一种旋风式沙尘气溶胶分级采样装置、方法及应用制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种旋风式沙尘气溶胶分级采样装置，所述装置包括沙尘气溶胶进样模块(1)、沙尘气溶胶分级收集模块(2)、动力与流量控制模块(3)、风向风速测量模块(5)和气象温湿度测量模块(6)，所述沙尘气溶胶进样模块(1)与沙尘气溶胶分级收集模块(2)可拆卸密封相连接设置，所述沙尘气溶胶分级收集模块(2)与动力与流量控制模块(3)密封相连接设置。本发明专利技术装置结构简单，安全可靠，易于制造、安装、使用和维护，具有使用灵活、采样量大、收集效率高的优势，摆脱了传统滤膜或滤筒的截留过滤式采样方式，能够直接获得颗粒物单体，适用于地表固定点位采样、高塔采样、系留飞艇采样等多种应用场景。场景。场景。

【技术实现步骤摘要】
一种旋风式沙尘气溶胶分级采样装置、方法及应用


[0001]本专利技术属于大气科学
，尤其是一种旋风式沙尘气溶胶分级采样装置、方法及应用。

技术介绍

[0002]沙尘气溶胶是一种重要的大气气溶胶类型，其排放量和大气丰度在所有类型的气溶胶中均数一数二，对地球辐射平衡、气候变化、生态循环、空气污染和人体健康等都起着十分重要的作用。亚洲是全球第二大的沙尘排放源，中国西北地区和内蒙古一带的沙尘、荒漠和戈壁是重要的沙尘来源。在每年的冬春季，中国经常遭受沙尘暴的袭扰。2021年，我国经历了多频次、大范围、高强度的沙尘暴过程。在全球变暖的背景下，未来沙尘暴发生的概率可能继续增大。因此，加强对沙尘气溶胶的理解和认识十分重要和必要。
[0003]沙尘气溶胶研究包括外场观测采样、模型模拟和卫星遥感，而后两种研究方法都依赖于外场观测采样的实验结果的比对和验证。传统的沙尘气溶胶采样包括被动式和主动式两种，被动式采样(自然沉降法等)方法简单、成本低，但采样效率低，使用范围有限；主动式采样是将含有沙尘气溶胶的气体抽进采样器，通过滤膜或滤筒将大于一定粒径的颗粒物截留，与气流分离，从而得到气溶胶样品。主动式采样方法简单、可靠、高效，已长期应用在各种研究中。
[0004]现有的主动式采样方法是将颗粒物收集在滤膜或滤筒上，对于沙尘气溶胶来说，存在以下问题：首先，单张膜或滤筒的采样量十分有限。以常用的四通道采样器为例，采样流量为 16.7升每分钟，在极端高浓度沙尘暴期间，24小时收集到的颗粒物总质量仅为数毫克，无法满足需要数克样品的矿物分析等实验；若继续延长采样时间，可能会导致滤膜的压降显著增大，憋死抽气泵。
[0005]其次，使用滤膜或滤筒过滤截留法，沙尘气溶胶会直接嵌入在各种材质滤膜(包括但不限于玻璃纤维滤膜、特氟龙滤膜、石英滤膜、聚碳酸酯滤膜等)的纤维空隙中，难以从滤膜或滤筒上分离下来，不利于后续的实验分析。
[0006]再次，若想实现分级采样，同时收集不同粒径的气溶胶，传统的基于膜采样的撞击式采样器不适用于沙尘气溶胶采样。发生沙尘暴时大气环境湿度很低，沙尘气溶胶十分干燥，撞击在分级采样器某一对应切割粒径的滤膜上后，有很大概率反弹再次进入气流到达下一级，与理论计算的颗粒物切割粒径存在较大偏差(类似硬质玻璃球碰撞到固体表面会反弹而不是变为静止被捕集)，且高速气流的带动进一步增大了沙尘气溶胶分级采样的误差。
[0007]综上，现有沙尘气溶胶采样方法存在采样效率低、样品采集量少、颗粒物分离难、切割粒径误差较大等缺陷，难以满足矿物组分分析、沙尘气溶胶单体分析、分粒径沙尘气溶胶分析等实验分析需要。
[0008]通过检索，尚未发现与本专利技术专利申请相关的专利公开文献。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足之处，提供一种旋风式沙尘气溶胶分级采样装置。
[0010]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0011]一种旋风式沙尘气溶胶分级采样装置，所述装置包括沙尘气溶胶进样模块(1)、沙尘气溶胶分级收集模块(2)、动力与流量控制模块(3)、风向风速测量模块(5)和气象温湿度测量模块(6)，所述沙尘气溶胶进样模块(1)与沙尘气溶胶分级收集模块(2)可拆卸密封相连接设置，所述沙尘气溶胶分级收集模块(2)与动力与流量控制模块(3)密封相连接设置。
[0012]进一步地，所述沙尘气溶胶进样模块(1)通过可拆卸螺纹连接方式与沙尘气溶胶分级收集模块(2)相连接设置；
[0013]或者，所述沙尘气溶胶分级收集模块(2)通过气体管路(27)与动力与流量控制模块(3) 相连接设置；
[0014]或者，相连接设置的模块之间均设置有O型圈进行密封连接；
[0015]或者，所述沙尘气溶胶进样模块(1)的采样流量为100L/min的中流量或1m3/min的大流量；
[0016]或者，所述沙尘气溶胶进样模块(1)和沙尘气溶胶分级收集模块(2)采用高品质硬铝合金经完全阳极氧化处理制成。
[0017]进一步地，所述沙尘气溶胶进样模块(1)能够引导大气中多种粒径的沙尘气溶胶进入沙尘气溶胶进样模块中，并稳定地传输到沙尘气溶胶分级收集模块(2)；
[0018]所述沙尘气溶胶分级收集模块(2)能够利用旋转离心力和气溶胶自身重力区分不同粒径的沙尘气溶胶，并收集对应粒径的沙尘气溶胶；
[0019]所述动力与流量控制模块(3)能够精准地控制、记录采样气体的瞬时流量、累积流量以及给沙尘气溶胶进样模块(1)、沙尘气溶胶分级收集模块(2)提供抽气动力；
[0020]所述风向风速测量模块(5)能够实时测量环境空气的风向和风速数据；
[0021]所述气象温湿度测量模块(6)能够实时测量环境空气的温度和相对湿度数据。
[0022]进一步地，所述沙尘气溶胶进样模块(1)包括防雨罩(11)、沙尘气溶胶进样口(12) 和进样连接杆(13)，所述防雨罩(11)间隔设置在沙尘气溶胶进样口(12)的上方，所述沙尘气溶胶进样口(12)的输入端能够输入大气中多种粒径的沙尘气溶胶，该沙尘气溶胶进样口(12)的输出端与进样连接杆(13)的输入端紧密相连接设置，该进样连接杆(13)的输出端与沙尘气溶胶分级收集模块(2)的输入端紧密相连接设置；
[0023]或者，所述沙尘气溶胶分级收集模块(2)包括旋风式采样器进样管(21)、导流叶片(22)、旋风式采样器筒体(23)、样品收集盒(25)、旋风式采样器排气管(26)、气体管路(27) 和过滤膜(28)，所述旋风式采样器进样管(21)的输入端与沙尘气溶胶进样模块(1)的输出端紧密相连接设置(例如，所述旋风式采样器进样管的输入端与沙尘气溶胶进样模块的进样连接杆的输出端紧密相连接设置，较优地，旋风式采样器进样管的输入端通过可拆卸螺纹连接方式与沙尘气溶胶进样模块的进样连接杆的输出端紧密相连接设置)，所述旋风式采样器进样管(21)的输出端与旋风式采样器筒体的顶部紧密相连通设置；
[0024]所述旋风式采样器筒体(23)沿竖直方向设置，该旋风式采样器筒体(23)内的顶部同轴安装导流叶片(22)，该导流叶片的最外侧边缘与旋风式采样器筒体的内壁相连接设
置；所述旋风式采样器筒体(23)的底部紧密同轴安装样品收集盒(25)；
[0025]所述旋风式采样器排气管(26)的输入端紧密相连通设置于旋风式采样器筒体(23)内的上部，该旋风式采样器排气管(26)的输出端通过气体管路(27)与动力与流量控制模块 (3)的输入端相连接设置，气体管路(27)上相连接设置过滤膜(28)，该过滤膜(28)能够阻拦并收集粒径小于2.5微米的沙尘气溶胶(213)，该过滤膜(28)下方的气体管路(27) 上也紧密相连接设置样品收集盒(25)；
[0026]或者，所述动力与流量控制模块(3)包括气体质量流量控制器(31)和真空抽气泵(32)，通过气体管路(27)以卡套式连接方式相连接设置，气体质量流量控制器(31)用于精准地控制、记录采样气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种旋风式沙尘气溶胶分级采样装置，其特征在于：所述装置包括沙尘气溶胶进样模块(1)、沙尘气溶胶分级收集模块(2)、动力与流量控制模块(3)、风向风速测量模块(5)和气象温湿度测量模块(6)，所述沙尘气溶胶进样模块(1)与沙尘气溶胶分级收集模块(2)可拆卸密封相连接设置，所述沙尘气溶胶分级收集模块(2)与动力与流量控制模块(3)密封相连接设置。2.根据权利要求1所述的旋风式沙尘气溶胶分级采样装置，其特征在于：所述沙尘气溶胶进样模块(1)通过可拆卸螺纹连接方式与沙尘气溶胶分级收集模块(2)相连接设置；或者，所述沙尘气溶胶分级收集模块(2)通过气体管路(27)与动力与流量控制模块(3)相连接设置；或者，相连接设置的模块之间均设置有O型圈进行密封连接；或者，所述沙尘气溶胶进样模块(1)的采样流量为100L/min的中流量或1m3/min的大流量；或者，所述沙尘气溶胶进样模块(1)和沙尘气溶胶分级收集模块(2)采用高品质硬铝合金经完全阳极氧化处理制成。3.根据权利要求1所述的旋风式沙尘气溶胶分级采样装置，其特征在于：所述沙尘气溶胶进样模块(1)能够引导大气中多种粒径的沙尘气溶胶进入沙尘气溶胶进样模块中，并稳定地传输到沙尘气溶胶分级收集模块(2)；所述沙尘气溶胶分级收集模块(2)能够利用旋转离心力和气溶胶自身重力区分不同粒径的沙尘气溶胶，并收集对应粒径的沙尘气溶胶；所述动力与流量控制模块(3)能够精准地控制、记录采样气体的瞬时流量、累积流量以及给沙尘气溶胶进样模块(1)、沙尘气溶胶分级收集模块(2)提供抽气动力；所述风向风速测量模块(5)能够实时测量环境空气的风向和风速数据；所述气象温湿度测量模块(6)能够实时测量环境空气的温度和相对湿度数据。4.根据权利要求1所述的旋风式沙尘气溶胶分级采样装置，其特征在于：所述沙尘气溶胶进样模块(1)包括防雨罩(11)、沙尘气溶胶进样口(12)和进样连接杆(13)，所述防雨罩(11)间隔设置在沙尘气溶胶进样口(12)的上方，所述沙尘气溶胶进样口(12)的输入端能够输入大气中多种粒径的沙尘气溶胶，该沙尘气溶胶进样口(12)的输出端与进样连接杆(13)的输入端紧密相连接设置，该进样连接杆(13)的输出端与沙尘气溶胶分级收集模块(2)的输入端紧密相连接设置；或者，所述沙尘气溶胶分级收集模块(2)包括旋风式采样器进样管(21)、导流叶片(22)、旋风式采样器筒体(23)、样品收集盒(25)、旋风式采样器排气管(26)、气体管路(27)和过滤膜(28)，所述旋风式采样器进样管(21)的输入端与沙尘气溶胶进样模块(1)的输出端紧密相连接设置，所述旋风式采样器进样管(21)的输出端与旋风式采样器筒体的顶部紧密相连通设置；所述旋风式采样器筒体(23)沿竖直方向设置，该旋风式采样器筒体(23)内的顶部同轴安装导流叶片(22)，该导流叶片的最外侧边缘与旋风式采样器筒体的内壁相连接设置；所述旋风式采样器筒体(23)的底部紧密同轴安装样品收集盒(25)；所述旋风式采样器排气管(26)的输入端紧密相连通设置于旋风式采样器筒体(23)内的上部，该旋风式采样器排气管(26)的输出端通过气体管路(27)与动力与流量控制模块
(3)的输入端相连接设置，气体管路(27)上相连接设置过滤膜(28)，该过滤膜(28)能够阻拦并收集粒径小于2.5微米的沙尘气溶胶(213)，该过滤膜(28)下方的气体管路(27)上也紧密相连接设置样品收集盒(25)；或者，所述动力与流量控制模块(3)包括气体质量流量控制器(31)和真空抽气泵(32)，通过气体管路(27)以卡套式连接方式相连接设置，气体质量流量控制器(31)用于精准地控制、记录采样气体的瞬时流量、累积流量，真空抽气泵(32)用于给沙尘气溶胶进样模块(1)、沙尘气溶胶分级收集模块(2)提供抽气动力；或者，所述风向风速测量模块(5)包括超声波风速风向传感器(51)，该超声波风速风向传感器能够实时测量环境空气的风向和风速数据。或者，所述气象温湿度测量模块(6)包括温湿度传感器(61)，该温湿度传感器能够实时测量环境空气的温度和相对湿度数据。5.根据权利要求4所述的旋风式沙尘气溶胶分级采样装置，其特征在于：所述沙尘气溶胶进样口为设置有防虫网的沙尘气溶胶进样口；或者，所述防雨罩、沙尘气溶胶进样口和进样连接杆之间的连接方式为螺丝固定；或者，所述沙尘气溶胶进样口为能够360度进样的进样口；或者，所述沙尘气溶胶分级收集模块(2)还包括密封法兰(24)，所述旋风式采样器筒体(23)的底部、过滤膜(28)下方的气体管路均通过密封法兰同轴安装样品收集盒；或者，所述沙尘气溶胶分级收集模块(2)的旋风式采样器进样管(21)与旋风式采样器筒体(23)、导流叶片(22)与旋风式采样器筒体(23)、旋风式采样器筒体(23)与旋风式采样器排气管(26)之...

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