CN107560986A - 一种多通道pm2.5检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及环境大气采集与监测技术领域，尤其为一种多通道PM2.5检测装置，包括顺序连接的雾化气溶胶发生器、干燥器、流量适配器、气溶胶粒径谱仪和涡流风机，所述气溶胶粒径谱仪通过带阀Ⅰ的管道连接采样箱Ⅰ，所述采样箱Ⅰ通过带阀Ⅱ的管道连接采样箱Ⅱ，所述采样箱Ⅱ通过带阀Ⅲ的管道连接采样箱Ⅲ，所述采样箱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ箱内均设有抽吸泵、出气口铺设有网目直径不同的玻璃纤维滤膜，气体稀释口通过管道一端与所述气溶胶粒径谱仪连接，另一端通过带补偿阀的管道与所述采样箱Ⅰ连接。本发明具有多个采样、能够得出不同的空气动力学粒径对应不同的捕集效率，拟合得到本装置的特性曲线，方便进行改进，提高校准效率，降低测量误差。

Description

一种多通道PM2.5检测装置

技术领域

本发明涉及环境大气采集与监测技术领域，具体为一种多通道PM2.5检测装置。

背景技术

PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物，虽然PM2.5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。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。粒径10微米以上的颗粒物，会被挡在人的鼻子外面；粒径在2.5微米至10微米之间的颗粒物，能够进入上呼吸道，但部分可通过痰液等排出体外，另外也会被鼻腔内部的绒毛阻挡，对人体健康危害相对较小；人体的生理结构决定了对PM2.5没有任何过滤、阻拦能力，而PM2.5对人类健康的危害却随着医学技术的进步，逐步暴露出其恐怖的一面；环保部要求自2012年起在京津冀、长三角、珠三角等重点区域以及直辖市和省会城市开展对PM2.5的监测，至2016年全国各地都要按照上述标准监测和评价环境空气PM2.5浓度。

现有技术中采用的单通道PM2.5监测仪校准方法，在校准PM2.5监测仪时需要制备多种单尺寸气溶胶，将不同尺寸气溶胶通入校准装置之前必须清扫全部管路，过程繁琐，校准效率低，如申请公布号CN104020089A的一种PM2.5监测仪校准方法，通过比较两条管路的平均值，对PM2.5监测仪进行校准，使检测精度和效率高，易于推广使用。虽然达到了吹扫公共部分，但是存在依然需要制备多种不同尺寸气溶胶用来测试，因此，增加了制作气溶胶的工序，成本也增加，实效性依然需要进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多通道PM2.5检测装置，以解决上述背景技术中提出的问题。所述多通道PM2.5检测装置具有可以完成多个采样的目的又能够得出不同的空气动力学粒径对应不同的捕集效率，从而拟合得到本装置的特性曲线，方便进行改进、减少了测量过程中繁琐步骤又降低了测量成本以及提高气溶胶粒径谱仪校准效率，降低测量误差的特点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多通道PM2.5检测装置，包括顺序连接的雾化气溶胶发生器、干燥器、流量适配器、气溶胶粒径谱仪和涡流风机，还包括至少三个采样箱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，所述气溶胶粒径谱仪通过带阀Ⅰ的管道连接采样箱Ⅰ，所述采样箱Ⅰ通过带阀Ⅱ的管道连接采样箱Ⅱ，所述采样箱Ⅱ通过带阀Ⅲ的管道连接采样箱Ⅲ，所述采样箱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ箱内均设有抽吸泵、出气口铺设有网目直径不同的玻璃纤维滤膜，且其出气口通过阀Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ均通过质量流量控制器连接至所述干燥器，气体稀释口通过管道一端与所述气溶胶粒径谱仪连接，另一端通过带补偿阀的管道与所述采样箱Ⅰ连接。

优选的，所述干燥器由两个独立的干燥器Ⅰ、Ⅱ构成，所述干燥器Ⅰ分别与雾化气溶胶发生器、流量适配器连接，所述干燥器Ⅱ分别与质量流量控制器、流量适配器连接。

优选的，所述流量适配器与干燥器间设置有气溶胶中和器。

优选的，处于所述采样箱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ箱内出气口的玻璃纤维滤膜网目直径依次为1.0±0.5μm、2.5±0.25μm、4±0.5μm。

优选的，所述采样箱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ箱内均设有气体流量计。

优选的，所述气体稀释口连接高纯氮气或清洁空气的不活泼气体源，并通过加压送入采样箱Ⅰ内。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)只需要制备一种尺寸的气溶，采用了至少三个采样箱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ以及其内的铺设有网目直径不同的玻璃纤维滤膜、通过气体稀释，可以完成多个采样的目的；(2)采用一路作为基准测量通道，一路作为采集三个采样箱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ通道，测量两路气溶胶颗粒数目浓度，也能够得出不同的空气动力学粒径对应不同的捕集效率，从而拟合得到本装置的特性曲线，方便进行改进；(3)基准测量通道又作为补偿通道为采样箱Ⅰ(采样箱Ⅱ、Ⅲ)提供气溶胶气体补偿，气溶胶循环使用，减少了测量过程中繁琐步骤又降低了测量成本，提高气溶胶粒径谱仪校准效率，降低测量误差。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图中：1雾化气溶胶发生器、2干燥器、20干燥器Ⅰ、21干燥器Ⅱ、3流量适配器、4气溶胶粒径谱仪、5涡流风机、6阀Ⅰ、7气体稀释口、70补偿阀、8采样箱Ⅰ、80阀Ⅱ、9采样箱Ⅱ、90阀Ⅲ、10采样箱Ⅲ、11阀Ⅳ、12阀Ⅴ、13阀Ⅵ、14质量流量控制器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：

一种多通道PM2.5检测装置，包括顺序连接的雾化气溶胶发生器1、干燥器2、流量适配器3、气溶胶粒径谱仪4和涡流风机5，还包括至少三个采样箱Ⅰ8、Ⅱ9、Ⅲ10，所述气溶胶粒径谱仪4通过带阀Ⅰ6的管道连接采样箱Ⅰ8，所述采样箱Ⅰ8通过带阀Ⅱ80的管道连接采样箱Ⅱ9，所述采样箱Ⅱ9通过带阀Ⅲ90的管道连接采样箱Ⅲ10，所述采样箱Ⅰ8、Ⅱ9、Ⅲ10箱内均设有抽吸泵、出气口铺设有网目直径不同的玻璃纤维滤膜，且其出气口通过阀Ⅳ11、Ⅴ12、Ⅵ13均通过质量流量控制器14连接至所述干燥器2，气体稀释口7通过管道一端与所述气溶胶粒径谱仪4连接，另一端通过带补偿阀70的管道与所述采样箱Ⅰ8连接。

所述干燥器2由两个独立的干燥器Ⅰ20、Ⅱ21构成，所述干燥器Ⅰ20分别与雾化气溶胶发生器1、流量适配器3连接，所述干燥器Ⅱ21分别与质量流量控制器14、流量适配器3连接，干燥器Ⅰ20、Ⅱ21用于控制气溶胶样气的湿度，减少湿度对测量结果的影响。

所述流量适配器3与干燥器2之间设置有气溶胶中和器，所述气溶胶中和器用于对气输出检测的溶胶样气的颗粒物所带电荷进行中和，提高气溶胶粒径谱仪4对气溶胶样气测量效率。

处于所述采样箱Ⅰ8、Ⅱ9、Ⅲ10箱内出气口的玻璃纤维滤膜网目直径依次为1.0±0.5μm、2.5±0.25μm、4±0.5μm。

所述采样箱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ箱内均设有气体流量计。

所述气体稀释口7连接高纯氮气或清洁空气的不活泼气体源，并通过加压送入采样箱Ⅰ8内。

工作流程：首先，打开涡流风机5，然后打开雾化气溶胶发生器1产生6～10μm的气溶胶样气，115μg/m³，关闭阀Ⅰ6，气溶胶样气通过干燥器2的干燥器Ⅰ20干燥，进入到流量适配器3稳流，然后由气溶胶粒径谱仪4得出气溶胶样气浓度，重复8次采用平均值；与此同时，打开阀Ⅰ6，气溶胶样气通经过气溶胶粒径谱仪4测量后又被循环进入到采样箱Ⅰ8中，关闭阀Ⅰ6，打开阀Ⅳ11、补偿阀70，气体流量计记录下采样箱Ⅰ8气体流量，然后通过其内设置的抽吸泵将气溶胶样气通过网目直径为1.0±0.5μm玻璃纤维滤膜送入到质量流量控制器14进行流量调节和控制，粒径小于网目直径被过滤，粒径大的被截留采样箱Ⅰ8内，然后送入气溶胶粒径谱仪4算出气溶胶样气浓度(平均值)；其次，关闭阀Ⅳ11打开阀Ⅱ80、阀Ⅴ12，通过采样箱Ⅰ8中抽吸泵将气溶胶样气送入到采样箱Ⅱ9中，然后根据气体流量计记录下采样箱Ⅰ8气体流量，气体稀释口7补偿与采样箱Ⅰ8气体流量相同，以免影响测量，然后通过网目直径为2.5±0.25μm玻璃纤维滤膜送入到质量流量控制器14，粒径小于网目直径被过滤，粒径大的被截留在采样箱Ⅱ9内，再由气溶胶粒径谱仪4算出气溶胶样气浓度；再次，关闭阀Ⅴ12，在打开阀Ⅵ13，气体稀释口7补偿与采样箱Ⅰ8、采样箱Ⅱ9气体流量相同，然后通过网目直径为4±0.5μm玻璃纤维滤膜送入到质量流量控制器14，粒径小于网目直径被过滤，粒径大的被截留在采样箱Ⅲ10内(为下级计算气溶胶浓度做准备)，再由气溶胶粒径谱仪4算出气溶胶样气浓度；此过程中，只利用打开雾化气溶胶发生器1产生一种尺寸的气溶胶气体，经过干燥器Ⅰ20被测量后，被重新循环利用测量，既减少了测量过程中繁琐步骤又降低了测量成本，操作简单，而且根据气体稀释口7稀释后得到不同粒径气溶胶的浓度，其与通过干燥器Ⅰ20的得出气溶胶样气浓度比得出不同的空气动力学粒径对应不同的捕集效率，拟合得到PM2.5的切割特性曲线，方便进行改进，此过程中，采用了至少三个采样箱Ⅰ8、Ⅱ9、Ⅲ10以及其内的铺设有网目直径不同的玻璃纤维滤膜、通过气体稀释，可以完成多个采样的目的。

为了方便检测，所述气溶胶粒径谱仪4采用多通道型、或者几个独立工作部分，位于初始状态阀Ⅰ6～Ⅵ13以及补偿阀70关闭，需要使用才打开，其也可采用通电后由微控制器控制的电磁阀(关/闭)，具体工作流程参照上述，在此不赘述。处于所述采样箱Ⅰ8、Ⅱ9、Ⅲ10箱内出气口的玻璃纤维滤膜网目直径还可为1.5±0.25μm、2.2±0.25μm、4.5±0.25μm或1.5±0.5μm、3.0±0.25μm、4.5±0.5μm。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种多通道PM2.5检测装置，包括顺序连接的雾化气溶胶发生器、干燥器、流量适配器、气溶胶粒径谱仪和涡流风机，其特征在于：还包括至少三个采样箱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，所述气溶胶粒径谱仪通过带阀Ⅰ的管道连接采样箱Ⅰ，所述采样箱Ⅰ通过带阀Ⅱ的管道连接采样箱Ⅱ，所述采样箱Ⅱ通过带阀Ⅲ的管道连接采样箱Ⅲ，所述采样箱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ箱内均设有抽吸泵、出气口铺设有网目直径不同的玻璃纤维滤膜，且其出气口通过阀Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ均通过质量流量控制器连接至所述干燥器，气体稀释口通过管道一端与所述气溶胶粒径谱仪连接，另一端通过带补偿阀的管道与所述采样箱Ⅰ连接。

2.根据权利要求1所述的一种多通道PM2.5检测装置，其特征在于：所述干燥器由两个独立的干燥器Ⅰ、Ⅱ构成，所述干燥器Ⅰ分别与雾化气溶胶发生器、流量适配器连接，所述干燥器Ⅱ分别与质量流量控制器、流量适配器连接。

3.根据权利要求1所述的一种多通道PM2.5检测装置，其特征在于：所述流量适配器与干燥器间设置有气溶胶中和器。

4.根据权利要求1所述的一种多通道PM2.5检测装置，其特征在于：处于所述采样箱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ箱内出气口的玻璃纤维滤膜网目直径依次为1.0±0.5μm、2.5±0.25μm、4±0.5μm。

5.根据权利要求1所述的一种多通道PM2.5检测装置，其特征在于：所述采样箱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ箱内均设有气体流量计。

6.根据权利要求1所述的一种多通道PM2.5检测装置，其特征在于：所述气体稀释口连接高纯氮气或清洁空气的不活泼气体源，并通过加压送入采样箱Ⅰ内。