水蒸汽冷凝激活生长颗粒物计数器的制作方法

1.本发明涉及环境监测技术领域，特别涉及一种水蒸气冷凝激活生长颗粒物计数器。


背景技术：

2.在大气环境监测中，对于颗粒物的污染浓度表征参数多采用质量浓度，如pm2.5和pm10，然而，颗粒物的数量浓度也是一个很重要的指标，而且小粒径段的颗粒物虽然对于质量浓度贡献很小，但对于人体健康的危害可能更大。
3.在相关的技术中，很多纳米颗粒物，例如机动车排放的颗粒物、厨房油烟以及一些工业烟气颗粒物，大气环境新粒子生成的颗粒物都是纳米级颗粒物，从1nm~1um，这些纳米颗粒物数浓度很高，但是普通的光学尘埃粒子技术检测下限为0.3um，因此无法准确鉴定这些颗粒物总数浓度。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是现有光学尘埃粒子计数器无法准确检测颗粒物总数的浓度的问题，为此，本发明提出了水蒸气冷凝激活生长颗粒物计数器。
5.针对上述技术问题，本发明提供如下技术方案：本技术提供一种水蒸汽冷凝激活生长颗粒物计数器，包括：颗粒物激活生长组件，用于对气流中的颗粒物进行激活生长并加速喷出；光学粒子计数器，被配置为用于容纳所述颗粒物激活生长组件的至少一部分的结构，以用于接收该加速喷出的颗粒物并进行检测分析；限流件，被配置为与所述光学粒子计数器的出口连接；采样组件，被配置为与所述限流件的出口连接，以用于对检测后的所述气流冷凝并排出所述气流；储水组件，被配置为分别与所述采样组件及颗粒物激活生长组件连接，以用于收集所述采样组件冷凝的水蒸汽，并为所述颗粒物激活生长组件提供水基；控制件，被配置为分别与所述颗粒物激活生长组件、所述光学粒子计数器、所述限流件、所述采样组件及所述储水组件连接。
6.在上述实现的过程中，颗粒物激活生长组件与光学粒子计数器连接，光学粒子计数器与限流件连接，限流件与采样组件连接，储水组件分别与采样组件及颗粒物激活生长组件连接，控制件分别与颗粒物激活生长组件、光学粒子计数器、限流件、采样组件及储水组件连接，带有颗粒物的气流首先经过颗粒物激活生长组件进行激活长大，再由光学粒子计数器对激活放大的颗粒物进行检测分析后通过限流件进入到采样组件，采样组件对其进行冷凝出水蒸汽并排出该气流，而储水组件接收采样组件冷凝后的水蒸汽并提供给颗粒物激活生长组件，以此往复，控制件可以对各个部件的数据进行实时监测并控制，可以实现对10nm以下的颗粒物进行检测。
7.在一些实施例中，所述颗粒物激活生长组件包括颗粒物激活生长器、进气嘴及加速喷嘴，所述进气嘴被配置为与所述颗粒物激活生长器的进气口连接，所述加速喷嘴被配置为与所述颗粒物激活生长器的出气口连接，所述颗粒物激活生长器用于对所述颗粒物进
行激活生长。
8.在上述实现的过程中，进气嘴设置于颗粒物激活生长器的进气口，加速喷嘴设置于颗粒物激活生长器的出气口，使得气流通过进气嘴进入到颗粒物激活放大器的内部进行激活放大，激活放大后的颗粒物通过加速喷嘴喷出至光学粒子计数器，其整个过程采用水基作为工作介质，无污染和异味，对环境更友好，检测成本更低，可以用于室内、室外或者机动车等排放的颗粒物数浓度的检测。
9.在一些实施例中，所述颗粒物激活生长器包括调节件、生长件及隔热垫，所述调节件背离所述生长件的一侧被配置为与所述进气嘴连接，所述生长件背离所述调节件的一侧被配置为与所述加速喷嘴连接，所述隔热垫配置于所述调节件与所述生长件之间。
10.在上述实现的过程中，颗粒物激活生长器设置成调节件隔热垫及生长件，使得检测人员可以根据环境空气的温度，通过控制件对调节件及生长件分别实现不同的控制，有更好地环境适用性。
11.在一些实施例中，所述调节件及所述生长件的温度为4℃~100℃，有利于更适应环境温度，且更有利于颗粒物的平衡性。
12.在一些实施例中，所述颗粒物激活生长器还包括加热片及制冷片，所述加热片配置有至少两个，两个所述加热片分别设置于所述调节件及所述生长件上，所述制冷片配置有至少两个，两个所述制冷片分别设置于所述调节件及所述生长件上。
13.在上述实现的过程中，调节件上设置有加热片及制冷片，生长件上设置有加热片及制冷片，使得作业人员能够根据环境温度的情况，通过控制件对调节件及生长件进行合理调控，实现对环境温度适用性的同时，也能在一定程度上减少能耗，降低检测成本投入。
14.在一些实施例中，所述颗粒物激活生长器还包括多孔水雾介质，所述多孔水雾介质分别与所述调节件、所述隔热垫及所述生长件对应设置，且所述多孔水雾介质被配置为中空结构，以用于与所述进气嘴及所述加速喷嘴连通。
15.在上述实现的过程中，多孔水雾介质分别与调节件、隔热垫及生长件对应，多孔水雾介质具有吸水不膨胀，使得从进气嘴进入的颗粒物经过多孔水雾介质后能够被激活长大并从加速喷嘴喷出。
16.在一些实施例中，所述颗粒物激活生长器还包括生长器温度传感器，所述生长器温度传感器配置于所述调节件和/或所述生长件上。
17.在上述实现的过程中，调节件及生长件上均配置有生长器温度传感器，生长器温度传感器能够实时监测调节件及生长件的温度并将其数据反馈给控制件，使得控制件能够环境温度的情况控制调节件及生长件的温度，进而减少环境温度对检测过程的影响。
18.在一些实施例中，所述水蒸汽激活生长颗粒物计数器还包括温湿度传感器，所述温湿度传感器配置于所述光学粒子计数器及所述限流件之间。
19.在上述实现的过程中，温湿度传感器设置在光学粒子计数器及限流件之间，可通过温湿度传感器对颗粒物经过光学粒子计数器的温湿度参数的监测，保证气流中的颗粒物经过颗粒物激活生长器及光学粒子计数器的温湿度一致性，进而实现对气流中的颗粒物充分长大。
20.在一些实施例中，所述采样组件包括水蒸汽回收瓶及采样泵，所述水蒸汽回收瓶被配置为与所述限流件连接，所述采样泵被配置为与所述水蒸汽回收瓶连接。
21.在一些实施例中，所述储水组件包括储水瓶及循环水泵，所述储水瓶被配置为与所述水蒸汽回收瓶连接，所述循环水泵被配置为与所述储水瓶连接，且所述储水瓶及所述循环水泵均被配置为与所述颗粒物激活生长组件连接，以分别向所述颗粒物激活生长组件的颗粒物激活生长器的不同位置提供水基。
22.本技术的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实本技术实施例了解。本技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
23.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术使用者来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
24.图1为本技术实施例公开的一种水蒸汽冷凝激活生长颗粒物计数器的结构示意图。
25.图2为本技术实施例公开的一种水蒸汽冷凝激活生长颗粒物计数器的颗粒物激活生长组件的剖视图。
26.图3为本技术实施例公开的一种水蒸汽冷凝激活生长颗粒物计数器的颗粒物激活生长组件的结构示意图。
27.图4为本技术实施例公开的一种水蒸汽冷凝激活生长颗粒物计数器的颗粒物激活生长组件的另一视角的结构示意图。
28.图5为本技术实施例公开的一种水蒸汽冷凝激活生长颗粒物计数器的部分结构示意图。
29.附图标记100、颗粒物激活生长组件；101、颗粒物激活生长器；1011、调节件；1012、生长件；1013、隔热垫；1014、加热片；1015、制冷片；1016、多孔水雾介质；1017、生长器温度传感器；102、进气嘴；103、加速喷嘴；200、光学粒子计数器；201、计数器加热器件；202、计数器温度传感器；300、限流件；400、采样组件；401、水蒸汽回收瓶；402、采样泵；500、储水组件；501、储水瓶；502、循环水泵；600、控制件；700、温湿度传感器。
具体实施方式
30.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相
连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
33.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
34.环境空气中含有大量不同粒径的颗粒物，颗粒物对人们生产和生活都有直接的影响；人们不仅关注颗粒物的质量如pm
2.5
浓度，而且关注颗粒物的数量，例如国家环保部门不断加严机动车排放标准，已从质量浓度控制转向了数浓度控制，从2020年7月1日起全国范围内施行国六标准-《轻汽车污染物排放限值及测量方法-中国第六阶段》-（gb 18352.6-2016），其中规定颗粒物数浓度需要低于6*10
11
个/千米，其中颗粒物数浓度检测方法之一为颗粒物冷凝生长计数器；世界卫生组织（who）发布了最新《全球空气质量指导值（2021）》，文中除对pm
2.5
等参数数值的要求进一步降低外，为了降低超细颗粒物暴露风险，增加了环境空气超细颗粒物数浓度的指标监测，低数浓度为1000个/cm3（24小时平均值），高数浓度为10000个/cm3（24小时平均值），因此需要测量这些纳米颗粒物的数浓度。
35.颗粒物冷凝生长计数器（condensation particle counters,cpc）是最为常见的纳米颗粒物计数仪器。它的基本原理是：形成工作液体过饱和的环境，将待测气溶胶通入其中后通过非均相成核作用使颗粒物冷凝生长，当颗粒物粒径达到光学检测单元的下限后即可被计数。
36.如图1所示，是本技术实施例公开的一种水蒸汽冷凝激活生长颗粒物计数器的结构示意图；本技术提供一种水蒸汽冷凝激活生长颗粒物计数器，包括：颗粒物激活生长组件100、光学粒子计数器200、限流件300、采样组件400、储水组件500及控制件600，所述颗粒物激活生长组件100与所述光学粒子计数器200连接，以使气流进入所述颗粒物激活生长组件100后，气流中的颗粒物能够被颗粒物激活生长组件100激活并长大，所述光学粒子计数器200与所述限流件300连接，所述光学粒子计数器200能够对激活并长大后的颗粒物进行检测分析，所述限流件300用于检测当前气流的流量并反馈给所述控制件600，所述控制件600根据预设定的流量调节所述采样组件400及所述储水组件500工作。
37.具体而言，所述颗粒物激活生长组件100用于对气流中的颗粒物进行激活生长并加速喷出；所述光学粒子计数器200被配置为用于容纳所述颗粒物激活生长组件100的至少一部分的结构，以用于接收该加速喷出的颗粒物并进行检测分析；所述限流件300被配置为与所述光学粒子计数器200的出口连接；所述采样组件400被配置为与所述限流件300的出口连接，以用于对检测后的所述气流冷凝并排出所述气流；所述储水组件500被配置为分别与所述采样组件400及颗粒物激活生长组件100连接，以用于收集所述采样组件400冷凝的水蒸汽，并为所述颗粒物激活生长组件100提供水基（去离子水）；所述控制件600被配置为分别与所述颗粒物激活生长组件、所述光学粒子计数器200、所述限流件300、所述采样组件400及所述储水组件500连接，其中所述控制件600包括但不局限于控制器，所述控制件600能够采集所述光学粒子计数器200的脉冲信号，同时根据所述限流件300的流量计算并显示颗粒物数浓度，并将数据存储到储存卡中。
38.示例性的，所述光学粒子计数器200是一种利用光的散射原理进行尘粒计数的仪器，是用来测量洁净环境中单位体积内尘埃粒子数和粒径分布的仪器，其基本原理就是光
学传感器的探测激光经尘埃粒子散射后被光敏元件接收并产生脉冲信号，该脉冲信号被输出并且放大，然后进行数字信号处理，通过跟标准粒子信号进行比较，将对比结构用不同的参数表示出来；其中所述光学粒子计数器200包括发光二极管、激光聚焦透镜及光电二极管等，所述光学粒子计数器200上具有计数器加热器件201及计数器温度传感器202，所述计数器加热器件201及所述计数器温度传感器202均与所述控制件600连接，通过所述计数器加热器件201及所述计数器温度传感器202可确保所述光学粒子计数器200的温湿度，并使得所述光学粒子计数器200与颗粒物激活生长组件100后端（即生长件1012）的温湿度一致性，避免温差导致的不同温度下饱和水蒸汽的绝对含水量不一致，而使已经长大的粒子因为脱水而变小，无法被所述光学粒子计数器200监测到。
39.其中，所述限流件300包括但不局限于流量计，其采用的材质可以为不锈钢材质，且可以根据实际气流的流量选择需求选择不同孔径大小的限流件300，通常为0.3~1l/min；其中所述限流件300可实时监测当前的气流的流量，并反馈给所述控制件600，所述控制件600根据预先设定的参数值控制所述采样组件400及所述储水组件500相应的工作。
40.在上述实现的过程中，颗粒物激活生长组件100与光学粒子计数器200连接，光学粒子计数器200与限流件300连接，限流件300与采样组件400连接，储水组件500分别与采样组件400及颗粒物激活生长组件100连接，控制件600分别与颗粒物激活生长组件、光学粒子计数器200、限流件300、采样组件400及储水组件500连接，带有颗粒物的气流首先经过颗粒物激活生长组件100进行激活长大，再由光学粒子计数器200对激活放大的颗粒物进行检测分析后通过限流件300进入到采样组件400，采样组件400对其进行冷凝出水蒸汽并排出该气流，而储水组件500接收采样组件400冷凝后的水蒸汽并提供给颗粒物激活生长组件100，以此往复，控制件600可以对各个部件的数据进行实时监测并控制，以实现对10nm以下的颗粒物进行检测。
41.如图2所示，是本技术实施例公开的一种水蒸汽冷凝激活生长颗粒物计数器的颗粒物激活生长组件100的剖视图；所述颗粒物激活生长组件100包括颗粒物激活生长器101、进气嘴102及加速喷嘴103，所述进气嘴102被配置为与所述颗粒物激活生长器101的进气口快插连接，所述加速喷嘴103被配置为与所述颗粒物激活生长器101的出气口快插连接，所述颗粒物激活生长器101用于对所述颗粒物进行激活生长。
42.示例性的，所述颗粒物激活生长器101的内部可以设置成圆柱状，当然也可以设置成其他的形状，其内部的直径可设置成大约12mm，所述颗粒物激活生长器101的外部为长方体的硬铝或者不锈钢件；所述加速喷嘴103设置成锥形结构，其锥角小于30度，材质包括但不局限于硬铝，可将所述颗粒物激活生长器101出口的气流加速进入到所述光学粒子计数器200被检测。
43.在上述实现的过程中，进气嘴102设置于颗粒物激活生长器101的进气口，加速喷嘴103设置于颗粒物激活生长器101的出气口，使得气流通过进气嘴102进入到颗粒物激活放大器的内部进行激活放大，激活放大后的颗粒物通过加速喷嘴103喷出至光学粒子计数器200，其整个过程采用水基作为工作介质，无污染和异味，对环境更友好，检测成本更低，可以用于室内、室外或者机动车等排放的颗粒物数浓度的检测。
44.请再参照图2，所述颗粒物激活生长器101包括调节件1011、生长件1012及隔热垫1013（可采用塑料材质），所述调节件1011背离所述生长件1012的一侧被配置为与所述进气
嘴102连接，所述生长件1012背离所述调节件1011的一侧被配置为与所述加速喷嘴103连接，所述隔热垫1013配置于所述调节件1011与所述生长件1012之间，所述调节件1011及所述生长件1012的温度为4℃~100℃，更适应环境温度，且更有利于颗粒物的平衡性；其中颗粒物激活生长器101设置成调节件1011隔热垫1013及生长件1012，使得检测人员可以根据环境空气的温度，通过控制件600对调节件1011及生长件1012分别实现不同的控制，有更好地环境适用性。
45.如图3-图4所示，为本技术实施例公开的一种水蒸汽冷凝激活生长颗粒物计数器的颗粒物激活生长组件100的结构示意图；所述颗粒物激活生长器101还包括加热片1014及制冷片1015，所述加热片1014配置有至少两个，两个所述加热片1014分别设置于所述调节件1011及所述生长件1012上，所述制冷片1015配置有至少两个，两个所述制冷片1015分别设置于所述调节件1011及所述生长件1012上。
46.示例性的，所述加热片1014包括但不局限于硅胶加热片1014，所述制冷片1015包括但不局限于半导体制冷片1015，所述调节件1011通过所述加热片1014及所述制冷片1015既可以实现加热，也可以实现制冷，所述生长件1012通过所述加热片1014及所述制冷片1015既可以实现加热，也可以实现制冷，所述控制件600根据环境空气的温度，设定所述颗粒物激活生长器101的温度，如果是环境空气温度较高，则设定所述颗粒物激活生长器101的调节件1011为较高温度，如55℃，所述生长件1012为较低温度，如10℃；反之，如果环境空气温度较低，则设定所述颗粒物激活生长器101的调节件1011为较低温度，如10℃，所述生长件1012为较高温度，如55℃等。
47.在上述实现的过程中，调节件1011上设置有加热片1014及制冷片1015，生长件1012上设置有加热片1014及制冷片1015，使得作业人员能够根据环境温度的情况，通过控制件600对调节件1011及生长件1012进行合理调控，实现对环境温度适用性的同时，也能在一定程度上减少能耗（例如当环境温度适当时，可使所述调节件1011上的加热片1014及制冷片1015不工作，即不对所述调节件1011进行加热或者制冷），降低检测成本投入。
48.请再参照图2，所述颗粒物激活生长器101还包括多孔水雾介质1016，所述多孔水雾介质1016分别与所述调节件1011、所述隔热垫1013及所述生长件1012对应设置，且所述多孔水雾介质1016被配置为中空结构，以用于与所述进气嘴102及所述加速喷嘴103连通；其中所述多孔水雾介质1016为亲水性pe改性颗粒烧结滤芯，其内嵌于所述调节件1011及所述生长件1012的内部，内径约为10mm，允许气流通过。
49.在上述实现的过程中，多孔水雾介质1016分别与调节件1011、隔热垫1013及生长件1012对应，多孔水雾介质1016具有吸水不膨胀，一定温度范围不变型的特性，使得从进气嘴102进入的颗粒物经过多孔水雾介质1016后能够被激活长大并从加速喷嘴103喷出。
50.请再参照图2，所述颗粒物激活生长器101还包括生长器温度传感器1017，所述生长器温度传感器1017配置于所述调节件1011和/或所述生长件1012上，调节件1011及生长件1012上均配置有生长器温度传感器1017，生长器温度传感器1017能够实时监测调节件1011及生长件1012的温度并将其数据反馈给控制件600，使得控制件600能够根据环境温度的情况控制调节件1011及生长件1012的温度，进而减少环境温度对检测过程的影响。
51.在一些实施例中，所述水蒸汽激活生长颗粒物计数器还包括温湿度传感器700，所述温湿度传感器700配置于所述光学粒子计数器200及所述限流件300之间，所述温湿度传
感可设置于靠近所述光学粒子计数器200的一侧。
52.在上述实现的过程中，温湿度传感器700设置在光学粒子计数器200及限流件300之间，可通过温湿度传感器700对颗粒物经过光学粒子计数器200的温湿度参数的监测，保证气流中的颗粒物经过颗粒物激活生长器101及光学粒子计数器200的温湿度一致性，进而使气流中的颗粒物充分长大。
53.如图5所示，为本技术实施例公开的一种水蒸汽冷凝激活生长颗粒物计数器的部分结构示意图；所述采样组件400包括水蒸汽回收瓶401及采样泵402，所述水蒸汽回收瓶401被配置为与所述限流件300连接，所述采样泵402被配置为与所述水蒸汽回收瓶401连接；所述水蒸汽回收瓶401采用的材质包括但不局限于铝合金材质，且所述水蒸汽回收瓶401的底部为收缩状，气流中的液滴被捕集到瓶底，所述水蒸汽回收瓶401是利用冷却脱水，水蒸汽在露点温度以下很快就能液化，所述水蒸汽回收瓶401通过将排水管直接设于所述储水组件500的储水瓶501液面以下，保证所述储水瓶501内的水介质不会倒流到所述水蒸汽回收瓶401的内部。
54.在一些实施例中，所述储水组件500包括储水瓶501及循环水泵502，所述储水瓶501被配置为与所述水蒸汽回收瓶401连接，所述循环水泵502被配置为与所述储水瓶501连接，且所述储水瓶501及所述循环水泵502均被配置为与所述颗粒物激活生长组件100连接，以分别向所述颗粒物激活生长组件100的颗粒物激活生长器101的不同位置提供水基；其中所述储水瓶501通过软管与所述颗粒物激活生长器101的调节件1011连接，所述循环水泵502通过软管与所述颗粒物激活生长器101的生长件1012连接，所述储水瓶501排水的高度高于其他部件（如颗粒物激活生长器101、水蒸汽回收瓶401等）的进水口，不会出现所述储水瓶501中无水而导致气路短接的情况。
55.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。