一种颗粒物传感器校准系统技术方案

本发明专利技术涉及一种纳米级和微米级颗粒物传感器校准系统，由颗粒物发生器、稀释混合子系统、实验箱体及数据采集分析系统构成，可对PM

Calibration system for particulate matter sensor

The invention relates to a calibration system for nanometer and micrometer level particle sensors, which is composed of a particle generator, a dilution mixing subsystem, an experimental box body and a data acquisition and analysis system. The utility model can be used for PM

【技术实现步骤摘要】
一种颗粒物传感器校准系统
本专利技术属于环境气溶胶
，特别地，涉及一种纳米和微米颗粒物传感器的校准系统。
技术介绍
颗粒物传感器校准系统能应用于颗粒物传感器或颗粒物检测仪的校准和性能评估领域。EmilyG.Snyder等(Environ.Sci.Technol.,47:11369-11377,2013)认为在高时空分辨率空气质量监测模式的发展趋势下，低成本颗粒物传感器将发挥巨大作用，如何校准该类传感器从而得到可信的监测数据意义重大。目前国内外关于颗粒物传感器校准系统的研究中，多是利用精度较高的颗粒物浓度检测设备作为参考仪器，和待测对象同步测量一定浓度的颗粒物从而进行校准，其中，校准周期长是一个很普遍的问题，如WangYang等(AerosolSci.andTech.,49:1063-1077,2015)以及RufusEdwards等(J.Air&WasteManage.Assoc.,56:789-799,2006)分别对几款市面上的颗粒物传感器进行评测，均是利用颗粒物自然沉降和损失的方式来改变颗粒物浓度，前者一次校准需要约2.5小时。国内为数不多的关于颗粒物传感器校准系统的研究，由于气溶胶发生技术单一，普遍只能进行PM2.5传感器的校准，如中国专利技术专利一种多通道PM2.5监测仪校准装置(公开号103674796A)；以及中国专利技术专利一种颗粒物传感器标定系统(公开号204831977U)和粉尘浓度在线监测用自动校准装置(公开号105547948A)，前者所用的气溶胶是燃烧产生的碳烟，颗粒物比较特殊，应用范围受限，后者则缺少独立的气溶胶发生装置，没有形成校准系统，使用相对被动。此外，现有的颗粒物传感器校准系统一次可校准的颗粒物传感器数量十分有限，例如ZohirChowdhury等(J.EnvironMonit.,9:1099-1106,2007)一次最多校准19个普通规格的待测对象，同时实验装置体积很大；还有中国专利技术专利新型直读式粉尘浓度测量仪检定校准装置(公开号203798704U)实验装置长度大于4米，在尽可能小的空间里校准更多的传感器是亟待解决的问题。
技术实现思路
为了能够对颗粒物传感器进行快速全面的评估和校准，本专利技术提供一套含有纳米和微米颗粒物发生装置的颗粒物传感器校准系统，系统中将产生的颗粒物进行干燥和稀释混合处理后通入实验箱体中，传感器和标准参考仪器对箱体内的颗粒物进行同步测量，逐时输出测量结果，从而实现对颗粒物传感器的校准。该系统生成的颗粒物粒径范围大，浓度可动态调节，易于操作，适用于颗粒物传感器的快速校准。此系统包括纳米颗粒物校准子系统和微米颗粒物校准子系统，它们都是由颗粒物发生器、稀释混合器、实验箱体及数据采集分析系统构成。一种纳米颗粒物传感器校准系统，包括过滤除水器2，第一高效过滤器3，T型三通10，纳米颗粒物发生器11，第一扩散干燥管12，第一球阀13，第二高效过滤器14，第二球阀15，转子流量计4，Y型三通16，箱体盖板5，实验箱体6，第二扩散干燥管7，切割头8和参考仪器9；过滤除水器2两侧均具有开口，其中入口用于压缩空气进入，出口通过卡套接头与第一高效过滤器3的入口连接；第一高效过滤器3两侧均具有开口，其中入口与过滤除水器2的出口连接，出口与T型三通10连接；T型三通10为不锈钢卡套，入口与第一高效过滤器3的出口连接，出口一路通过卡套与纳米颗粒物发生器11连接，另一路通过卡套与转子流量计4连接；纳米颗粒物发生器11具有入口和出口，其中入口与T型三通10的一路出口连接，出口通过导电性黑炭管与第一扩散干燥管12连接；第一扩散干燥管12两侧均具有开口，其中入口与纳米颗粒物发生器11的出口连接，出口连接桥式稀释器的入口；桥式稀释器的入口通过三通分为两路，一路为第一球阀13和第二高效过滤器14，另一路为第二球阀15，桥式稀释器的出口通过导电性黑炭管与Y型三通16的第一个端口连接，桥式稀释器可实现颗粒物浓度的第一级稀释；转子流量计4具有入口和出口，其中入口与T型三通10的另一路出口连接，出口与Y型三通16的第二个端口连接；Y型三通16的第三个端口通过箱体盖板5与实验箱体6连接；实验箱体6具有入口和出口，其中入口通过箱体盖板5与Y型三通16的第三个端口连接，出口通过穿板接头和导电性黑炭管与第二扩散干燥管7连接，实验箱体内部放置一个箱体隔板支架6-1，箱体隔板支架6-1对称放置一定数量的传感器6-2，并将所有传感器6-2的信号线连接至数据采集主板6-3；第二扩散干燥管7具有入口和出口，其中入口与实验箱体6连接，出口与切割头8连接；切割头8具有入口和出口，其中入口与第二扩散干燥管7的出口连接，出口与参考仪器9的入口连接；参考仪器9动态显示和记录颗粒物浓度。优选地，所述过滤除水器2对颗粒物进行分级粗过滤和除水处理；第一高效过滤器3对颗粒物进行高效过滤，得到的干燥洁净压缩空气；纳米颗粒物发生器11产生的颗粒物经过第一扩散干燥管12干燥后得到较高浓度的纳米级颗粒物；桥式稀释器实现颗粒物浓度的第一级稀释；Y型三通16实现颗粒物浓度的第二级稀释；切割头8采用机械撞击的原理，去除已知粒径大小之上的颗粒物。优选地，纳米颗粒物发生器11内的溶质通常选用NaCl与高纯水配制固定浓度的溶液。优选地，转子流量计的调节范围为2L·min-1～30L·min-1。优选地，实验箱体6的材质为不锈钢，且与颗粒物相关气路部分均由不锈钢接头与导电性黑炭管组成，以减少颗粒物的气路损失和器壁损失；实验箱体6为的微正压环境，以防止外界颗粒物进入实验箱体6，保证系统工作的可靠性。优选地，通过调节第一球阀13和第二球阀15的开度，可以调节气路阻力分配比，从而调节稀释比例。一种微米颗粒物传感器校准系统，包括过滤除水器2，第一高效过滤器3，转子流量计4，超声雾化器18，混合器19，精密注射器20，注射器控制器21，超声能量计22，混合干燥通道23，箱体盖板5，实验箱体6，第二扩散干燥管7，切割头8和参考仪器9；过滤除水器2两侧均具有开口，其中入口用于压缩空气进入，出口通过卡套接头与硅胶干燥管17的入口连接；硅胶干燥管17两侧均具有开口，其中入口与过滤除水器2的出口连接，出口与第一高效过滤器3连接；第一高效过滤器3两侧均具有开口，其中入口与硅胶干燥管17的出口连接，出口与转子流量计4连接；转子流量计4具有入口和出口，其中入口与第一高效过滤器3的出口连接，出口与混合器19连接；混合器19具有鞘气入口、气溶胶入口，其中鞘气入口与转子流量计4的出口连接，气溶胶入口通过O圈密封的形式连接超声雾化器18；混合器19的出口连接混合干燥通道23，混合干燥通道具有上窄下宽的设计，混合干燥通道23的下端通过箱体盖板5与实验箱体6连接；实验箱体6具有入口和出口，其中入口通过箱体盖板5与Y型三通16的第三个端口连接，出口的一部分通过穿板接头和导电性黑炭管与第二扩散干燥管7连接，另一部分多余气体通过实验箱体下部的排气小孔排出，实验箱体内部放置一个箱体隔板支架6-1，箱体隔板支架6-1对称放置一定数量的传感器6-2，并将所有传感器6-2的信号线连接至数据采集主板6-3；第二扩散干燥管7具有入口和出口，其中入口与实验箱体6连接，出口与切割头8连接；切割本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米级颗粒物传感器校准系统，包括过滤除水器(2)，第一高效过滤器(3)，T型三通(10)，纳米颗粒物发生器(11)，第一扩散干燥管(12)，第一球阀(13)，第二高效过滤器(14)，第二球阀(15)，转子流量计(4)，Y型三通(16)，箱体盖板(5)，实验箱体(6)，第二扩散干燥管(7)，切割头(8)和参考仪器(9)；其特征在于，过滤除水器(2)两侧均具有开口，其中入口用于压缩空气(1)进入，出口通过卡套接头与第一高效过滤器(3)的入口连接；第一高效过滤器(3)两侧均具有开口，其中入口与过滤除水器(2)的出口连接，出口与T型三通(10)连接；T型三通(10)为不锈钢卡套，入口与第一高效过滤器(3)的出口连接，出口一路通过卡套与纳米颗粒物发生器(11)连接，另一路通过卡套与转子流量计(4)连接；纳米颗粒物发生器(11)具有入口和出口，其中入口与T型三通(10)的一路出口连接，出口通过导电性黑炭管与第一扩散干燥管(12)连接；第一扩散干燥管(12)两侧均具有开口，其中入口与纳米颗粒物发生器(11)的出口连接，出口连接桥式稀释器的入口；桥式稀释器的入口通过三通分为两路，一路为第一球阀(13)和第二高效过滤器(14)，另一路为第二球阀(15)，桥式稀释器的出口通过导电性黑炭管与Y型三通(16)的第一个端口连接，桥式稀释器可实现颗粒物浓度的第一级稀释；转子流量计(4)具有入口和出口，其中入口与T型三通(10)的另一路出口连接，出口与Y型三通(16)的第二个端口连接；Y型三通(16)的第三个端口通过箱体盖板(5)与实验箱体(6)连接；实验箱体(6)具有入口和出口，其中入口通过箱体盖板(5)与Y型三通(16)的第三个端口连接，出口分为两部分，一部分通过穿板接头和导电性黑炭管与第二扩散干燥管(7)连接，另一部分多余气体流量通过实验箱体下部的排气小孔流出，实验箱体内部放置一个箱体隔板支架(6‑1)，箱体隔板支架(6‑1)对称放置一定数量的传感器(6‑2)，并将所有传感器(6‑2)的信号线连接至数据采集主板(6‑3)；第二扩散干燥管(7)具有入口和出口，其中入口与实验箱体(6)连接，出口与切割头(8)连接；切割头(8)具有入口和出口，其中入口与第二扩散干燥管(7)的出口连接，出口与参考仪器(9)的入口连接；参考仪器(9)动态显示和记录颗粒物浓度。...

【技术特征摘要】
1.一种纳米级颗粒物传感器校准系统，包括过滤除水器(2)，第一高效过滤器(3)，T型三通(10)，纳米颗粒物发生器(11)，第一扩散干燥管(12)，第一球阀(13)，第二高效过滤器(14)，第二球阀(15)，转子流量计(4)，Y型三通(16)，箱体盖板(5)，实验箱体(6)，第二扩散干燥管(7)，切割头(8)和参考仪器(9)；其特征在于，过滤除水器(2)两侧均具有开口，其中入口用于压缩空气(1)进入，出口通过卡套接头与第一高效过滤器(3)的入口连接；第一高效过滤器(3)两侧均具有开口，其中入口与过滤除水器(2)的出口连接，出口与T型三通(10)连接；T型三通(10)为不锈钢卡套，入口与第一高效过滤器(3)的出口连接，出口一路通过卡套与纳米颗粒物发生器(11)连接，另一路通过卡套与转子流量计(4)连接；纳米颗粒物发生器(11)具有入口和出口，其中入口与T型三通(10)的一路出口连接，出口通过导电性黑炭管与第一扩散干燥管(12)连接；第一扩散干燥管(12)两侧均具有开口，其中入口与纳米颗粒物发生器(11)的出口连接，出口连接桥式稀释器的入口；桥式稀释器的入口通过三通分为两路，一路为第一球阀(13)和第二高效过滤器(14)，另一路为第二球阀(15)，桥式稀释器的出口通过导电性黑炭管与Y型三通(16)的第一个端口连接，桥式稀释器可实现颗粒物浓度的第一级稀释；转子流量计(4)具有入口和出口，其中入口与T型三通(10)的另一路出口连接，出口与Y型三通(16)的第二个端口连接；Y型三通(16)的第三个端口通过箱体盖板(5)与实验箱体(6)连接；实验箱体(6)具有入口和出口，其中入口通过箱体盖板(5)与Y型三通(16)的第三个端口连接，出口分为两部分，一部分通过穿板接头和导电性黑炭管与第二扩散干燥管(7)连接，另一部分多余气体流量通过实验箱体下部的排气小孔流出，实验箱体内部放置一个箱体隔板支架(6-1)，箱体隔板支架(6-1)对称放置一定数量的传感器(6-2)，并将所有传感器(6-2)的信号线连接至数据采集主板(6-3)；第二扩散干燥管(7)具有入口和出口，其中入口与实验箱体(6)连接，出口与切割头(8)连接；切割头(8)具有入口和出口，其中入口与第二扩散干燥管(7)的出口连接，出口与参考仪器(9)的入口连接；参考仪器(9)动态显示和记录颗粒物浓度。2.根据权利要求1所述的校准系统，其特征在于，所述过滤除水器(2)对颗粒物进行分级粗过滤和除水处理；第一高效过滤器(3)对颗粒物进行高效过滤，得到的干燥洁净压缩空气；经过第一扩散干燥管(12)干燥后得到较高浓度的纳米级颗粒物；桥式稀释器实现颗粒物浓度的第一级稀释；Y型三通(16)实现颗粒物浓度的第二级稀释；切割头(8)采用机械撞击的原理，去除已知粒径大小之上的颗粒物。3.根据权利要求1所述的校准系统，其特征在于，纳米颗粒物发生器(11)内的溶质通常选用NaCl与高纯水配制固定浓度的溶液。4.根据权利要求1所述的校准系统，其特征在于，转子流量计(4)的调节范围为2L·min-1～30L·min-1。5.根据权利要求1所述的校准系统，其特征在于，实验箱体(6)的材质为不锈钢，且与颗粒物相关气路部分均由不锈钢接头或导电性黑炭管组成，以减少颗粒物的气路损失和器壁损失；实验箱体(6)为微正压环境，防止外界颗粒物进入实验箱体(6)，保证系统工作的可靠性。6.根据权利要求1所述的校准系统，其特征在于，通过调节第一球阀(13)和第二球阀(15)的开度，可以调节气路阻力分配比，从而调节稀释比例。7.一种微米级颗粒物传感器校准系统，包括过滤除水器(2)，硅胶干燥管(17)，第一高效过滤器(3)，转子流量计(4)，超声雾化器(18)，混合器(19)，精密注射器(20)，注射器控制器(21)，超声能量计(22)，混合干燥通道(23)，箱体盖板(5)，实验箱体(6...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋靖坤，张强，乔晓慧，
申请(专利权)人：清华大学，北京科领奈尔环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11