專利名稱：3nm-20μm氣溶膠粒徑分布測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境氣溶膠測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可測量3nm-20Mffl氣溶膠粒徑分布的儀器。
背景技術(shù)：
近年來人們越來越關(guān)注大氣顆粒物污染，希望獲得大氣顆粒物數(shù)濃度和粒徑分布信息。目前大氣顆粒物數(shù)濃度和粒徑分布的測量主要依靠電學(xué)和光學(xué)技術(shù)，且已有一些商業(yè)化的儀器。但大氣顆粒物粒徑跨度非常寬，從幾納米到幾十微米，導(dǎo)致一種技術(shù)難以實現(xiàn)全粒徑分布譜(即3nm-20ym顆粒物的粒徑分布)的測量?，F(xiàn)有的商業(yè)化儀器在測量大氣顆粒物粒徑分布時只能獲得或納米、或亞微米、或微米范圍內(nèi)比較窄的一段粒徑分布，如常用的空氣動力學(xué)顆粒物粒徑譜儀測量的粒徑范圍約為530nm到20 μ m ;常規(guī)的掃描電遷移率粒徑譜儀測量的粒徑范圍約為20nm到SOOnm ;納米顆粒物掃描電遷移率粒徑譜儀測量的粒徑范圍約為3nm到150nm。人們在研究和認(rèn)識大氣顆粒物的理化特性時希望同時獲得從納米到微米范圍內(nèi)大氣顆粒物的全粒徑分布信息。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種3nm_20Mffl氣溶膠粒徑分布測量儀。本發(fā)明的目的是提供一種可測量從3nm到20 μ m氣溶膠粒徑分布的儀器，實現(xiàn)顆粒物粒徑分布全譜的測量。為實現(xiàn)這一目的，本發(fā)明集空氣動力學(xué)顆粒物粒徑譜儀、納米顆粒物差分電遷移率分析儀、納米顆粒物凝聚核粒子計數(shù)器、亞微米顆粒物差分電遷移率分析儀、亞微米顆粒物凝聚核粒子計數(shù)器于一體；用電壓/流量控制箱為兩個顆粒物分析儀提供分級電壓和鞘氣；用數(shù)據(jù)采集卡同步采集顆粒物粒徑譜儀和納米顆粒物凝聚核粒子計數(shù)器、亞微米顆粒物凝聚核粒子計數(shù)器兩個粒子計數(shù)器的脈沖信號；用測量控制系統(tǒng)控制電壓/流量控制箱的電壓輸出和鞘氣流量，處理和分析數(shù)據(jù)采集卡輸入的脈沖信號，計算顆粒物的傳輸效率、荷電效率、分離效率和計數(shù)效率，輸出3nm到20Mm氣溶膠粒徑分布的二維和三維分布圖，并將粒徑分布數(shù)據(jù)存儲于文件中。所述的3nm_20Mm氣溶膠粒徑分布測量儀的結(jié)構(gòu)如下:采樣管I通過管路分別與空氣動力學(xué)顆粒物粒徑譜儀2和顆粒物荷電器3連接；顆粒物荷電器3的另一端分成兩支管路，分別與第一個層流流量計4和第二個層流流量計6連接；亞微米顆粒物差分電遷移率分析儀5通過管路分別與第一個層流流量計4和亞微米顆粒物凝聚核粒子計數(shù)器8連接，同時通過管路和高壓電導(dǎo)線與電壓/流量控制箱11連接；納米顆粒物差分電遷移率分析儀9通過管路分別與第二個層流流量計6和納米顆粒物凝聚核粒子計數(shù)器10連接，同時通過管路和高壓電導(dǎo)線與電壓/流量控制箱11連接；數(shù)據(jù)采集卡12通過導(dǎo)線分別與空氣動力學(xué)顆粒物粒徑譜儀2、亞微米顆粒物凝聚核粒子計數(shù)器
8、納米顆粒物凝聚核粒子計數(shù)器10、電壓/流量控制箱11以及測量控制系統(tǒng)7連接。
其中，所述的采樣管I材質(zhì)為金屬或?qū)щ娝芰?，以減少顆粒物的損失；所述的顆粒物荷電器3為X射線荷電器、電暈法荷電器或含有放射性物質(zhì)的荷電器；所述的空氣動力學(xué)顆粒物粒徑譜儀2是基于飛行時間測量顆粒物空氣動力學(xué)粒徑的儀器；所述的納米顆粒物差分電遷移率分析儀9利用外加電場來選擇不同電遷移率的顆粒物，其電場分離區(qū)較短，篩分的顆粒物的粒徑范圍為3nm到60nm ；所述的亞微米顆粒物差分電遷移率分析儀5的電場分離區(qū)較長，篩分的顆粒物的粒徑范圍為20nm到750nm ；所述的納米顆粒物凝聚核粒子計數(shù)器10通過冷凝增長和激光探測測量顆粒物的數(shù)量，因其蒸氣過飽和度較高，可測量粒徑為3nm以上的顆粒物；所述的亞微米顆粒物凝聚核粒子計數(shù)器8因其蒸氣過飽和度較低，可測量20nm以上的顆粒物；所述的數(shù)據(jù)采集卡12含有多路計數(shù)通道、多路模擬輸入通道和多路模擬輸出通道，能同步采集空氣動力學(xué)顆粒物粒徑譜儀2、納米顆粒物凝聚核粒子計數(shù)器10和亞微米顆粒物凝聚核粒子計數(shù)器5的脈沖信號，并將這些信號輸入到測量控制系統(tǒng)7 ；所述的測量控制系統(tǒng)7用來控制電壓/流量控制箱11的分級電壓輸出和鞘氣流量，以及處理和分析數(shù)據(jù)采集卡12輸入的脈沖信號，計算顆粒物的傳輸效率、荷電效率、分離效率和計數(shù)效率，輸出3nm到20 μ m范圍內(nèi)顆粒物粒徑分布譜圖，并存儲粒徑分布數(shù)據(jù)。本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明提供了一種3nm_20Mm氣溶膠粒徑分布測量儀,可獲得3nm到20 μ m大氣顆粒物粒徑分布全譜數(shù)據(jù)，亦可用于其它氣溶膠體系的測量，時間分辨率為2分鐘，測量準(zhǔn)確，儀器操作簡單，填補了現(xiàn)在氣溶膠測量技術(shù)領(lǐng)域的空白，可為大氣復(fù)合污染和納米科學(xué)研究提供技術(shù)支持。


圖1是本發(fā)明提供的3nm_20Mffl氣溶膠粒徑分布測量儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體的實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明:實施例1:如圖1所示，載有大氣顆粒物的氣流進(jìn)入采樣管I后一分兩路，一路進(jìn)入空氣動力學(xué)顆粒物粒徑譜儀2，測量從530nm到20 μ m范圍內(nèi)顆粒物的粒徑分布；另一路經(jīng)顆粒物荷電器3后一分兩路，一路經(jīng)第一個層流流量計4進(jìn)入亞微米顆粒物差分電遷移率分析儀5進(jìn)行分級；另一路經(jīng)第二個層流流量計6進(jìn)入納米顆粒物差分電遷移率分析儀9進(jìn)行分級；電壓/流量控制箱11通過管路分別為亞微米顆粒物差分電遷移率分析儀5和納米顆粒物差分電遷移率分析儀9提供鞘氣，通過高壓電導(dǎo)線分別為亞微米顆粒物差分電遷移率分析儀5和納米顆粒物差分電遷移率分析儀9提供分級電壓；測量控制系統(tǒng)7控制電壓/流量控制箱11的分級電壓和鞘氣流量輸出，使得納米顆粒物差分電遷移率分析儀9篩分的粒徑范圍為3nm到60nm，亞微米顆粒物差分電遷移率分析儀5篩分的粒徑范圍20nm到750nm ；經(jīng)納米顆粒物差分電遷移率分析儀9篩分后的顆粒物用納米顆粒物凝聚核粒子計數(shù)器10進(jìn)行計數(shù)；經(jīng)亞微米顆粒物差分電遷移率分析儀5篩分后的顆粒物用亞微米顆粒物凝聚核粒子計數(shù)器8進(jìn)行計數(shù)；數(shù)據(jù)采集卡12同步采集空氣動力學(xué)顆粒物粒徑譜儀2、納米顆粒物凝聚核粒子計數(shù)器10和亞微米顆粒物凝聚核粒子計數(shù)器8的脈沖信號，并將這些信號發(fā)送到測量控制系統(tǒng)7 ;測量控制系統(tǒng)7對信號進(jìn)行分析和處理轉(zhuǎn)化為顆粒物粒徑分布譜，并將三段粒徑譜連接，最后輸出顯示3nm到20 μ m粒徑分布譜的二維和含時間序列的三維圖，并將粒徑分布數(shù)據(jù)存儲于文件中。
權(quán)利要求
1.一種3nm-20Mm氣溶膠粒徑分布測量儀,其特征在于,所述的3nm-20Mm氣溶膠粒徑分布測量儀結(jié)構(gòu)如下: 采樣管(I)通過管路分別與空氣動力學(xué)顆粒物粒徑譜儀(2 )和顆粒物荷電器(3 )連接；顆粒物荷電器(3)的另一端分成兩支管路，分別與第一個層流流量計(4)和第二個層流流量計(6)連接；亞微米顆粒物差分電遷移率分析儀(5)通過管路分別與第一個層流流量計(4)和亞微米顆粒物凝聚核粒子計數(shù)器(8)連接，同時通過管路和高壓電導(dǎo)線與電壓/流量控制箱(11)連接；納米顆粒物差分電遷移率分析儀(9 )通過管路分別與第二個層流流量計(6)和納米顆粒物凝聚核粒子計數(shù)器(10)連接，同時通過管路和高壓電導(dǎo)線與電壓/流量控制箱(11)連接；數(shù)據(jù)采集卡(12)通過導(dǎo)線分別與空氣動力學(xué)顆粒物粒徑譜儀(2)、亞微米顆粒物凝聚核粒子計數(shù)器(8)、納米顆粒物凝聚核粒子計數(shù)器(10)、電壓/流量控制箱(11)以及測量控制系統(tǒng)(7)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3nm-20Mffl氣溶膠粒徑分布測量儀，其特征在于，所述的采樣管I的材質(zhì)為金屬或?qū)щ娝芰稀?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3nm-20Mffl氣溶膠粒徑分布測量儀，其特征在于，所述的顆粒物荷電器(3)為X射線荷電器、電暈法荷電器或含有放射性物質(zhì)的荷電器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3nm-20Mffl氣溶膠粒徑分布測量儀，其特征在于，所述的空氣動力學(xué)顆粒物粒徑譜儀(2)是基于飛行時間測量顆粒物空氣動力學(xué)粒徑的儀器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3nm-20Mffl氣溶膠粒徑分布測量儀，其特征在于，所述的納米顆粒物差分電遷移率分析儀(9)利用外加電場來選擇不同電遷移率的顆粒物，其篩分的顆粒物的粒徑范圍為3nm到60nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3nm-20Mffl氣溶膠粒徑分布測量儀，其特征在于，所述的亞微米顆粒物差分電遷移率分析儀(5)篩分的顆粒物的粒徑范圍為20nm到750nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3nm-20Mffl氣溶膠粒徑分布測量儀，其特征在于，所述的納米顆粒物凝聚核粒子計數(shù)器(10)通過冷凝增長和激光探測測量顆粒物的數(shù)量，測量粒徑為3nm以上的顆粒物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3nm-20Mffl氣溶膠粒徑分布測量儀，其特征在于，所述的亞微米顆粒物凝聚核粒子計數(shù)器(8)測量20nm以上的顆粒物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3nm-20Mffl氣溶膠粒徑分布測量儀，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)采集卡(12)含有多路計數(shù)通道、多路模擬輸入通道和多路模擬輸出通道，能同步采集空氣動力學(xué)顆粒物粒徑譜儀(2)、納米顆粒物凝聚核粒子計數(shù)器(10)和亞微米顆粒物凝聚核粒子計數(shù)器(5)的脈沖信號，并將這些信號輸入測量控制系統(tǒng)(J)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3nm-20Mffl氣溶膠粒徑分布測量儀，其特征在于，所述的測量控制系統(tǒng)(7)用來控制電壓/流量控制箱(11)的分級電壓輸出和鞘氣流量，以及處理和分析數(shù)據(jù)采集卡(12)輸入的脈沖信號，計算顆粒物的傳輸效率、荷電效率、分離效率和計數(shù)效率，輸出3nm到20 μ m范圍內(nèi)顆粒物粒徑分布譜圖，并存儲粒徑分布數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了3nm-20μm氣溶膠粒徑分布測量儀，屬于環(huán)境氣溶膠測量技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明集空氣動力學(xué)顆粒物粒徑譜儀、納米顆粒物差分電遷移率分析儀、納米顆粒物凝聚核粒子計數(shù)器、亞微米顆粒物差分電遷移率分析儀、亞微米顆粒物凝聚核粒子計數(shù)器于一體；用電壓/流量控制箱為兩個顆粒物分析儀提供分級電壓和鞘氣；用數(shù)據(jù)采集卡同步采集顆粒物粒徑譜儀和兩個粒子計數(shù)器的脈沖信號；用測量控制系統(tǒng)控制電壓/流量控制箱的電壓輸出和鞘氣流量，處理和分析數(shù)據(jù)采集卡輸入的脈沖信號，輸出顯示3nm到20μm粒徑分布譜的二維和含時間序列的三維圖。本發(fā)明提出的測量儀測量準(zhǔn)確，儀器操作簡單，可為大氣復(fù)合污染和納米科學(xué)研究提供技術(shù)支持。
文檔編號G01N15/02GK103105350SQ201310027219
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月23日
發(fā)明者蔣靖坤, 劉潔瓊, 鄧建國, 王書肖, 吳燁, 段雷, 劉歡, 郝吉明 申請人:清華大學(xué)