專利名稱：氣溶膠場致電離電荷源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大氣氣溶膠監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體是氣溶膠場致電離電荷源裝置。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，顆粒物污染成為大氣的首要污染源，大氣氣溶膠細粒 子譜分布作為影響和表征大氣空氣質(zhì)量的重要參數(shù)，越來越受到人們的關(guān)注。特 別是大氣中的納米級超細粒子，由于其獨特的固有屬性如巨大的表面效應(yīng)、量子 效應(yīng)、界面效應(yīng)以及由此引起的異常的吸附能力、化學(xué)反應(yīng)能力和光催化性能等， 對其開展的粒徑譜分布研究成為21世紀眾多行業(yè)研究的熱點。目前，對大氣氣 溶膠細粒子譜分布(特別是超細粒子)的研究，較為成熟的技術(shù)是在對粒子完成荷 電的情況下，根據(jù)粒子電遷移率的不同將其按粒徑進行分級，并進行濃度統(tǒng)計。 氣溶膠電荷源是一種能夠穩(wěn)定產(chǎn)生大量自由電荷的裝置，在進行粒徑分級時，粒 子荷電效率將直接影響粒徑的分級效率，特別是納米級的超細粒子，由于粒子橫 截面積較小，用傳統(tǒng)的雙極性電荷源對其進行電荷加載將很難保證荷電效率，這 也直接影響了儀器的檢測下限。當(dāng)今，國際上只有少數(shù)發(fā)達國家有能力進行大氣 細粒子譜監(jiān)測儀器的設(shè)計開發(fā)，但產(chǎn)品內(nèi)部電荷源主要是利用放射源(如Po210、 Kr85、 Am241等)使空氣電離產(chǎn)生等量異號電荷來完成粒子電荷中和過程。這一 方面將導(dǎo)致儀器的檢測下限受限，另一方面由于其潛在的核泄漏的危險性，使得 放射源的使用也受到種種限制。利用高壓電暈放電的方式，可以按照實際需求產(chǎn) 生足量的電荷，實現(xiàn)氣溶膠粒子的單極性荷電或者雙極性荷電，目前，該技術(shù)在 靜電除塵領(lǐng)域已經(jīng)得到較為廣泛的應(yīng)用。將該技術(shù)引入大氣氣溶膠在線監(jiān)測儀器 中，可以實現(xiàn)納米級顆粒物的高效率荷電，并最終提高儀器對于納米級超細顆粒 物的分辨能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用場致電離的方式實現(xiàn)電極間的高壓電暈放電 產(chǎn)生大量電荷的氣溶膠場致電離電荷源裝置。用于在不改變粒徑分布特征的前提 下，實現(xiàn)氣溶膠粒子特別是超細粒子的高效率荷電。為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為
氣溶膠場致電離電荷源裝置，其特征在于包括兩端有端壁的撞擊式粒子過 濾器腔體，所述端壁上開有通孔， 一個通孔中安裝有氣溶膠進氣管，所述氣溶膠 進氣管內(nèi)前端安裝有噴嘴，噴嘴前方的有安裝于腔體中的可拆卸的撞擊臺，所述 撞擊式粒子過濾器腔體下方聯(lián)通有場致電離電荷源腔體，所述場致電離電荷源腔 體的一端緊密安裝有可拆卸的絕緣活塞，所述絕緣活塞中開有通孔，所述通孔中 安裝有高壓電極，所述高壓電極的一端通過導(dǎo)線連接高壓電源，所述場致電離電 荷源腔體的另一端緊密安裝有可拆卸的接地電極蓋，所述接地電極蓋通過導(dǎo)線接 地，所述接地電極蓋伸入場致電離電荷源腔體內(nèi)部分的內(nèi)壁為圓錐形，所述接地 電極蓋中間還開有供氣溶膠排出的通孔，所述高壓電極的放電尖端伸入所述場致 電離電荷源腔體內(nèi)的接地電極蓋的圓錐形內(nèi)壁中，所述接地電極蓋與所述高壓電 極同軸安裝，接地電極蓋通孔外側(cè)有排氣管。
所述的氣溶膠場致電離電荷源裝置，其特征在于所述撞擊臺為端部有擋沿 的柱形臺，撞擊臺柱身上成型有外螺紋，所述撞擊式粒子過濾器腔體與撞擊臺配 合的通孔中成型有內(nèi)螺紋，所述撞擊臺螺合在所述撞擊式粒子過濾器腔體一端， 其檔沿抵在所述撞擊式粒子過濾器腔體端壁外側(cè)。
所述的氣溶膠場致電離電荷源裝置，其特征在于所述絕緣活塞為端部有擋 沿的柱形活塞，其柱身上成型有外螺紋，所述場致電離電荷源腔體與絕緣活塞配 合的一端內(nèi)壁成型有內(nèi)螺紋，所述絕緣活塞螺合在所述場致電離電荷源腔體一 端，其檔沿抵在所述場致電離電荷源腔體端面外側(cè)。
所述的氣溶膠場致電離電荷源裝置，其特征在于所述接地電極蓋為端部有 擋沿的柱形蓋，其柱身上成型有外螺紋，所述場致電離電荷源腔體與接地電極蓋 配合的一端內(nèi)壁成型有內(nèi)螺紋，所述接地電極蓋螺合在所述場致電離電荷源腔體 一端，其檔沿抵在所述場致電離電荷源腔體端面外側(cè)。
所述的氣溶膠場致電離電荷源裝置，其特征在于所述撞擊臺正對所述氣溶 膠進氣管的面為撞擊面，所述撞擊面上鍍有粗糙的銅膜。
所述的氣溶膠場致電離電荷源裝置，其特征在于所述撞擊式粒子過濾器腔 體、場致電離電荷源腔體和絕緣活塞均采用聚四氟乙烯材料制成。
所述的氣溶膠場致電離電荷源裝置，其特征在于所述接地電極蓋采用不銹鋼材料制成。
本發(fā)明的主要原理是利用高壓電源使電荷源腔體內(nèi)的高壓電極按要求產(chǎn)生 正負高壓，從而在高壓電極與接地電極蓋之間產(chǎn)生電暈放電，并在極短的時間內(nèi) 達到高電子密度狀態(tài)(可達到l(^/cm3)。當(dāng)待測氣溶膠氣樣進入電暈區(qū)以后，瞬 間與高濃度的單極性粒子完成荷電過程。
本發(fā)明主要包括撞擊式粒子過濾器腔體、噴嘴、撞擊臺、場致電離電荷源腔 體、高壓電極、接地電極蓋。氣溶膠進氣管設(shè)在撞擊式粒子過濾器腔體外側(cè)，內(nèi) 部直接與氣體噴嘴連通，而排氣管位于場致電離電荷源接地電極外側(cè)，內(nèi)部與高 壓電極相對且共軸。高壓電極電暈放電端為圓錐狀，接地電極為中空漏斗形狀。 高壓電源輸出裝置可輸出0 ±5KV的可調(diào)節(jié)電壓，故該場致電離源可以分別產(chǎn) 生正負電暈，并最終產(chǎn)生高密度單極性離子。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點
(1) 基本原理為場致電離原理，利用電極間的高壓電暈放電，在電極間形 成高密度單極性電荷區(qū)，粒子荷電效率高。
(2) 場致電離源前端設(shè)置撞擊式粒子過濾器，大大降低了氣溶膠對高壓電 極的污染，進而提高了電離效率；
(3) 場致電離電荷源結(jié)構(gòu)合理，噴嘴、撞擊臺、高壓電極、接地電極可單 獨拆卸，利于日常維護清理。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
氣溶膠場致電離電荷源裝置，包括兩端有端壁的撞擊式粒子過濾器腔體1， 端壁上開有通孔， 一個通孔中安裝有氣溶膠進氣管3，氣溶膠進氣管3內(nèi)前端安 裝有直徑很小的噴嘴，另一個通孔中緊密安裝有可拆卸的撞擊臺6，撞擊臺6正 對氣溶膠進氣管3的面為撞擊面，撞擊面上鍍有粗糙的銅膜。撞擊式粒子過濾器 腔體1、氣溶膠進氣管3和撞擊臺6同軸安裝；還包括有管狀的場致電離電荷源 腔體2，場致電離電荷源腔體2的一端緊密安裝有可拆卸的絕緣活塞10，撞擊式 粒子過濾器腔體6、場致電離電荷源腔體1和絕緣活塞10均采用聚四氟乙烯材 料制成，絕緣活塞10中開有通孔，通孔中安裝有高壓電極7，高壓電極7的一端通過導(dǎo)線連接高壓電源9，場致電離電荷源腔體l的另一端緊密安裝有可拆卸 的接地電極蓋8，接地電極蓋8采用不銹鋼材料制成，接地電極蓋8通過導(dǎo)線接 地，接地電極蓋8伸入場致電離電荷源腔體2內(nèi)部分的內(nèi)壁為圓錐形，其圓錐底 面與絕緣活塞10相對，高壓電極7的放電尖端伸入所述場致電離電荷源腔體2 內(nèi)的接地電極蓋8內(nèi)壁中，接地電極蓋8與高壓電極7同軸安裝，接地電極蓋8 中間還開有供氣溶膠排出的通孔，通孔外側(cè)有排氣管；撞擊式粒子過濾器腔體l 的一個側(cè)面與場致電離電荷源腔體2的一個側(cè)面緊密結(jié)合，結(jié)合處開有連通撞擊 式粒子過濾器腔體1與場致電離電荷源腔體2的通孔。
撞擊臺6為端部有擋沿的柱形臺，撞擊臺6柱身上成型有外螺紋，撞擊式粒 子過濾器腔體1與撞擊臺6配合的通孔中成型有內(nèi)螺紋，撞擊臺6螺合在撞擊式 粒子過濾器腔體1一端，其檔沿抵在撞擊式粒子過濾器1腔體端壁外側(cè)，檔沿外 側(cè)還套有O形密封圈。
絕緣活塞10為端部有擋沿的柱形活塞，其柱身上成型有外螺紋，場致電離 電荷源腔體2與絕緣活塞10配合的一端內(nèi)壁成型有內(nèi)螺紋，絕緣活塞10螺合在 場致電離電荷源腔體2—端，其檔沿抵在場致電離電荷源腔體2端面外側(cè)，檔沿 外側(cè)還套有O形密封圈。
接地電極蓋8為端部有擋沿的柱形蓋，其柱身上成型有外螺紋，場致電離電 荷源腔體2與接地電極蓋8配合的一端內(nèi)壁成型有內(nèi)螺紋，接地電極蓋8螺合在 場致電離電荷源腔體2—端，其檔沿抵在場致電離電荷源腔體2端面外側(cè)，檔沿 外側(cè)還套有O形密封圈。
本發(fā)明主要是實現(xiàn)納米級超細顆粒物的高效率帶電，當(dāng)氣溶膠粒子通過撞擊 式粒子過濾器時，需要實現(xiàn)對粒徑在lpm以上粒子的高效率切割。根據(jù)顆粒物 在氣流中的受力情況，結(jié)合流體力學(xué)相關(guān)理論，計算了顆粒物切割粒徑、噴嘴氣 體流量、噴嘴與撞擊臺之間距離以及噴嘴直徑與顆粒物運動軌跡之間的關(guān)系，結(jié) 果表明，當(dāng)設(shè)計噴嘴內(nèi)部流量為0.3L/min時，噴口直徑應(yīng)為0.5mm，噴嘴與撞 擊臺距離應(yīng)為2mm，可實現(xiàn)對粒徑lpm以上粒子的高效率切割。
高壓電極放電端為圓錐狀，接地電極內(nèi)部空間為漏斗狀，高壓電極與接地電 極間距可調(diào)且共軸。
撞擊式粒子過濾器腔體和場致電離電荷源腔體外觀均為長方體。撞擊臺位于撞擊式粒子過濾器腔體一側(cè)，并可自由旋出。高壓電極固定于場致電離電荷源腔 體一側(cè)可以自由旋出的絕緣活塞上，接地電極蓋位于場致電離電荷源腔體另一 側(cè)，與高壓電極相對且共軸。
由于本發(fā)明機械可拆卸部分較多，組裝過程中需保證撞擊式粒子過濾器腔 體、場致電離電荷源腔體以及兩者連接處密封，避免實驗過程中的外界氣體干擾。 組裝完畢后將出氣口封堵，從進氣口通入高壓， 一段時間后檢査氣壓變化，從而 確定儀器氣密性程度。
為保證場致電荷源較高的粒子荷電效率，需要對電暈電壓進行測定。測定方 法是選取特定粒徑段內(nèi)的純中性粒子(通常經(jīng)由其他儀器生成的納米級粒子)， 將其接入場致電離電荷源系統(tǒng)進氣口，而電荷源出氣口與一靜電沉積器連接。氣 溶膠經(jīng)靜電沉積器去除內(nèi)部帶電粒子后，進入凝聚核粒子計數(shù)器進行濃度測量。 首先，在場致電離源和靜電沉積器都不加電壓的情況下，記錄凝聚核粒子計數(shù)器 示數(shù)n"然后開始給場致電離源加電壓，并記錄電壓值和凝聚核粒子計數(shù)器示數(shù) n2，此時靜電沉積器仍然不加電壓。最后，同時給場致電離源和靜電沉積器加電 壓，并記錄此時凝聚核粒子計數(shù)器示數(shù)n3。粒子在場致電離源中的荷電效率即 可用p*(n2-n3yni表示，其中p為粒子在電離源中的滲透擴散系數(shù)。連續(xù)升高場 致電離源電壓，即可得出粒子最大荷電效率對應(yīng)的電壓值。
權(quán)利要求
1、氣溶膠場致電離電荷源裝置，其特征在于包括兩端有端壁的撞擊式粒子過濾器腔體，所述端壁上開有通孔，一個通孔中安裝有氣溶膠進氣管，所述氣溶膠進氣管內(nèi)前端安裝有噴嘴，噴嘴前方的有安裝于腔體中的可拆卸的撞擊臺，所述撞擊式粒子過濾器腔體下方聯(lián)通有場致電離電荷源腔體，所述場致電離電荷源腔體的一端緊密安裝有可拆卸的絕緣活塞，所述絕緣活塞中開有通孔，所述通孔中安裝有高壓電極，所述高壓電極的一端通過導(dǎo)線連接高壓電源，所述場致電離電荷源腔體的另一端緊密安裝有可拆卸的接地電極蓋，所述接地電極蓋通過導(dǎo)線接地，所述接地電極蓋伸入場致電離電荷源腔體內(nèi)部分的內(nèi)壁為圓錐形，所述接地電極蓋中間還開有供氣溶膠排出的通孔，所述高壓電極的放電尖端伸入所述場致電離電荷源腔體內(nèi)的接地電極蓋的圓錐形內(nèi)壁中，所述接地電極蓋與所述高壓電極同軸安裝，接地電極蓋通孔外側(cè)有排氣管。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的氣溶膠場致電離電荷源裝置，其特征在于所述 撞擊臺為端部有擋沿的柱形臺，撞擊臺柱身上成型有外螺紋，所述撞擊式粒子過 濾器腔體與撞擊臺配合的通孔中成型有內(nèi)螺紋，所述撞擊臺螺合在所述撞擊式粒 子過濾器腔體一端，其檔沿抵在所述撞擊式粒子過濾器腔體端壁外側(cè)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣溶膠場致電離電荷源裝置，其特征在于所述 絕緣活塞為端部有擋沿的柱形活塞，其柱身上成型有外螺紋，所述場致電離電荷 源腔體與絕緣活塞配合的一端內(nèi)壁成型有內(nèi)螺紋，所述絕緣活塞螺合在所述場致 電離電荷源腔體一端，其檔沿抵在所述場致電離電荷源腔體端面外側(cè)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣溶膠場致電離電荷源裝置，其特征在于所述 接地電極蓋為端部有擋沿的柱形蓋，其柱身上成型有外螺紋，所述場致電離電荷 源腔體與接地電極蓋配合的一端內(nèi)壁成型有內(nèi)螺紋，所述接地電極蓋螺合在所述 場致電離電荷源腔體一端，其檔沿抵在所述場致電離電荷源腔體端面外側(cè)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣溶膠場致電離電荷源裝置，其特征在于所述 撞擊臺正對所述氣溶膠進氣管的面為撞擊面，所述撞擊面上鍍有粗糙的銅膜。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣溶膠場致電離電荷源裝置，其特征在于所述 撞擊式粒子過濾器腔體、場致電離電荷源腔體和絕緣活塞均采用聚四氟乙烯材料 制成。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣溶膠場致電離電荷源裝置，其特征在于所述 接地電極蓋采用不銹鋼材料制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及氣溶膠場致電離電荷源裝置，利用場致電離的方式實現(xiàn)電極間的高壓電暈放電產(chǎn)生大量電荷的氣溶膠場致電離電荷源裝置。用于在不改變粒徑分布特征的前提下，實現(xiàn)氣溶膠粒子特別是超細粒子的高效率荷電。本發(fā)明主要包括撞擊式粒子過濾器腔體、噴嘴、撞擊臺、場致電離電荷源腔體、高壓電極、接地電極蓋。氣溶膠進氣管設(shè)在撞擊式粒子過濾器腔體外側(cè)，內(nèi)部直接與氣體噴嘴連通，而排氣管位于場致電離電荷源接地電極外側(cè)，內(nèi)部與高壓電極相對且共軸。高壓電極電暈放電端為圓錐狀，接地電極為中空漏斗形狀。高壓電源輸出裝置可輸出0～±5KV的可調(diào)節(jié)電壓，故該場致電離源可以分別產(chǎn)生正負電暈，并最終產(chǎn)生高密度單極性離子。
文檔編號G01N27/68GK101581698SQ20091011712
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月23日
發(fā)明者伍德俠, 劉建國, 武 方, 桂華僑, 杰 王, 王亞萍, 陸亦懷, 軍 陳, 黃書華 申請人:中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機械研究所