多过饱和度下的云凝结核数浓度快速测量装置、标定装置及标定方法制造方法及图纸

本发明专利技术具体提供了两种装置：一种是能够实现多过饱和度条件下的云凝结核数浓度快速测量装置，该装置通过控制装置改变云凝结核计数器的进气流量产生不同的过饱和度，由于云凝结核计数器云室内过饱和度改变对流量改变的响应时间(数秒)相对于传统的改变云室顶底温差的方法更快，因此此设备的云凝结核数浓度测量更加快速，此外该装置能够应用于多情景下的观测(例如航测)。另一种是上述能够实现多过饱和度条件下的云凝结核数浓度快速测量装置中过饱和度的标定装置，同样可以实现快速标定。

【技术实现步骤摘要】
多过饱和度下的云凝结核数浓度快速测量装置、标定装置及标定方法
本专利技术属于气溶胶探测领域和云微物理领域，尤其涉及一种多过饱和度下的云凝结核数浓度快速测量装置及标定装置和标定方法。
技术介绍
气溶胶-云交互作用是气溶胶气候效应研究的重要内容，也是目前全球辐射强迫评估结果的最大不确定来源。科勒理论指出，气溶胶在过饱和条件下能够活化成为云凝结核。云凝结核是成云和降雨必要条件，其数浓度是研究气溶胶-云交互作用的重要参数，因此准确、稳定的云凝结核计数器设备尤为重要。另外，云凝结核数浓度是对于过饱和度而言的，因此所使用的云凝结核计数器的过饱和度的标定结果的准确与否是实现云凝结核数浓度准确测量的前提。目前云凝结核计数器国内外应用最为广泛的是连续流热梯度云凝结核计数器。该设备主要包含圆柱形云室和光学计数器。云室顶底设置温差(底部温度－顶部温度，大于0摄氏度)且云室内壁保持湿润，云室中心线附近的过饱和度由水蒸气和热的扩散速率差异产生。连续流热梯度云凝结核计数器实际运行中，经过除湿的气溶胶在鞘气的保护下，从云室顶部中心线附近进入云室，云凝结核被底部的光学计数器计数。目前连续流热梯度云凝结核计数器有单云室型和双云室型两种，单云室云凝结核计数器包含一套圆柱形云室和光学计数器，双云室云凝结核计数器则包含两套圆柱形云室和光学计数器，无论是单云室还是双云室，测量的时间分辨率都为1秒。连续流热梯度云凝结核计数器的云室中心线附近的过饱和度与多个因素相关，包括云室顶底温差、进气压强、进气流量等。目前，多数观测使用基于改变云室顶底温差的方式产生不同过饱和度的云凝结核计数器进行测量。原因是基于改变云室顶底温差的方式产生不同过饱和度的云凝结核计数器较为简单方便，无需添加其他装置(如流量控制装置、气压稳定装置)。然而，上述基于改变云室顶底温差的方式产生不同过饱和度的云凝结核计数器的云室在一个顶底温差向另一个温差改变时需要耗费较长的时间(通常需要3～5分钟以上)，测量不同过饱和度时间较长。另外，云凝结核计数器中过饱和度的标定准确性是云凝结核数浓度能够准确测量与否的前提。目前基于改变云室顶底温差的方式产生不同过饱和度的云凝结核计数器的配套标定系统同样存在耗时长的问题。此外，另一个影响过饱和度的标定结果的因素是不同团队在云凝结核计数器过饱和度标定过程中运用的科勒模型形式不一，且多数并未指明具体所用形式。导致目前云凝结核数浓度观测结果无法进行进一步比对和参考。因此，本专利技术提出一种能够实现多过饱和度条件下的云凝结核数浓度快速测量装置，并提出实现多过饱和度条件下的云凝结核数浓度快速测量装置中过饱和度的标定装置。
技术实现思路
针对目前云凝结核数浓度测量的局限，本专利技术提供一种能够实现多过饱和度条件下的云凝结核数浓度快速测量装置，以及提出上述云凝结核数浓度快速测量系统的配套标定装置。本专利技术的一个目的之一是提供一种能够实现多过饱和度条件下的云凝结核数浓度快速测量装置。包括：干燥器，用于对携带气溶胶气流进行除湿；云凝结核计数器，用于获取除湿后携带气溶胶气流的每秒云凝结核数浓度数据。控制装置，用于控制云凝结核计数器的进气流量，从而改变云凝结核计数器的过饱和度。进一步地，还包括：凝结核计数器，用于获取除湿后环境气溶胶的每秒凝结核数浓度。气泵，与所述凝结核计数器连接，为凝结核计数器提供抽力，供凝结核计数器工作。进一步地，还包括用于控制除湿后携带环境气溶胶气流压力恒定的控压机。进一步地，本专利技术提供的能够实现多过饱和度条件下的云凝结核数浓度快速测量装置中，云凝结核计数器可以为单云室云凝结核计数器或双云室云凝结核计数器，其中，所述控制装置通过改变和控制单云室云凝结核计数器的单个云室或双云室云凝结核计数器两个云室的进气流量进而改变云凝结核计数器每个云室的过饱和度。本专利技术的目的之二是提出上述云凝结核数浓度快速测量系统的标定装置，包括：压缩空气产生装置、过滤器、气溶胶发生器、干燥器、控压机、中和器、电迁移率筛分仪、凝结核计数器、云凝结核计数器、气泵和控制装置。其中，压缩空气产生装置、过滤器、气溶胶发生器、干燥器、中和器、电迁移率筛分仪依次连接，气溶胶发生器的出口还设有排空口；电迁移率筛分仪的出口分别与凝结核计数器、云凝结核计数器的进口连接，气泵与凝结核计数器连接，用于获取电迁移率筛分仪产生的单分散气溶胶。所述控制装置用于控制电迁移率筛分仪出口流量恒定。进一步地，所述云凝结核计数器为单云室云凝结核计数器时，所述控制装置具体包括质量流量控制器、气泵和外置控制器，其中，外置控制器用于控制单云室云凝结核计数器的进气流量，气泵和与外置控制器直接连接的质量流量控制器组成单云室云凝结核计数器的并联支路，通过外置控制器同时控制单云室云凝结核计数器的进气流量和通过质量流量控制器的流量，使电迁移率筛分仪出口流量恒定。进一步地，所述云凝结核计数器为双云室云凝结核计数器时，所述控制装置分别控制双云室云凝结核计数器两个云室的进气流量，维持双云室云凝结核计数器的总进气流量恒定。进一步地，还包括用于控制除湿后携带环境气溶胶气流压力恒定的控压机。本专利技术的目的之三是提供上述标定装置的标定方法，该方法具体为：(1)设定电迁移率筛分仪中的干粒径。(2)通过控制装置调节云凝结核计数器的进气流量，云凝结核计数器获得每秒云凝结核数浓度(NCCN)，凝结核计数器获得每秒凝结核数浓度(NCN)，计算每个流量对应的活化率并拟合流量与活化率的趋势线得到临界流量值，并通过科勒方程计算临界流量值对应的过饱和度。(3)改变步骤1中的干粒径值，重复步骤2，最后线性拟合云凝结核计数器云室的进气流量和过饱和度的对应关系，得到流量与过饱和度的关系式，标定结束。本专利技术的有益效果是：本专利技术的装置通过改变云凝结核计数器的进气流量产生不同的过饱和度，由于云凝结核计数器对流量的响应时间(数秒)相对于传统的改变云室顶底温差的方法更快，因此设备的云凝结核数浓度测量更加快速。此外该装置能够应用于多情景下的观测(例如航测)。本专利技术同时提出上述云凝结核数浓度快速测量装置中过饱和度的标定装置。附图说明图1为能够实现多过饱和度条件下的云凝结核数浓度快速测量装置示意图(图1A利用单云室云凝结核计数器，图1B利用双云室云凝结核计数器)。图2为能够实现多过饱和度条件下的云凝结核数浓度快速测量装置的配套标定装置的示意图(图2A为单云室云凝结核计数器的过饱和度标定装置，图2B为双云室云凝结核计数器的过饱和度标定装置)。具体实施方式下面结合附图1和附图2，对本专利技术作进一步说明：图1为能够实现多过饱和度条件下的云凝结核数浓度快速测量装置示意图，其中A为利用单云室云凝结核计数器，B为利用双云室云凝结核计数器，该装置具体包括：干燥器，用于对携带环境气溶胶气流进行除湿；云凝结核计数器，用于获取除湿后携带气溶胶气流的每秒云凝结核数浓度数据。控制装置，用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多过饱和度条件下的云凝结核数浓度快速测量装置，其特征在于，包括：/n干燥器，用于对携带环境气溶胶气流进行除湿；/n云凝结核计数器，用于获取除湿后携带气溶胶气流的每秒云凝结核数浓度数据。/n控制装置，用于控制云凝结核计数器的进气流量，从而改变云凝结核计数器的过饱和度。/n

【技术特征摘要】
1.一种多过饱和度条件下的云凝结核数浓度快速测量装置，其特征在于，包括：
干燥器，用于对携带环境气溶胶气流进行除湿；
云凝结核计数器，用于获取除湿后携带气溶胶气流的每秒云凝结核数浓度数据。
控制装置，用于控制云凝结核计数器的进气流量，从而改变云凝结核计数器的过饱和度。


2.根据权利要求1所述的云凝结核数浓度快速测量装置，其特征在于，还包括：
凝结核计数器，用于获取除湿后气溶胶的每秒凝结核数浓度。
气泵，与所述凝结核计数器连接，为凝结核计数器提供抽力。


3.根据权利要求1所述的云凝结核数浓度快速测量装置，其特征在于，还包括用于控制除湿后携带气溶胶气流压力恒定的控压机。


4.根据权利要求1所述的云凝结核数浓度快速测量装置，其特征在于，所述云凝结核计数器包括单云室云凝结核计数器和双云室云凝结核计数器，其中，所述控制装置分别控制双云室云凝结核计数器两个云室的进气流量，分别改变云凝结核计数器两个云室的过饱和度。


5.一种权利要求1所述云凝结核数浓度快速测量装置的标定装置，其特征在于，包括：压缩空气产生装置、过滤器、气溶胶发生器、干燥器、中和器、电迁移率筛分仪、凝结核计数器、云凝结核计数器、气泵和控制装置。其中，压缩空气产生装置、过滤器、气溶胶发生器、干燥器、中和器、电迁移率筛分仪依次连接，气溶胶发生器的出口还设有排空口；电迁移率筛分仪的出口分别与凝结核计数器、云凝结核计数器的进口连接，气泵与凝结核计数器连接，用于获取电迁移率筛分仪产生的单分...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志彬，裴祥宇，熊春，邝斌宇，徐正宁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33