一种大气黑碳颗粒物相态的测量装置和测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公布了一种大气黑碳颗粒物相态的测量装置和测量方法，测量装置包括样气进口、气体出口、三通道黑碳颗粒物撞击部件、流量调节控制部件、黑碳颗粒物检测仪和系统控制部分；三通道黑碳颗粒物撞击部件包括多个黑碳颗粒物撞击器；流量调节控制部件包括多个电磁阀和多个激发器。样气通过样气进口进入测量系统后分成多个气路，分别经过黑碳颗粒物撞击器进行筛选；流经撞击器的样气依次通过黑碳颗粒物检测仪测定，获得不同气路的黑碳颗粒物数浓度；进而获得黑碳颗粒物相态。本发明专利技术能够实现黑碳颗粒物相态在线测定，检测操作简便，提高了黑碳颗粒物相态测定的时间分辨率和准确度，降低了测量成本。

Device and method for measuring phase state of atmospheric black carbon particles

The invention discloses a device and method for measuring atmospheric black carbon particulate phase, measuring device comprises a sample gas inlet and gas outlet, three channel black carbon particles impact components, control components, regulating the flow of carbon black particle detector and system control part; three channel black carbon particles impact parts include a plurality of black carbon particles impact device; flow regulating control unit includes a plurality of electromagnetic valve and a plurality of excitation device. The sample gas through the gas inlet into the measurement system is divided into a plurality of gas path, respectively, after black carbon particle impactor through screening; impactor sample gas followed by black carbon particles were detected, black carbon particles have different gas path; and then get the black carbon particles phase. The invention can realize the on-line determination of the phase of the black carbon particles, and the detection is simple and convenient, and the time resolution and the accuracy of the phase measurement of the black carbon particles are improved, and the measuring cost is lowered.

【技术实现步骤摘要】
一种大气黑碳颗粒物相态的测量装置和测量方法
本专利技术属于大气科学
，涉及大气颗粒物相态测量技术，尤其涉及一种大气黑碳颗粒物相态的测量装置和测量方法。
技术介绍
黑碳(BlackCarbon，BC)是大气颗粒物的重要组成部分，对太阳辐射有强烈的吸收作用，可直接影响大气系统的辐射平衡以及大气能见度等，具有重要的环境效应。此外，黑碳颗粒物是有效的非均相反应载体，在大气污染形成和发展过程中，黑碳颗粒物可以作为气态分子二次转化的反应场所，使气态污染物发生吸附、扩散和多相化学反应。影响黑碳颗粒物物理化学性质的因素很多，其中，相态是表征其吸湿性、大气寿命以及载体能力的重要参数之一。这里相态是指黑碳颗粒物存在时的物理状态，包括固态、半固态和液态。随着外界环境湿度的增加，黑碳颗粒物吸水后可以从固态变为液态。对于固态黑碳颗粒物，活性气态分子的扩散和转化主要发生在颗粒物表面，而对于液态黑碳颗粒物，这些过程可以发生在颗粒物的表面和内部。因此，准确测定黑碳气溶胶相态将有助于解析及量化其环境效应。然而，目前还没有针对测定黑碳颗粒物相态的有效设备，极大地阻碍了对黑碳颗粒物相态的深入理解，难以进一步解析和量化黑碳颗粒物的环境效应。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种在线测定黑碳颗粒物相态的装置和测量方法，用于解决大气中黑碳颗粒物相态的测量问题。本专利技术提供的技术方案是：一种大气黑碳颗粒物相态的测量装置，包括一个样气进口、多个气体出口、三通道黑碳颗粒物撞击部件、流量调节控制部件、黑碳颗粒物检测仪和系统控制部分；所述三通道黑碳颗粒物撞击部件包括多个黑碳颗粒物撞击器；所述黑碳颗粒物撞击器包括小孔和千分尺，还可包括撞击盘或不包括撞击盘；通过千分尺精确调节所述小孔与撞击盘之间的距离；所述千分尺上部为托盘，撞击盘置于托盘上，可拆卸清洗；所述流量调节控制部件包括多个电磁阀和多个激发器；所述系统控制部分包括数字模拟信号读取装置和可视化控制程序软件；样气从样气进口进入，分三路分别进入三通道黑碳颗粒物撞击部件中，分别经过所述黑碳颗粒物撞击器筛选，样气中的黑碳颗粒物进入流量调节控制部件；通过所述电磁阀和所述激发器的气路切换，使流经黑碳颗粒物撞击器的样气依次进入黑碳颗粒物检测仪；通过所述黑碳颗粒物检测仪的测定，获得不同气路的黑碳颗粒物数浓度；所述数字模拟信号读取装置读取数字模拟信号，再通过可视化控制程序软件，根据不同气路的所述黑碳颗粒物数浓度的差值计算得到黑碳颗粒物弹跳系数，进而获得黑碳颗粒物相态；部分未进入黑碳颗粒物检测仪的样气通过电磁阀经气体出口排出；所述气体出口均与真空泵相连，作为测量系统内气体流动动力并将废气排出测量系统。针对上述测量装置，进一步地，所述撞击盘分为光滑撞击盘和有油脂涂层的撞击盘。针对上述测量装置，进一步地，所述三通道黑碳颗粒物撞击部件包括三个平行的撞击装置，所述三个撞击装置均分别包括微孔盘(NozzlePlate)和压差表；其中一个撞击装置没有包括撞击盘，用于获得黑碳颗粒物总数浓度NA；另一个撞击装置包括光滑撞击盘，用于使黑碳颗粒物发生撞击弹跳，从而获得弹跳发生后余下黑碳颗粒物数浓度NB；第三个撞击装置包括有硅油涂层的撞击盘，用于使黑碳颗粒物发生撞击并被涂层捕捉，从而获得撞击发生后余下的黑碳颗粒物数浓度NC。针对上述测量装置，进一步地，所述流量调节控制部件包括三个电磁阀和两个激发器；所述两个激发器分别为两通球形阀和三通球形阀，配合所述电磁阀用于控制气流流动方向。针对上述测量装置，进一步地，所述黑碳颗粒物检测仪为一台商品化黑碳颗粒物检测仪SP2。针对上述测量装置，进一步地，系统控制部分中，所述可视化控制程序软件为自编写的非通用Labview可视化控制程序软件，用于控制各硬件的运行。本专利技术还提供一种大气黑碳颗粒物相态的测量方法，样气通过样气进口进入测量系统后分成多个气路，分别经过三通道黑碳颗粒物撞击部件中的黑碳颗粒物撞击器进行筛选；再通过流量调节控制部件进行气路切换，使流经黑碳颗粒物撞击器的样气依次进入黑碳颗粒物检测仪；通过所述黑碳颗粒物检测仪的测定，获得不同气路的黑碳颗粒物数浓度；通过可视化控制程序软件，根据不同气路的所述黑碳颗粒物数浓度的差值计算得到黑碳颗粒物弹跳系数，进而获得黑碳颗粒物相态；具体包括如下步骤：1)使样气分多路进入三通道黑碳颗粒物撞击部件，所述三通道黑碳颗粒物撞击部件包括不同的平行的黑碳颗粒物撞击器；通过不同的黑碳颗粒物撞击器筛选得到不同相态颗粒物；2)样气经过黑碳颗粒物撞击器后，以恒定流量进入流量调节控制部件；所述流量调节控制部件通过电磁阀和激发器进行气路切换，实现转换控制样气进入不同的黑碳颗粒物检测部分的气路；3)样气进入黑碳颗粒物检测部分的气路后，分别通过黑碳颗粒物检测仪对不同气路的样气进行检测，记录不同气路的黑碳颗粒物数浓度；4)系统软件控制部分根据不同气路颗粒物数浓度差值，计算得到黑碳颗粒物弹跳系数BF；根据BF值，识别得到样气中黑碳颗粒物的相态。针对上述测量方法，进一步地，所述气路为三路，所述三通道黑碳颗粒物撞击部件包括三个平行的黑碳颗粒物撞击器；所述三个黑碳颗粒物撞击器中，其中一个撞击器没有包括撞击盘；另一个撞击器包括光滑撞击盘；第三个撞击器包括有硅油涂层的撞击盘；通过不同的黑碳颗粒物撞击器筛选得到不同相态颗粒物。其中，步骤2)具体为：每1分钟进行一次气路切换，使得三条气路分别与黑碳颗粒物检测仪连通测定1分钟；三条气路依次切换后为一个完整循环。步骤3)分别通过黑碳颗粒物检测仪对不同气路的样气进行检测，记录不同气路的黑碳颗粒物数浓度；撞击器没有包括撞击盘的气路测量获得黑碳颗粒物总数浓度NA；撞击器包括光滑撞击盘的气路测量获得黑碳颗粒物发生撞击弹跳后余下黑碳颗粒物数浓度NB；撞击器包括有硅油涂层的撞击盘的气路测量获得黑碳颗粒物发生撞击并被涂层捕捉，从而获得撞击发生后余下的黑碳颗粒物数浓度NC；步骤4)通过式1计算得到黑碳颗粒物弹跳系数BF：当BF≈0.9时，判定大气气溶胶中黑碳颗粒物为固态；当BF≈0时，判定大气气溶胶中黑碳颗粒物为液态；否则，判定大气气溶胶中颗粒物为半固态。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术包括了黑碳颗粒物相态分离装置和黑碳检测装置及其测量方法，能够实现直接对大气中黑碳颗粒物相态的检测，实现对黑碳颗粒物相态的在线测定，填补了该领域空白。本专利技术的优点主要体现为：(一)本专利技术使用三通道平行撞击，通过设置三个平行撞击器，无需分次检测且操作简便，避免了繁琐的撞击盘更换操作以及由此带来的测量误差，提升了黑碳颗粒物弹跳系数的测量精度和准确度，同时提高了系统的时间分辨率，从而提高了黑碳颗粒物相态测定的时间分辨率和准确度。(二)本专利技术通过使用流量调节控制部件，减少了黑碳颗粒物检测仪的使用，极大地降低了测量成本。附图说明图1为本专利技术实施例提供的黑碳颗粒物相态测定装置的结构框图；其中，虚线框表示测定装置的各部件，虚线箭头表示数字信号模拟控制方向；1—三通道黑碳颗粒物撞击部件；5—流量调节控制部件；11—商品化黑碳颗粒物检测仪SP2；12—系统控制部分；2～4—黑碳颗粒物撞击器；6～8—电磁阀；9～10—激发器；13—数字模拟信号读取装置；14—Labview可视化控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大气黑碳颗粒物相态的测量装置，包括一个样气进口、多个气体出口、三通道黑碳颗粒物撞击部件、流量调节控制部件、黑碳颗粒物检测仪和系统控制部分；所述三通道黑碳颗粒物撞击部件包括多个黑碳颗粒物撞击器；所述黑碳颗粒物撞击器包括小孔和千分尺，还可包括撞击盘或不包括撞击盘；通过千分尺精确调节所述小孔与撞击盘之间的距离；所述千分尺上部为托盘，撞击盘置于托盘上，可拆卸清洗；所述流量调节控制部件包括多个电磁阀和多个激发器；所述系统控制部分包括数字模拟信号读取装置和可视化控制程序软件；样气从样气进口进入，均分三路分别进入三通道黑碳颗粒物撞击部件中，分别经过所述黑碳颗粒物撞击器筛选，样气中的黑碳颗粒物进入流量调节控制部件；通过所述电磁阀和所述激发器的气路切换，使流经黑碳颗粒物撞击器的样气依次进入黑碳颗粒物检测仪；通过所述黑碳颗粒物检测仪的测定，获得不同气路的黑碳颗粒物数浓度；所述数字模拟信号读取装置读取数字模拟信号，再通过可视化控制程序软件，根据不同气路的所述黑碳颗粒物数浓度的差值计算得到黑碳颗粒物弹跳系数，进而获得黑碳颗粒物相态；部分未进入黑碳颗粒物检测仪的样气通过电磁阀经气体出口排出；所述气体出口均与真空泵相连，作为测量系统内气体流动动力并将废气排出测量系统。...

【技术特征摘要】
1.一种大气黑碳颗粒物相态的测量装置，包括一个样气进口、多个气体出口、三通道黑碳颗粒物撞击部件、流量调节控制部件、黑碳颗粒物检测仪和系统控制部分；所述三通道黑碳颗粒物撞击部件包括多个黑碳颗粒物撞击器；所述黑碳颗粒物撞击器包括小孔和千分尺，还可包括撞击盘或不包括撞击盘；通过千分尺精确调节所述小孔与撞击盘之间的距离；所述千分尺上部为托盘，撞击盘置于托盘上，可拆卸清洗；所述流量调节控制部件包括多个电磁阀和多个激发器；所述系统控制部分包括数字模拟信号读取装置和可视化控制程序软件；样气从样气进口进入，均分三路分别进入三通道黑碳颗粒物撞击部件中，分别经过所述黑碳颗粒物撞击器筛选，样气中的黑碳颗粒物进入流量调节控制部件；通过所述电磁阀和所述激发器的气路切换，使流经黑碳颗粒物撞击器的样气依次进入黑碳颗粒物检测仪；通过所述黑碳颗粒物检测仪的测定，获得不同气路的黑碳颗粒物数浓度；所述数字模拟信号读取装置读取数字模拟信号，再通过可视化控制程序软件，根据不同气路的所述黑碳颗粒物数浓度的差值计算得到黑碳颗粒物弹跳系数，进而获得黑碳颗粒物相态；部分未进入黑碳颗粒物检测仪的样气通过电磁阀经气体出口排出；所述气体出口均与真空泵相连，作为测量系统内气体流动动力并将废气排出测量系统。2.如权利要求1所述测量装置，其特征是，所述撞击盘分为光滑撞击盘和有油脂涂层的撞击盘。3.如权利要求1所述测量装置，其特征是，所述三通道黑碳颗粒物撞击部件包括三个平行的撞击装置，所述三个撞击装置均分别包括微孔盘(NozzlePlate)和压差表；其中一个撞击装置没有包括撞击盘，用于获得黑碳颗粒物总数浓度NA；另一个撞击装置包括光滑撞击盘，用于使黑碳颗粒物发生撞击弹跳，从而获得弹跳发生后余下黑碳颗粒物数浓度NB；第三个撞击装置包括有硅油涂层的撞击盘，用于使黑碳颗粒物发生撞击并被涂层捕捉，从而获得撞击发生后余下的黑碳颗粒物数浓度NC。4.如权利要求1所述测量装置，其特征是，所述流量调节控制部件包括三个电磁阀和两个激发器；所述两个激发器分别为两通球形阀和三通球形阀，配合所述电磁阀用于控制气流流动方向。5.如权利要求1所述测量装置，其特征是，所述黑碳颗粒物检测仪为一台商品化黑碳颗粒物检测仪SP2。6.如权利要求1所述测量装置，其特征是，系统控制部分中，所述可视化控制程序软件为自编写的非通用Labview可视化控制程序软件，用于控制各硬件的运行。7.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴志军，刘玥晨，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11