一种气溶胶采集器用流量及沿程损失测试系统的制作方法

1.本实用新型涉及气溶胶采集器性能测试领域，尤其涉及一种气溶胶采集器用流量及沿程损失测试系统。


背景技术：

2.在大气和工业环境监测中，要确定颗粒物的来源、评价颗粒物对人类和环境的危害或潜在危害以前，就先需要了解气溶胶颗粒物成分、粒子浓度和粒径分布，因此我们需要事先对气溶胶进行采样、分级和检测分析，从而能够对环境中存在的有害颗粒进行预警。这一项要求的重要性，同样体现在处理应急事件时，为保证一线救援人员能够及时了解当前形势，做出准确判断，十分有必要掌握某种技术手段对环境威胁进行采集并分析处理。
3.微型气溶胶分离器(也称虚拟冲击器)是气溶胶采集及监测过程中用于粒度分离的重要器件，其主要工作原理是利用不同粒径气溶胶粒子所受惯性力的不同，将其从高速气流中分离开来。现有技术中，微型气溶胶分离器的结构可如专利cn113171655a所示，其一般包括壳体，壳体设有气体入口部及与气体入口部相连通的粒子收集部，气体入口部包括一用于供气溶胶流入的主流腔及两分别设于主流腔左右两侧并用于供纯净气体流入的侧流腔，粒子收集部包括与主流腔同轴设置的大粒径粒子收集腔及两分别设于大粒径粒子收集腔左右两侧的小粒径粒子收集腔，主流腔沿壳体的纵向中线设置并位于壳体上侧，两侧流腔对称设于主流腔的左右两侧，两小粒径粒子收集腔对称设于大粒径粒子收集腔的左右两侧。
4.微型气溶胶采集器从入口将气溶胶引入(其动力可来自于自体泵或者外设泵)微流道中进行分离，分离检测后的气溶胶从出口排出。目前，微型气溶胶采集器在其研制初期性能测试常存在以下问题；第一，气溶胶粒子进入微流道中的流量不同会直接影响气溶胶粒子的分离效率，检测微型气溶胶采集入口的流量，需要真空泵、节流阀、流量计以及质量流量显示器等精密器件，且测试系统复杂，成本昂贵；第二，气溶胶粒子在进入微型气溶胶采集器中会存在气溶胶粒子损失，进而产生沿程损失，目前，检测气溶胶粒子在微型气溶胶采集器中的沿程损失，需要粒子发生器、空气泵、节流阀、电子流量计、传感器、pwm发生器等组成的大型系统，其结构复杂，操作繁琐，研制初期实现其检测需要巨大的成本；第三，目前尚没有一种能够同时测量微流道流量与沿程损失的系统。
5.因此，为解决上述问题，就需要一种气溶胶采集器专用的测试系统，其结构简单、成本低廉，并能够通过简便的操作实现气溶胶采集器微流道流量与沿程损失的测量。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种气溶胶采集器用流量及沿程损失测试系统，其结构简单、成本低廉，并能够通过简便的操作实现气溶胶采集器微流道流量与沿程损失的测量。
7.为实现上述目的，本实用新型提供了一种气溶胶采集器用流量及沿程损失测试系
统，该系统包括连通器、第一连接管、第二连接管、电动气泵、控制器、液体传感器、计时器及存储器；
8.所述连通器包括第一容器和第二容器，所述第一容器的底部与第二容器的底部通过连通管连接相通；所述第一连接管的进气端与第二容器的口部相连通、出气端用于与待测采集器的入口端相连通；所述第二连接管的出气端与电动气泵的进气端相连通、进气端用于与待测采集器的出口端相连通；
9.所述电动气泵、液体传感器、计时器及存储器均与控制器电连接；所述液体传感器设于连通器并用于检测连通器的设定部位是否存在液体并将状态数据传至控制器；所述计时器用于记录电动气泵的从启动至停止的时间并将时间数据传至控制器；所述存储器用于存储控制器所接收及处理后的数据；当所述液体传感器检测到连通器的设定部位不存在液体时，所述控制器向电动气泵发出停止信号。
10.作为本实用新型技术方案的进一步改进，该系统还包括第三连接管，所述第三连接管用于替换待测采集器与第一连接管及第二连接管相连接。
11.作为本实用新型技术方案的进一步改进，该系统还包括一显示器，所述显示器与控制器电连接并用于数据显示。
12.作为本实用新型技术方案的进一步改进，该系统还包括用于给各用电部件供电的电源。
13.作为本实用新型技术方案的进一步改进，该系统还包括一操作平台，所述操作平台包括一横板及一与所述横板相垂直的纵板；所述控制器、计时器及存储器集成安装于一控制壳体，所述连通器、控制壳体及显示器均定位安装于纵板。
14.作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述第一容器、第二容器或/和连通管的外壁设有容积刻度层。
15.作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述第二容器的口部连接有一密封盖，所述第一连接管的进气端穿过密封盖后与第二容器的内腔连通。
16.作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述第一容器、第二容器和连通管均为透明结构，所述液体传感器为红外传感器结构并连接在第一容器、第二容器或者连通管外壁。
17.作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述第一容器与第二容器均为直筒结构且二者对称设置，所述连通管为自对称的“u”形管结构；所述液体传感器连接在连通管外壁，且所述液体传感器的探头端对准连通管的中部。
18.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益技术效果：
19.本实用新型提供的一种气溶胶采集器用流量及沿程损失测试系统，结构简单、成本低廉，并能够通过简便的操作实现气溶胶采集器微流道流量与沿程损失的测量。
20.在检测气溶胶采集器微流道的流量时，先将待测采集器的入口端及出口端分别与第一连接管的出气端、第二连接管的进气端连接，然后在连通器中注入有色液体，启动电动气泵，同时计时器开始计时，在电动气泵的作用下有色液体随气流方向移动，当有色液体从连通器的设定部位流动通过后，此时的流动体积为设定值，在液体传感器的数据反馈下，控制器控制电动气泵关闭，同时计时器结束计时，计时器所记录的时间即为设定体积的有色液体的流动时间，控制器通过流动体积与流动时间即可计算出气溶胶采集器的流量值。
21.在检测气溶胶采集器微流道的沿程损失时，需要经过两个不同的工作状态；在第一工作状态下，将第一连接管的出气端与第二连接管的进气端连接，然后在连通器中注入有色液体，启动电动气泵，同时计时器开始计时，在电动气泵的作用下有色液体随气流方向移动，当有色液体从连通器的设定部位流动通过后，此时的流动体积为设定值，在液体传感器的数据反馈下，控制器控制电动气泵关闭，同时计时器结束计时，计时器所记录的时间即为设定体积的有色液体的第一流动时间；随后切换至第二工作状态，将第一连接管的出气端与第二连接管的进气端断开(断开后有色液体自动复位)并分别与待测采集器的入口端及出口端连接，然后启动电动气泵，同时计时器开始计时，在电动气泵的作用下有色液体随气流方向移动，当有色液体从连通器的设定部位流动通过后，此时的流动体积为设定值，在液体传感器的数据反馈下，控制器控制电动气泵关闭，同时计时器结束计时，计时器所记录的时间即为设定体积的有色液体的第二流动时间；控制器通过第一流动时间与第二流动时间的差异可得到流量差，进而得到速度差，再结合待测采集器的自有参数即可计算出气溶胶采集器的沿程损失值。
22.由此可见，利用本实用新型的测试系统，在检测流量时，不需要真空泵、节流阀、流量计以及质量流量显示器等结构复杂的实验系统，其结构简单且成本低，经测算，流量测试成本可降低十倍左右；在检测气溶胶粒子的沿程损失时，测试系统更为直观，操作简单，快捷，且结构更为简洁，成本更为低廉，经测算，沿程损失测试成本可降低二十倍左右。
23.同时，由于流量检测与沿程损失检测是具有关联性的，因而两个检测可以同时进行，实现了检测的一体化。
附图说明
24.图1为本实用新型在连接待测采集器状态下的结构示意图；
25.图2为本实用新型未连接待测采集器状态下的结构示意图；
26.图3为本实用新型的控制器的连接框图；
27.图4为本实用新型未连接液体传感器状态下的立体结构示意图。
具体实施方式
28.为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明；当然，附图为简化后的示意图，其比例大小并不构成对专利产品的限制。
29.实施例
30.如图1至图4所示(图1及图2中的箭头为在电动气泵驱动下气流的流动方向)：本实施例提供了一种气溶胶采集器用流量及沿程损失测试系统，该系统包括连通器、第一连接管21、第二连接管22、电动气泵3、控制器4、液体传感器5、计时器6及存储器7。
31.第一连接管21、第二连接管22可为柔性胶管；电动气泵3可为微型空气泵；控制器4例如可为单片机，此时计时器6及存储器7均可集成设置于控制器4。当然，该系统还包括用于给各用电部件供电的电源8，所述电源8可以为市电或者为蓄电池。
32.为了便于数据显示，该系统还可包括一显示器9，所述显示器9与控制器4电连接并用于数据显示；显示器9上还可设置若干控制按钮，操作者通过控制按钮可对相关数据进行
查看，以及还可对电动气泵3进行手动控制。
33.该系统还包括一操作平台，所述操作平台包括一横板101及一与所述横板101相垂直的纵板102；所述控制器4、计时器6及存储器7集成安装于一控制壳体103，所述连通器、控制壳体103及显示器9均定位安装于纵板102。横板101上可设置连接螺孔，以与实验台相连接；测试时，保持横板101与水平面平行，此时纵板102则竖直设置，使得本系统的整体结构为纵向结构，极大缩小了占地空间，提高系统紧凑性。
34.所述连通器包括第一容器11和第二容器12，所述第一容器11的底部与第二容器12的底部通过连通管13连接相通；所述第一连接管21的进气端与第二容器12的口部相连通、出气端用于与待测采集器104的入口端相连通；所述第二连接管22的出气端与电动气泵3的进气端相连通、进气端用于与待测采集器104的出口端相连通。
35.第一连接管21与第二连接管22之间可连接上待测采集器104，或者第一连接管21与第二连接管22相连接，以满足测试需求；为便于第一连接管21与第二连接管22的连接，该系统还可包括第三连接管23，所述第三连接管23用于替换待测采集器104与第一连接管21及第二连接管22相连接。
36.所述第二容器12的口部连接有一密封盖，所述第一连接管21的进气端穿过密封盖后与第二容器12的内腔连通。
37.所述电动气泵3、液体传感器5、计时器6及存储器7均与控制器4电连接；所述液体传感器5设于连通器并用于检测连通器的设定部位是否存在液体并将状态数据传至控制器4；所述计时器6用于记录电动气泵3的从启动至停止的时间并将时间数据传至控制器4；所述存储器7用于存储控制器4所接收及处理后的数据；当所述液体传感器5检测到连通器的设定部位不存在液体时，所述控制器4向电动气泵3发出停止信号。
38.通过上述结构的测试系统，可实现对气溶胶采集器微流道的流量及沿程损失的检测，具体而言：
39.一、在检测气溶胶采集器微流道的流量时，先将待测采集器104的入口端及出口端分别与第一连接管21的出气端、第二连接管22的进气端连接，然后在连通器中注入有色液体(有色液体的总体积小于第一容器11和第二容器12的内腔容积)，启动电动气泵3，同时计时器6开始计时，在电动气泵3的作用下有色液体随气流方向移动，当有色液体从连通器的设定部位流动通过后，此时的流动体积为设定值，在液体传感器5的数据反馈下，控制器4控制电动气泵3关闭，同时计时器6结束计时，计时器6所记录的时间即为设定体积的有色液体的流动时间，控制器4通过流动体积与流动时间即可计算出气溶胶采集器的流量值。例如，流量q的测量公式可为：q＝v/t；其中，v为有色液体的流动体积，t为有色液体在流动体积下的流动时间。
40.二、在检测气溶胶采集器微流道的沿程损失时，需要经过两个不同的工作状态；在第一工作状态下，将第一连接管21的出气端与第二连接管22的进气端连接，然后在连通器中注入有色液体，启动电动气泵3，同时计时器6开始计时，在电动气泵3的作用下有色液体随气流方向移动，当有色液体从连通器的设定部位流动通过后，此时的流动体积为设定值，在液体传感器5的数据反馈下，控制器4控制电动气泵3关闭，同时计时器6结束计时，计时器6所记录的时间即为设定体积的有色液体的第一流动时间；随后切换至第二工作状态，将第一连接管21的出气端与第二连接管22的进气端断开(断开后有色液体自动复位)并分别与
待测采集器104的入口端及出口端连接，然后启动电动气泵3，同时计时器6开始计时，在电动气泵3的作用下有色液体随气流方向移动，当有色液体从连通器的设定部位流动通过后，此时的流动体积为设定值，在液体传感器5的数据反馈下，控制器4控制电动气泵3关闭，同时计时器6结束计时，计时器6所记录的时间即为设定体积的有色液体的第二流动时间；控制器4通过第一流动时间与第二流动时间的差异可得到流量差，进而得到速度差，再结合待测采集器104的自有参数即可计算出气溶胶采集器的沿程损失值。例如，沿程损失hf的测量公式可为：其中，λ为沿程阻力系数，l表示微流道管长，d表示微流道管径，v表示速度差，g表示重力加速度。
41.本实施例中，所述第一容器11、第二容器12和连通管13均为透明结构，所述液体传感器5为红外传感器结构并可连接在第一容器11、第二容器12或者连通管13外壁；此时液体传感器5的设置不会对有色液体的流动造成影响，提高了系统的测试精度。为便于对有色液体的总体积及流动体积进行观察，所述第一容器11、第二容器12和连通管13的外壁均可设置容积刻度层。
42.作为优选实施方式，所述第一容器11与第二容器12均为直筒结构且二者对称设置，所述连通管13为自对称的“u”形管结构；所述液体传感器5则连接在连通管13外壁，且所述液体传感器5的探头端对准连通管13的中部；有色液体可从第一容器11的口部进入连通器，由于连通器的整体结构左右对称(“左”“右”以图1、2所示方向为准)，在注入特定体积的有色液体后，有色液体的分布也是左右对称的，由于液体传感器5的探头端对准连通管13的中部，连通器左侧的有色液体完全流动至连通器的右侧时即为电动气泵3停止的时机，有色液体注入体积的一半即为有色液体的流动体积。
43.最后说明的是，本文应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想，在不脱离本实用新型原理的情况下，还可对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型的保护范围内。