一种大气气溶胶挥发特性测量仪及测量方法技术

本发明专利技术提供了一种大气气溶胶挥发特性测量仪，包括干燥系统、第一粒径分选系统、气溶胶挥发控制系统、第二粒径分选系统和粒子计数系统，所述干燥系统、所述第一粒径分选系统、所述气溶胶挥发控制系统、所述第二粒径分选系统和所述粒子计数系统依次连接。另外，本发明专利技术还提供一种大气气溶胶挥发特性测量方法，用所述的大气气溶胶挥发特性测量仪，测量分粒径气溶胶粒子在不同温度下挥发前后的粒径变化及分布。与现有技术相比，本发明专利技术提供的大气气溶胶挥发特性测量仪及测量方法，能够实现对空气气溶胶挥发特性的测量，其能在不同的温度下兼具各粒径气溶胶的挥发因子和混合状态测量功能，自动化程度高、稳定性好，可在无人值守的情况下连续运行。

Atmospheric aerosol volatilization characteristic measuring instrument and measuring method

The invention provides a volatile properties of atmospheric aerosol measuring instrument, which comprises a drying system, the first particle size separation system, control system, second volatile aerosol particle size separation system and particle counting system, the drying system, wherein the first diameter of the sorting system, aerosol evaporation control system, the second particle size separation system and the particle counting system is sequentially connected. In addition, the invention also provides a method for measuring volatilization characteristics of atmospheric aerosol, aerosol by volatilization characteristics of the measuring instrument, measuring particle size of aerosol particles at different temperatures before and after the volatilization of particle size and distribution. Compared with the prior art, the volatilization characteristics of atmospheric aerosol measurements provided by the invention and the measuring method can realize the measurement of the volatile characteristics of air aerosol, the aerosol particle size has various volatile factor and mixed state measurement function under the different temperature, high degree of automation, good stability, continuous operation in unattended the case.

【技术实现步骤摘要】
一种大气气溶胶挥发特性测量仪及测量方法
本专利技术涉及大气检测设备，具体涉及一种大气气溶胶挥发特性测量仪及测量方法。
技术介绍
大气气溶胶通过散射和吸收辐射直接影响地球大气辐射平衡。存在于大气中的气溶胶粒子化学组成和混合状态十分复杂，而气溶胶的光学效应和辐射效应均与粒子的化学成分和混合状态联系紧密。目前，我国大气环境学界对气溶胶的挥发特性的观测尚未开展，对气溶胶挥发特性的科学观测实验尚不完善。国外科研机构也有开展气溶胶挥发性的测量仪器的研发及试验，但仪器多在实验室环境下进行测量，对于环境大气中的气溶胶挥发特性和混合状态观测研究极少。对于挥发性的测量，最早的方法是测量加热前后的气溶胶粒径谱分布，这样未能提供加热后的单粒径气溶胶粒子的混合状态，剩余的粒子也不能回溯到其初始粒径大小。其后，结合TDMA方法，发展出了V-TDMA测量技术。国外的部分学者采用商业化的热吸附器(thermo-denuder)对加热气溶胶后挥发的气体进行吸附。这样做的优点是使挥发气体不易重新附着到非发挥性的粒子表面或重新成核。其缺点是吸附装置会吸附一部分的非挥发性粒子，使通过率降低。而且，这些仪器设计部件较为复杂、成本较高，难以满足长期稳定观测需求。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种大气气溶胶挥发特性测量仪及测量方法，能够实现对空气气溶胶挥发特性的测量，其能在不同的温度下兼具各粒径气溶胶的挥发因子和混合状态测量功能，自动化程度高、稳定性好，可在无人值守的情况下连续运行。本专利技术提供一种大气气溶胶挥发特性测量仪，包括干燥系统、第一粒径分选系统、气溶胶挥发控制系统、第二粒径分选系统和粒子计数系统，所述干燥系统、所述第一粒径分选系统、所述气溶胶挥发控制系统、所述第二粒径分选系统和所述粒子计数系统依次连接，其中：所述干燥系统，包括干燥器(1)、第一泵(2)、限流孔(3)、第一温湿度传感器(5)、粒子过滤器(4)，所述粒子过滤器(4)的出口连接限流孔(3)的进口，限流孔(3)的出口连干燥器(1)的外壁输入端，干燥器(1)的外壁输出端与第一泵(2)连接，干燥器(1)的出口连接的管道上设有第一温湿度传感器(5)；所述第一粒径分选系统，包括中和器(6)、第一粒径分选装置(7)、第一质量流量计(10)、第一粒子过滤器(12)、第一高压器(8)、第二温湿度传感器(9)、第一鼓风机(11)、三通阀(13)，所述中和器(6)的进口与干燥器(1)的出口连接，中和器(6)的出口与第一粒径分选装置(7)的进口连接，粒径分选装置(7)的出口连接三通阀(13)的进口；第一粒径分选装置(7)的鞘流出口顺次连接第一质量流量计(10)、第一鼓风机(11)、第一粒子过滤器(12)，鞘流进口再连接第一粒径分选装置(7)中，在第一粒径分选装置(7)、第一质量流量计(10)、第一鼓风机(11)以及第一粒子过滤器(12)之间形成闭合气流回路；所述第一高压器(8)连接至第一粒径分选装置(7)内部，连接第一粒径分选装置(7)和三通阀(13)的管道上设有第二温湿度传感器(9)；所述气溶胶挥发控制系统，包括温度加热管(14)、温度交换器(18)、第三温湿度传感器(19)以及温度控制器(17)，在温度加热管(14)外壁包裹有柔性加热带(15)，其中心插有测量输气管道中心空气温度的空气温度传感器(16)，温度加热管(14)的气流进口连接上述三通阀(13)的第一气流出口，温度加热管(14)的出气端与温度交换器(18)的进气端连接，温度交换器(18)的出气端与第三温湿度传感器(19)连接；所述温度控制器(17)连接温度加热器(14)与柔性加热带(15)温度交换器(18)的气流出口连接第二粒径分选系统；所述第二粒径分选系统，包括第二粒径分选装置(20)、第二质量流量计(24)、第二粒子过滤器(22)、第二高压器(21)、第四温湿度传感器(25)、第二鼓风机(23)、三向阀(26)，所述第二粒径分选装置(20)的进口与温度交换器(18)的气流出口连接，第二粒径分选装置(20)的出口连接三向阀(26)的第一进口连接，第四温湿度传感器(25)位于第二粒径分选装置(20)的出口与三向阀(26)之间的管道上，第二高压器(21)连接至第二粒径分选装置(20)内部；第二粒径分选装置(20)的鞘流出口顺次连接第二质量流量计(24)、第二鼓风机(23)、第二粒子过滤器(22)，鞘流进口再与第二粒径分选装置(20)连接，在第二粒径分选装置(20)、第二质量流量计(24)、第二鼓风机(23)以及第二粒子过滤器(22)之间形成闭合气流回路；三向阀(26)的第二进口与三通阀(13)的第二出口连接；所述粒子计数系统，包括凝结粒子计数器(28)、第三质量流量计(27)和第二泵(29)，第三质量流量计(27)的进气口与三向阀(26)的气流出口连接，第三质量流量计(27)的出气口连接凝结粒子计数器(28)的气流入口，第二泵(29)连接在凝结粒子计数器(28)的气流出口处。优选地，所述干燥器(1)为膜渗透式干燥器。优选地，所述大气气溶胶挥发特性测量仪还包括数据采集处理系统包括数据采集卡和用于处理采集到的数据监控机构，所述第一质量流量计(10)、第二质量流量计(24)、第三质量流量计(27)、第一温湿度传感器(5)、第二温湿度传感器(9)、第三温湿度传感器(19)、第四温湿度传感器(25)、三通阀(13)、第一高压器(8)、第二高压器(21)、第一鼓风机(11)和第二鼓风机(23)均与所述数据采集卡电性连接。另外，本专利技术还提供一种大气气溶胶挥发特性测量方法，用所述的大气气溶胶挥发特性测量仪，测量分粒径气溶胶粒子在不同温度下挥发前后的粒径变化及分布。本专利技术提供一种大气气溶胶挥发特性测量方法，主要是测量分粒径气溶胶粒子(40-300nm)在不同温度下(常温-350℃)挥发前后的粒径变化及分布。与现有技术相比，本专利技术提供的大气气溶胶挥发特性测量仪及测量方法，能够实现对空气气溶胶挥发特性的测量，其能在不同的温度下兼具各粒径气溶胶的挥发因子和混合状态测量功能，自动化程度高、稳定性好，可在无人值守的情况下连续运行。具体而言，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术所述的气溶胶挥发控制系统可以实现对系统中气体温度的调节，可在较短时间内(<5分钟)使气流达到预设温度，温度稳定后的变化在1％以下；采用相对通过率的算法(见实施例1)，准确计算粒子在加温系统中的损耗；温度交换器可使加热后的高温气流快速降至常温，进入第二粒径分选系统进行测量；虽然不使用热吸附器，但是经实验表明，不会导致挥发性蒸汽的重新凝结在已有粒子表面或成核；2、本专利技术所述的大气气溶胶挥发特性测量仪，能够实现对分粒径气溶胶挥发特性的测量，其能在不同的温度下依据测量的各粒径气溶胶挥发因子分布推断粒子混合状态；挥发控制系统设计简单，能有效减少粒子的损耗，并保证挥发蒸汽不重新凝结成核或附着在颗粒物上；3、本专利技术所述的大气气溶胶挥发特性测量仪兼俱测量各粒径气溶胶的挥发因子和混合状态测量功能，自动化程度高、稳定性好，可在无人值守的情况下连续运行，有助于全面了解不同的气溶胶各粒径段的挥发性和混合状态及其对气溶胶光学特性的影响，同时对大气灰霾形成机理等方面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大气气溶胶挥发特性测量仪，其特征在于，包括干燥系统、第一粒径分选系统、气溶胶挥发控制系统、第二粒径分选系统和粒子计数系统，所述干燥系统、所述第一粒径分选系统、所述气溶胶挥发控制系统、所述第二粒径分选系统和所述粒子计数系统依次连接，其中：所述干燥系统，包括干燥器(1)、第一泵(2)、限流孔(3)、第一温湿度传感器(5)、粒子过滤器(4)，所述粒子过滤器(4)的出口连接限流孔(3)的进口，限流孔(3)的出口连干燥器(1)的外壁输入端，干燥器(1)的外壁输出端与第一泵(2)连接，干燥器(1)的出口连接的管道上设有第一温湿度传感器(5)；所述第一粒径分选系统，包括中和器(6)、第一粒径分选装置(7)、第一质量流量计(10)、第一粒子过滤器(12)、第一高压器(8)、第二温湿度传感器(9)、第一鼓风机(11)、三通阀(13)，所述中和器(6)的进口与干燥器(1)的出口连接，中和器(6)的出口与第一粒径分选装置(7)的进口连接，粒径分选装置(7)的出口连接三通阀(13)的进口；第一粒径分选装置(7)的鞘流出口顺次连接第一质量流量计(10)、第一鼓风机(11)、第一粒子过滤器(12)，鞘流进口再连接第一粒径分选装置(7)中，在第一粒径分选装置(7)、第一质量流量计(10)、第一鼓风机(11)以及第一粒子过滤器(12)之间形成闭合气流回路；所述第一高压器(8)连接至第一粒径分选装置(7)内部，连接第一粒径分选装置(7)和三通阀(13)的管道上设有第二温湿度传感器(9)；所述气溶胶挥发控制系统，包括温度加热管(14)、温度交换器(18)、第三温湿度传感器(19)以及温度控制器(17)，在温度加热管(14)外壁包裹有柔性加热带(15)，其中心插有测量输气管道中心空气温度的空气温度传感器(16)，温度加热管(14)的气流进口连接上述三通阀(13)的第一气流出口，温度加热管(14)的出气端与温度交换器(18)的进气端连接，温度交换器(18)的出气端与第三温湿度传感器(19)连接；所述温度控制器(17)连接温度加热器(14)与柔性加热带(15)温度交换器(18)的气流出口连接第二粒径分选系统；所述第二粒径分选系统，包括第二粒径分选装置(20)、第二质量流量计(24)、第二粒子过滤器(22)、第二高压器(21)、第四温湿度传感器(25)、第二鼓风机(23)、三向阀(26)，所述第二粒径分选装置(20)的进口与温度交换器(18)的气流出口连接，第二粒径分选装置(20)的出口连接三向阀(26)的第一进口连接，第四温湿度传感器(25)位于第二粒径分选装置(20)的出口与三向阀(26)之间的管道上，第二高压器(21)连接至第二粒径分选装置(20)内部；第二粒径分选装置(20)的鞘流出口顺次连接第二质量流量计(24)、第二鼓风机(23)、第二粒子过滤器(22)，鞘流进口再与第二粒径分选装置(20)连接，在第二粒径分选装置(20)、第二质量流量计(24)、第二鼓风机(23)以及第二粒子过滤器(22)之间形成闭合气流回路；三向阀(26)的第二进口与三通阀(13)的第二出口连接；所述粒子计数系统，包括凝结粒子计数器(28)、第三质量流量计(27)和第二泵(29)，第三质量流量计(27)的进气口与三向阀(26)的气流出口连接，第三质量流量计(27)的出气口连接凝结粒子计数器(28)的气流入口，第二泵(29)连接在凝结粒子计数器(28)的气流出口处。...

【技术特征摘要】
1.一种大气气溶胶挥发特性测量仪，其特征在于，包括干燥系统、第一粒径分选系统、气溶胶挥发控制系统、第二粒径分选系统和粒子计数系统，所述干燥系统、所述第一粒径分选系统、所述气溶胶挥发控制系统、所述第二粒径分选系统和所述粒子计数系统依次连接，其中：所述干燥系统，包括干燥器(1)、第一泵(2)、限流孔(3)、第一温湿度传感器(5)、粒子过滤器(4)，所述粒子过滤器(4)的出口连接限流孔(3)的进口，限流孔(3)的出口连干燥器(1)的外壁输入端，干燥器(1)的外壁输出端与第一泵(2)连接，干燥器(1)的出口连接的管道上设有第一温湿度传感器(5)；所述第一粒径分选系统，包括中和器(6)、第一粒径分选装置(7)、第一质量流量计(10)、第一粒子过滤器(12)、第一高压器(8)、第二温湿度传感器(9)、第一鼓风机(11)、三通阀(13)，所述中和器(6)的进口与干燥器(1)的出口连接，中和器(6)的出口与第一粒径分选装置(7)的进口连接，粒径分选装置(7)的出口连接三通阀(13)的进口；第一粒径分选装置(7)的鞘流出口顺次连接第一质量流量计(10)、第一鼓风机(11)、第一粒子过滤器(12)，鞘流进口再连接第一粒径分选装置(7)中，在第一粒径分选装置(7)、第一质量流量计(10)、第一鼓风机(11)以及第一粒子过滤器(12)之间形成闭合气流回路；所述第一高压器(8)连接至第一粒径分选装置(7)内部，连接第一粒径分选装置(7)和三通阀(13)的管道上设有第二温湿度传感器(9)；所述气溶胶挥发控制系统，包括温度加热管(14)、温度交换器(18)、第三温湿度传感器(19)以及温度控制器(17)，在温度加热管(14)外壁包裹有柔性加热带(15)，其中心插有测量输气管道中心空气温度的空气温度传感器(16)，温度加热管(14)的气流进口连接上述三通阀(13)的第一气流出口，温度加热管(14)的出气端与温度交换器(18)的进气端连接，温度交换器(18)的出气端与第三温湿度传感器(19)连接；所述温度控制器(17)连接温度加热器(14)与柔性加热带(15)温度交换器(18)的气流...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭浩波，许汉冰，
申请(专利权)人：中国气象局广州热带海洋气象研究所，中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44