專利名稱：中流量大氣細(xì)顆粒物采樣器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種大氣環(huán)境監(jiān)測儀器，特別是公開一種中流量大氣細(xì)顆粒物采樣器。
二背景技術(shù)：
撞擊式采樣器由撞擊式切割器、抽氣泵、流量控制器組成，其中撞擊式切割器是決定采樣顆粒粒徑和采樣效率的最關(guān)鍵的部件。一段時期以來，PM10可吸入顆粒物一直是大氣環(huán)境監(jiān)測的重點，而PM2.5細(xì)顆粒物主要被采集用于科學(xué)研究，因此目前常規(guī)使用的細(xì)顆粒物采樣器都是小流量的。但是隨著科研的深入，人們對細(xì)顆粒物的理化特性有了進(jìn)一步的了解以后，發(fā)現(xiàn)這些空氣動力學(xué)直徑小于2.5μm的物體對人體呼吸系統(tǒng)的影響更大。由于懸浮在空氣中的細(xì)顆粒物往往吸附著一些對人們身體健康產(chǎn)生較大影響的物質(zhì)如細(xì)菌、病毒、有害化學(xué)物質(zhì)等，而且體積小，自然沉降的速度慢，通過呼吸直接被吸入并沉積于肺泡中的幾率很大。有研究標(biāo)明，據(jù)對美國東部6個城市長達(dá)8年的研究，這些城市的每日死亡率與空氣中的小于10μm(PM10)和小于2.5μm(PM2.5)的氣溶膠粒子濃度及其中的SO42-濃度密切相關(guān)，尤其是與PM2.5的細(xì)粒子相關(guān)性最高，如PM2.5粒子的平均濃度在兩天內(nèi)僅僅增加10μg/m3，就將導(dǎo)致死亡率增加1.5％；對于心血管病人和心臟病人，死亡率增加更快，分別為3.3％和2.1％。在我國廣州、武漢、蘭州、重慶等城市的細(xì)顆粒物進(jìn)行調(diào)查和監(jiān)測結(jié)果也證實，對人體健康影響最大的是空氣中細(xì)小顆粒物污染。因此，研發(fā)較大流量的細(xì)顆粒物采樣器是開展大氣細(xì)顆粒物監(jiān)測的迫切要求。
撞擊式采樣器工作原理抽氣泵提供一個吸氣動力，使空氣以一定的速度流入采樣器，當(dāng)氣溶膠顆粒物隨著空氣流通過切割器時，由于粒徑的大小不同而具有不同的動量，大粒徑的顆粒物被阻留在切割器的收集板上，小粒徑的顆粒物則被空氣流帶動繞過收集板到達(dá)濾膜并被采集，因此達(dá)到分離不同粒徑顆粒物的目的。目前的撞擊式采樣器中，氣流通過切割器的沖擊板，突然減小的通路截面積使流速加大，顆粒物與氣流以相同的高速從孔口流出，但遇到與氣流方向垂直的收集板時，氣流便改變方向，而氣溶膠顆粒由于本身的慣性，改變方向滯后于氣流，顆粒物動量越大，滯后就越明顯，超過某一臨界值時，顆粒物在完全改變方向之前便撞擊在收集板上，被收集板截留，小于該臨界值的小顆粒隨氣流繞過收集板，被下一層的濾膜捕獲。
在采樣過程中，要求保證氣體流量恒定。但由于多種因素的影響，切割器內(nèi)的阻力會發(fā)生變化，從而使氣流的流速相應(yīng)變化，所以必須及時調(diào)整吸氣動力，改變抽氣泵的轉(zhuǎn)速使氣體流量基本保持恒定。目前的小流量撞擊式采樣器中。一般都在采樣器的出氣口處加裝限流管，只要吸氣動力足夠強(qiáng)勁，氣體流量就可以得到保證。
三
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是公開一種中流量大氣細(xì)顆粒物采樣器，它是這樣實現(xiàn)的一種中流量大氣細(xì)顆粒物采樣器，其特征在于中流量大氣細(xì)顆粒物采樣器由細(xì)顆粒物切割器1、渦流風(fēng)機(jī)2、靜壓室3、氣壓測量管7和流量控制器5組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，細(xì)顆粒物切割器1作為系統(tǒng)的輸入，它的輸出給渦流風(fēng)機(jī)2、渦流風(fēng)機(jī)輸出給靜壓室3，靜壓室3通過氣壓測量管7與流量控制器5連接，流量控制器5連接渦流風(fēng)機(jī)2，控制風(fēng)機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速。
本實用新型能有效捕集空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑為2.5μm以下的氣溶膠顆粒，采樣流量達(dá)到100L/min。
本實用新型通過DSP實現(xiàn)對采樣流量的控制，靜壓室3采集空氣流動形成的室內(nèi)外空氣靜壓差提供給流量控制器5，流量控制器5根據(jù)靜壓差值計算出采樣器內(nèi)的空氣流量，并控制渦流風(fēng)機(jī)2的轉(zhuǎn)速，以保證采樣器穩(wěn)定工作在采樣流量100L/min左右的一個范圍內(nèi)。
本實用新型通過DSP可以實時記錄設(shè)備的工作狀態(tài)流量控制器5是以DSP為核心的微機(jī)，運行控制系統(tǒng)中還設(shè)有對環(huán)境溫濕度實時監(jiān)測、采樣時間控制、實時采樣數(shù)據(jù)記錄裝置，通過RS232接口可以與遠(yuǎn)端計算機(jī)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，設(shè)置設(shè)備的工作方式，并通過RS232接口與遠(yuǎn)端計算機(jī)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。
四

附圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是本實用新型的原理框圖。
五具體實施方式
根據(jù)附圖1，本實用新型采樣裝置結(jié)構(gòu)由細(xì)顆粒物切割器1、渦流風(fēng)機(jī)2、靜壓室3和流量控制器5組成，自上而下為采樣器蓋6、細(xì)顆粒物切割器1、渦流風(fēng)機(jī)2、靜壓室3通過螺栓連成一體，安裝在支架4上，靜壓室3通過氣壓測量管7與流量控制器5連接，流量控制器5通過導(dǎo)線連接渦流風(fēng)機(jī)2。
本實用新型的采樣器蓋6的內(nèi)平面與細(xì)顆粒物切割器1入氣口頂端的間距為15mm，采樣器蓋6的內(nèi)壁與細(xì)顆粒物切割器1的外壁的間距為5mm，保持這樣的空間能保證較大直徑的氣溶膠顆粒不會隨著氣流進(jìn)入切割器。
本實用新型的細(xì)顆粒物切割器1利用顆粒物慣性撞擊原理，空氣進(jìn)入通孔后，由于通路截面積變小，流速加大，氣流以很高的速度從通孔噴出。氣流中的粗大顆粒物慣性較大，撞擊在采集擋板上被截留；而細(xì)小顆粒由于慣性較小，不能到達(dá)采集擋板，隨氣流而下，被濾膜捕獲，以此將粗、細(xì)顆粒分開。
本實用新型的細(xì)顆粒物切割器1中的沖擊板通孔為寬度為0.8～1.2mm的弧形槽孔，通孔底端到采集擋板的距離為1.5～2mm，為保證達(dá)到一定的采樣流量，通孔總面積為300mm2～500mm2。
本實用新型的細(xì)顆粒物切割器1中的采集擋板上涂有高真空脂，可以有效地解決粒子反彈和粒子重返氣流等問題。
本實用新型通過靜差壓測量法實現(xiàn)流速的反饋。采樣器工作時，由于氣體流動使靜壓室內(nèi)壓力與大氣壓之間產(chǎn)生微小靜壓差，氣體流速越快靜壓差越大。這個靜壓差通過變送器傳遞到流量控制器5，流量控制器5根據(jù)靜壓差值計算出采樣器內(nèi)的空氣流量。如果由于各種原因?qū)е虏蓸恿髁堪l(fā)生變化，流量控制器5就調(diào)整渦流風(fēng)機(jī)2的轉(zhuǎn)速，使采樣流量保持在100L/min左右的一個范圍內(nèi)。
本實用新型的流量控制器5是以DSP為核心的微機(jī)系統(tǒng)，運行控制系統(tǒng)，除了可以實時控制采樣器的采樣流量之外，還具備環(huán)境溫濕度實時監(jiān)測、采樣時間控制、采樣狀態(tài)設(shè)置、實時采樣數(shù)據(jù)記錄等功能，通過RS232接口可以與遠(yuǎn)端計算機(jī)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。
本實用新型通過更換切割器可以實現(xiàn)多種粒徑的顆粒物采樣，如果將由大至小不同粒徑的切割器由上至下順序組合，就形成了多級顆粒物采樣器，可以用于測定顆粒物的粒度分布。
權(quán)利要求1.一種中流量大氣細(xì)顆粒物采樣器，其特征在于中流量大氣細(xì)顆粒物采樣器由細(xì)顆粒物切割器(1)、渦流風(fēng)機(jī)(2)、靜壓室(3)、氣壓測量管(7)和流量控制器(5)組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，細(xì)顆粒物切割器(1)作為系統(tǒng)的輸入，它的輸出給渦流風(fēng)機(jī)(2)、渦流風(fēng)機(jī)輸出給靜壓室(3)，靜壓室(3)通過氣壓測量管(7)與流量控制器(5)連接，流量控制器(5)連接渦流風(fēng)機(jī)(2)，控制風(fēng)機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中流量大氣細(xì)顆粒物采樣器，其特征在于所述的細(xì)顆粒物切割器(1)是以空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑中值為2.5μm的氣溶膠顆粒為目標(biāo)的分離裝置，大于2.5μm的顆粒被截留在切割器的采集擋板上，小于等于2.5μm的顆粒被濾膜捕獲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中流量大氣細(xì)顆粒物采樣器，其特征在于所述靜壓室(3)采集空氣流動形成的室內(nèi)外空氣靜壓差提供給流量控制器(5)，流量控制器(5)根據(jù)靜壓差值計算出采樣器內(nèi)的空氣流量，并控制渦流風(fēng)機(jī)(2)的轉(zhuǎn)速，以保證采樣器穩(wěn)定工作在采樣流量100L/min的一個范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中流量大氣細(xì)顆粒物采樣器，其特征在于所述的流量控制器(5)是以DSP為核心的微機(jī)，運行控制系統(tǒng)中還設(shè)有對環(huán)境溫濕度實時監(jiān)測、采樣時間控制、實時采樣數(shù)據(jù)記錄裝置，通過RS232接口可以與遠(yuǎn)端計算機(jī)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。
專利摘要本實用新型為一種中流量大氣細(xì)顆粒物采樣器，其特征在于中流量大氣細(xì)顆粒物采樣器由細(xì)顆粒物切割器1、渦流風(fēng)機(jī)2、靜壓室3、氣壓測量管7和流量控制器5組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，細(xì)顆粒物切割器1作為系統(tǒng)的輸入，它的輸出給渦流風(fēng)機(jī)2、渦流風(fēng)機(jī)輸出給靜壓室3，靜壓室3通過氣壓測量管7與流量控制器5連接，流量控制器5連接渦流風(fēng)機(jī)2，控制風(fēng)機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速。
文檔編號G01N1/20GK2856967SQ20052004661
公開日2007年1月10日 申請日期2005年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月17日
發(fā)明者季學(xué)李, 劉道清, 吳維華, 蘇云霞, 羌寧 申請人:上海儀器儀表研究所