qū)動(dòng)器22的作用下產(chǎn)生變化的 電場(chǎng)，振蕩管20頂端的磁體在電場(chǎng)力的作用下帶動(dòng)振蕩管20產(chǎn)生振蕩，根據(jù)位置檢測(cè)器23 得出振蕩管20的振蕩頻率，通過微處理器將振蕩管20的頻率信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理，換算成質(zhì) 量，頻率質(zhì)量運(yùn)算公式如下 W = Axjr，其中m為質(zhì)量，單位g ；k為校正系數(shù)；f為測(cè)量頻率，單位Hz ；顆粒物濃度計(jì)算公式如下
AmC =—，其中C為顆粒物濃度，單位mg/m3 ； Am為單位時(shí)間內(nèi)的質(zhì)量增量，單位
ν
mg ；ν為單位時(shí)間內(nèi)的采氣體積，單位m3 ；隨著膜片上聚集的顆粒物的增多，振蕩管20的振蕩頻率也發(fā)生變化，根據(jù)振蕩管 20的頻率變化可得出顆粒物的質(zhì)量變化，進(jìn)而顆粒物質(zhì)量變化(即Am)及采氣體積得出大 氣中顆粒物的濃度。本實(shí)用新型中的振蕩管驅(qū)動(dòng)器22、位置檢測(cè)器23及溫度檢測(cè)器為市售產(chǎn)品，在此 不作詳述。本實(shí)用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下擾點(diǎn)1、本實(shí)用新型通過在恒溫 環(huán)境中使用振蕩管來實(shí)時(shí)稱量顆粒物的質(zhì)量，分辨率和靈敏度比現(xiàn)有技術(shù)更高，實(shí)時(shí)性更 好，完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)稱量，并且安全無輻射，不存在衰減情形，長期運(yùn)行穩(wěn)定可靠。2、本實(shí)用 新型通過使用過濾與流量檢測(cè)控制器對(duì)流量進(jìn)行高精度的恒流控制，最大限度的減少了流 量的零漂問題。3、本實(shí)用新型通過微處理器將振蕩管的頻率信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理，換算成質(zhì) 量，再與流量數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，最終得到大氣顆粒物濃度，實(shí)現(xiàn)了無人值守的自動(dòng)化的功能。 4、本實(shí)用新型通過使用上述方案，由于減少了人工操作環(huán)節(jié)，后勤需求低，降低了運(yùn)行成 本。5、本實(shí)用新型通過使用上述方案，由于使用振蕩管代替了昂貴的電子天平，降低了儀器 成本。以上所述，僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本實(shí)用新型的保護(hù) 范圍。
權(quán)利要求一種大氣顆粒物測(cè)量?jī)x，其特征在于，其包括有用以采集氣體的顆粒物切割分流部分、用以確定所采集的顆粒物質(zhì)量及濃度的質(zhì)量檢測(cè)部分、至少兩路控制采樣氣體流量的流量檢測(cè)及控制部分，以及采樣泵，所述顆粒物切割分流部分與所述質(zhì)量檢測(cè)部分連接，所述質(zhì)量檢測(cè)部分通過其中一路所述流量檢測(cè)與控制部分連接至所述采樣泵，所述顆粒物切割分流部分還通過其余路所述流量檢測(cè)與控制部分直接連接至所述采樣泵。
2.如權(quán)利要求1所述的大氣顆粒物測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述顆粒物切割分流部分包 括有顆粒物切割器、與所述顆粒物切割器連接的流量適配器及與所述顆粒物切割器連接的 除水瓶。
3.如權(quán)利要求2所述的大氣顆粒物測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述流量適配器底端設(shè)有一 個(gè)檢測(cè)出氣口及至少一個(gè)分流出氣口，其中所述檢測(cè)出氣口連接至所述質(zhì)量檢測(cè)部分，所 述質(zhì)量檢測(cè)部分連接其中一路所述流量檢測(cè)與控制部分，所述分流出氣口連接至所述其余 路流量檢測(cè)及控制部分。
4.如權(quán)利要求3所述的大氣顆粒物測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述質(zhì)量檢測(cè)部分包括有振 蕩管、膜托、使所述振蕩管產(chǎn)生振蕩的振蕩管驅(qū)動(dòng)器、檢測(cè)所述振蕩管在振蕩時(shí)所處位置的 位置檢測(cè)器以及金屬工件，所述振蕩管嵌合于所述金屬工件中，所述膜托設(shè)置于所述振蕩 管的頂端，所述膜托內(nèi)設(shè)有用于收集顆粒物的膜片，所述振蕩管驅(qū)動(dòng)器與所述位置檢測(cè)器 分別設(shè)置于所述金屬工件的兩側(cè)，金屬工件的內(nèi)部上方并嵌合有一采樣氣體所流經(jīng)的金屬 管，該金屬管與所述流量適配器的檢測(cè)出氣口連接。
5.如權(quán)利要求4所述的大氣顆粒物測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述振蕩管上部對(duì)稱設(shè)置有 兩個(gè)磁體，且該兩個(gè)磁體正對(duì)所述振蕩管的極性相異。
6.如權(quán)利要求5所述的大氣顆粒物測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述金屬工件包括有樞接連 接的蓋體及容置體，所述容置體內(nèi)部中間形成有容置腔，所述振蕩管固定在所述容置體的 容置腔內(nèi)，所述容置體的頂端形成有連通所述容置腔的凹孔，所述振蕩管的頂端突出于所 述凹孔內(nèi)，所述膜托放置于所述凹孔內(nèi)，所述金屬管正對(duì)所述膜托。
7.如權(quán)利要求6所述的大氣顆粒物測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述容置體的兩側(cè)正對(duì)所述 振蕩管的磁體處各形成有分別用于安裝所述振蕩管驅(qū)動(dòng)器與所述位置檢測(cè)器的安裝孔。
8.如權(quán)利要求6所述的大氣顆粒物測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述蓋體與所述容置體的外 部均設(shè)置有加熱器及保溫材料，所述蓋體與所述容置體的內(nèi)部均設(shè)有溫度檢測(cè)器，所述金 屬管具有保溫材料包裹，所述金屬管并設(shè)有溫度檢測(cè)器與加熱器。
9.如權(quán)利要求1所述的大氣顆粒物測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述流量檢測(cè)和控制部分設(shè) 有過濾與流量檢測(cè)控制器。
10.如權(quán)利要求6所述的大氣顆粒物測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述蓋體的底部形成有至少 一個(gè)凹部，所述容置體的頂部對(duì)應(yīng)所述凹部處設(shè)有用于固定預(yù)熱的所述膜托的金屬樁。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種大氣顆粒物測(cè)量?jī)x，其包括有用以采集氣體的顆粒物切割分流部分、用以確定所采集的顆粒物質(zhì)量及濃度的質(zhì)量檢測(cè)部分、至少兩路控制采樣氣體流量的流量檢測(cè)及控制部分，以及采樣泵，顆粒物切割分流部分與質(zhì)量檢測(cè)部分連接，質(zhì)量檢測(cè)部分通過其中一路流量檢測(cè)與控制部分連接至采樣泵，顆粒物切割分流部分還通過其余路流量檢測(cè)與控制部分直接連接至采樣泵。借由本實(shí)用新型的顆粒物測(cè)量?jī)x，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)及精確檢測(cè)大氣中顆粒物的濃度，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)成本低的效果。
文檔編號(hào)G01N1/24GK201637649SQ201020160130
公開日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月15日
發(fā)明者張培生, 李虹杰, 李金平, 陳建新 申請(qǐng)人:武漢市天虹儀表有限責(zé)任公司