一种双极性多级DMA、粒径谱测量装置及粒径谱测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种双极性多级DMA、粒径谱测量装置及粒径谱测量方法。该DMA包括依次设置的入口阶、筛分阶和出口阶；入口阶包括鞘气入口混匀腔和设置在鞘气入口混匀腔中的层流器；筛分阶包括与所述鞘气入口混匀腔相连的筛分腔体以及安装于筛分腔体中的喷嘴；出口阶包括与筛分腔体相连的鞘气出口混匀腔和安装于鞘气出口混匀腔中的混匀器。本发明专利技术所述的双极性多级DMA，能够同时筛分出多组双极性的单分散颗粒物，即同时筛分出带正电和带负电的颗粒物，获取测量数浓度并且求和，从而降低单极性荷电概率变化带来的测量误差，提高粒径谱测量精度。精度。精度。

【技术实现步骤摘要】
一种双极性多级DMA、粒径谱测量装置及粒径谱测量方法


[0001]本专利技术涉及大气超细颗粒物粒径谱测量
，具体涉及一种双极性多级DMA、粒径谱测量装置及粒径谱测量方法。

技术介绍

[0002]差分电迁移率分析仪(Differential MobilityAnalyzer，DMA)是大气超细颗粒物粒径谱测量
中的一种基本仪器，其作用是从一组粒径多分散的颗粒物样气中筛分出特定粒径的单分散颗粒物。DMA与双极性荷电器和颗粒物检测仪器(如凝结核粒子计数器，CPC，Condensation Particle Counter，气溶胶静电计AE，Aerosol Electrometer)联用后，形成“荷电—筛分—测量”的系统，被广泛地应用于粒径谱测量。
[0003]传统的DMA主要为单级DMA，即同时筛分出只带一种电荷(正电或负电)的一组单分散颗粒物。DMA与CPC联用形成扫描电迁移粒径谱分析仪SMPS(Scanning Mobility Particle Sizer)，常应用于实验室环境下的颗粒物粒径谱测量，DMA也常与AE联用，形成便携式颗粒物粒径谱测量仪器。为了提高粒径谱的测量速度，单级DMA被扩展成为多级DMA(MDMA，Multi
‑
stage Differential Mobility Analyzer)，以能够同时筛分出多组带同一种电荷(正电或负电)的单分散颗粒物，并且与多个颗粒物检测仪器联用，如中国专利CN 202011547243.9公开了一种基于多级差分电迁移的高温颗粒物粒径谱快速测量装置及方法。然而，现有DMA在反演粒径谱的时候常受荷电效率影响而降低粒径谱测量准确性。
[0004]目前，无论是传统的单级DMA，还是扩展后的多级DMA，只能同时筛分出带同一种电荷(正电或负电)的颗粒物。研究表明，荷电器老化、实验条件变化、颗粒物种类改变等均会造成单极性荷电概率的变化，进而造成粒径谱反演不准确，所以基于单极性DMA(包括单级和多级)粒径谱的测量结果容易受到影响。然而，单极性荷电概率变化时，总荷电概率常保持相对稳定，即“正极性荷电概率+负极性荷电概率”基本维持不变。因此，需要设计一种双极性多级DMA、粒径谱测量装置及粒径谱测量方法，以能够同时筛分出带正电和带负电的颗粒物，获取测量数浓度并且求和，从而降低单极性荷电概率变化带来的测量误差，提高粒径谱测量精度。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种双极性多级DMA、粒径谱测量装置及粒径谱测量方法，该双极性能够解决现有技术中的不足，能够实现大气颗粒物的双极性多通道筛分，进而实现粒径谱的快速精确测量。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0007]在本专利技术的第一方面，提供了一种双极性多级DMA。
[0008]该DMA包括依次设置的入口阶、筛分阶和出口阶；
[0009]所述入口阶包括鞘气入口混匀腔和设置在所述鞘气入口混匀腔中的层流器；
[0010]所述筛分阶包括与所述鞘气入口混匀腔相连的筛分腔体以及安装于所述筛分腔
体中的样气喷嘴；
[0011]所述出口阶包括与所述筛分腔体相连的鞘气出口混匀腔和安装于所述鞘气出口混匀腔中的混匀器。
[0012]进一步的，所述鞘气入口混匀腔上设置有鞘气入口；
[0013]所述层流器采用目数高于三百目的尼龙或涤纶纱网；
[0014]所述鞘气入口与所述层流器之间的垂直距离不小于50mm。
[0015]进一步的，所述筛分腔体包括绝缘外壳以及分别设置在所述绝缘外壳内壁相对两个面上的两个高压极板，其中一个高压极板接正高电压，另外一个高压极板接负高电压；
[0016]所述高压极板通过高压接头接正高电压或负高电压；
[0017]所述绝缘外壳上开设有固定槽，所述高压接头安装于所述固定槽中，且高压接头位于内侧的一端通过弹簧与所述高压极板相接触；所述弹簧采用不锈钢材质；
[0018]所述筛分腔体上开设有样气入口和多个气体出口；
[0019]所述气体出口贯穿开设在高压极板及高压极板所在的绝缘外壳壁上；
[0020]所述气体出口在高压极板上的部分设置有倒角。
[0021]进一步的，所述鞘气入口混匀腔、所述鞘气出口混匀腔均通过连接件与所述筛分腔体相连；
[0022]所述连接件采用角铝。
[0023]进一步的，所述样气喷嘴包括喷嘴底座和安装于所述喷嘴底座上的喷口；将喷嘴分成喷嘴底座和喷口两部分，是为了便于加工。
[0024]所述样气喷嘴采用半梭形结构，包括长方体状的喷嘴第一部位和所述喷嘴第一部位相连的三棱柱状的喷嘴第二部位；所述喷嘴第二部位的厚度从与所述喷嘴第一部位的连接处开始逐渐变小，且所述喷嘴第二部位的尖端的顶角不大于15
°
；所述喷嘴的功能是将样气由样气入口处分散，通过扁平的喷口以进入流场。通过采用上述结构的喷嘴，能够使样气从入口处分散开，引至扁平的喷口处。
[0025]所述喷口设置有样气入口腔和喷口狭缝；在喷口上开通孔作为样气入口腔，通过线切割工艺加工喷口狭缝，狭缝宽度小于2mm。
[0026]所述喷嘴底座具有与所述样气入口腔对应设置的样气入口通道；在喷嘴底座上开通孔作为样气入口通道，样气入口通道正对于所述喷口上的样气入口腔。
[0027]进一步的，所述绝缘外壳采用赛钢
‑
POM板；
[0028]所述高压极板采用不锈钢材质；
[0029]所述正高电压和负高电压的高压地均与所述样气喷嘴底座相连。
[0030]进一步的，所述鞘气出口混匀腔采用金属材质；
[0031]所述鞘气出口混匀腔上设置有鞘气总出口；
[0032]所述混匀器包括混匀器主体和均匀开设在所述混匀器主体上的若干个开口；所述混匀器主体采用金属板，该金属板的开口总面积低于25％。
[0033]在本专利技术的第二方面，公开了一种粒径谱测量装置。
[0034]该装置包括上述双极性多级DMA、双极性颗粒物荷电器和颗粒物数浓度检测器；
[0035]所述双极性多级DMA的样气入口接所述双极性颗粒物荷电器的出口，所述双极性多级DMA的各气体出口分别连接一个颗粒物数浓度检测器。双极性颗粒物荷电器包括荷电
腔体和设置在荷电腔体上的荷电鞘气入口和荷电鞘气出口。荷电腔体连接有正高压源和负高压源产生荷电电场。
[0036]在本专利技术的第三方面，公开了一种上述粒径谱测量装置的粒径谱测量方法。
[0037]该方法包括：
[0038](1)向鞘气入口混匀腔中通入鞘气，鞘气在鞘气入口混匀腔混匀后通过层流器进入筛分腔体；
[0039](2)向双极性荷电器通入样气，双极性荷电器发生荷电反应使样气中的颗粒物带电，载有带电颗粒物的样气从双极性荷电器流动至筛分腔体中，与鞘气在筛分腔体中汇合；
[0040](3)载有带电颗粒物的样气和鞘气以层流状态由筛分阶向出口阶流动，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双极性多级DMA，其特征在于，该DMA包括依次设置的入口阶、筛分阶和出口阶；所述入口阶包括鞘气入口混匀腔和设置在所述鞘气入口混匀腔中的层流器；所述筛分阶包括与所述鞘气入口混匀腔相连的筛分腔体以及安装于所述筛分腔体中的样气喷嘴；所述出口阶包括与所述筛分腔体相连的鞘气出口混匀腔和安装于所述鞘气出口混匀腔中的混匀器。2.根据权利要求1所述的双极性多级DMA，其特征在于，所述鞘气入口混匀腔上设置有鞘气入口；所述层流器采用目数高于三百目的尼龙或涤纶纱网；所述鞘气入口与所述层流器之间的垂直距离不小于50mm。3.根据权利要求1所述的双极性多级DMA，其特征在于，所述筛分腔体包括绝缘外壳以及分别设置在所述绝缘外壳内壁相对两个面上的两个高压极板，其中一个高压极板接正高电压，另外一个高压极板接负高电压；所述高压极板通过高压接头接正高电压或负高电压；所述绝缘外壳上开设有固定槽，所述高压接头安装于所述固定槽中，且高压接头位于内侧的一端通过弹簧与所述高压极板相接触；所述弹簧采用不锈钢材质；所述筛分腔体上开设有样气入口和多个气体出口；所述气体出口贯穿开设在高压极板及高压极板所在的绝缘外壳壁上；所述气体出口在高压极板上的部分设置有倒角。4.根据权利要求1所述的双极性多级DMA，其特征在于，所述鞘气入口混匀腔、所述鞘气出口混匀腔均通过连接件与所述筛分腔体相连；所述连接件采用角铝。5.根据权利要求1所述的双极性多级DMA，其特征在于，所述样气喷嘴包括喷嘴底座和安装于所述喷嘴底座上的喷口；所述喷口设置有样气入口腔和喷口狭缝；所述喷嘴底座具有与所述样气入口腔对应设置的样气入口通道；所述样气喷嘴采用半梭形结构，包括长方体状的喷嘴第一部位和与所述喷嘴第一部位相连的三棱柱状的喷嘴第二部位；所述喷嘴第二部位的厚度从与所述喷嘴第一部位的连接处开始逐渐变小，且所述喷嘴第二部位的尖端的顶角不大于15
°
。6.根据权利要求3所述的双极性多级DMA，其特征在于，所述绝缘外壳采用赛钢
‑
POM板；所述高压极板采用不锈钢材质；所述正高电压和负高电压的高压地均与所述样气喷嘴底座相连。7.根据权利要求1所述的双极性多级DMA，其特征在于，所述鞘气出口混匀腔采用金属材质；所述鞘气出口混匀腔上设置有鞘气总出口；所述混匀器包括混匀器主体和均匀开设在所述混匀器主体上的若干个开口；所述混匀器主体采用金属板，该金属板的开口总面积低于25％。8.一种粒径谱测量装置，其特征在于，该装置包括如权利要求1～7任意一项所述的双
极性多级DMA、双极性颗粒物荷电器和颗粒物数浓度检测器；所述双极性多级DMA的样气入口接所述双极性颗粒物荷电器的出口，所述双极性多级DMA的各气体出口分别连接一个颗粒物数浓度检测器。9.一种根据权利要求8所述的粒径谱测量装置的粒径谱测量方法，其特征在于，该方法包括：(1)向鞘气入口混匀腔中通入鞘气，鞘气在鞘气入口混匀腔混匀后通过层流器进入筛分腔体；(2)向双极性荷电器通入样气，双极性荷电器发生荷电反应使样气中的颗粒物带电，载有带电颗粒物的样气从双极性荷电器流动至筛分腔体中，与鞘气在筛分腔体中汇合；(3)载有带电颗粒物的样气和鞘气以层流状态由筛分阶向出口阶流动，带电颗粒物在一对高压极板产生的电场中受到电场力发生偏转，不同粒径的带电颗粒物从相应的气体出口筛出；(4)采用各颗粒物数浓度检测器分别检测相应的气体出口筛出的带电颗粒物的数浓度，确定粒径谱。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述采用各颗粒物数浓度检测器分别检测相应的气体出口筛出的带电颗粒物的数浓度，确定粒径谱，包括：(41)流量设定，设颗粒物数浓度检测器的数量为2M，M为正整数，其中的M个颗粒物数浓度检测器分别连接正高压极板面，另外M个颗粒物数浓度检测器分别连接负高压...

【专利技术属性】
技术研发人员：余同柱，康士鹏，杨义新，吉喆，桂华侨，王计广，陈大仁，刘建国，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：