一種用于測量pm2.5的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于測量PM2.5的裝置及方法，該裝置包括粒子源發(fā)射單元、平行極板對、極板電壓調(diào)節(jié)單元、電流測量單元以及CCD監(jiān)控單元；利用該裝置進行PM2.5測量時，根據(jù)密立根靜態(tài)油滴實驗所噴油滴直徑為1.2-2.0μm時測量效果最好，可以精確測量出元電荷，利用靜態(tài)法能達到較高的PM2.5測量精度；該方法考慮了氣固兩相流多種因素，對多場區(qū)下PM2.5顆粒的質(zhì)量進行計算；采用本發(fā)明的系統(tǒng)能夠精確測量單位體積空氣里所含PM2.5顆粒的質(zhì)量，同時檢測出PM2.5的濃度，滿足校準(zhǔn)PM2.5監(jiān)測儀的要求，解決當(dāng)前對PM2.5檢測體系和大氣環(huán)境污染防控的動態(tài)檢測設(shè)備的極大需求。
【專利說明】-種用于測量PM2.日的裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及環(huán)境監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種用于測量PM2. 5的裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 細(xì)顆粒物又稱PM2. 5,是指環(huán)境空氣中空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于2. 5微米的 顆粒物。細(xì)顆粒物的化學(xué)成分主要包括有機碳（0C)、元素碳巧C)、硝酸鹽、硫酸鹽、饋鹽、軸 鹽（化+)等。它能較長時間息浮于空氣中，其在空氣中含量濃度越高，就代表空氣污染越嚴(yán) 重。雖然PM2. 5只是地球大氣成分中含量很少的組分，但它對空氣質(zhì)量和能見度等有重要 的影響。與較粗的大氣顆粒物相比，PM2. 5粒徑小，面積大，活性強，易附帶有毒、有害物質(zhì) (例如，重金屬、微生物等），且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠(yuǎn)，因而對人體健康和大 氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。
[0003] 為了更有效地監(jiān)測隨著工業(yè)化日益發(fā)達而出現(xiàn)的、在舊標(biāo)準(zhǔn)中被忽略的對人體有 害的細(xì)小顆粒物。PM2. 5指數(shù)已經(jīng)成為一個重要的測控空氣污染程度的指數(shù)。除美國和歐盟 一些國家將PM2. 5納入國標(biāo)并進行強制性限制外，世界上大部分國家都還未開展對PM2. 5 的監(jiān)測，大多通行對PM10進行監(jiān)測。
[0004] 目前H種主流的檢測PM2. 5方法有振蕩天平法，該方法定量關(guān)系明確，缺點是測 定結(jié)果被認(rèn)為偏低，需要加裝膜動態(tài)測量系統(tǒng)（Filter Dynamic Measurement System，）對 偏低的結(jié)果進行校準(zhǔn)；目射線法，該一方法是基于兩個假設(shè)，其一是儀器的石英采樣濾膜 條帶均一，其二是采集下來的PM2. 5粒子物理特性均一，對目射線強度衰減率相同。而上述 兩個在現(xiàn)實條件下，假設(shè)往往并不成立，因此測定數(shù)據(jù)一般被認(rèn)為也存在偏差；光散射法， 主要測量PM2. 5的數(shù)量濃度，關(guān)注的是PM2. 5的個數(shù)，因此主要用于氣象部口的能見度監(jiān)測 研究。而如果將數(shù)量濃度轉(zhuǎn)化為環(huán)保部口所需的質(zhì)量濃度，其準(zhǔn)確度將會大幅下降。因此， 環(huán)保部口很少采用該種方法。上述H種方法操作都比較復(fù)雜，測量結(jié)果都需要使用濾膜稱 重法進行校準(zhǔn)，且儀器造價昂貴。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種用于測量PM2. 5的裝置及方 法，依據(jù)密立根靜態(tài)油滴實驗測量PM2. 5顆粒所包含的所有元電荷質(zhì)量，W所有元電荷質(zhì) 量之和作為PM2. 5顆粒重量，該方法檢測精度和效率高，成本較低，操作簡單。
[0006] 著名的密立根靜態(tài)油滴實驗所噴油滴直徑為1. 2-2. Oum時測量效果最好，可W 精確測量出元電荷，而PM2. 5指當(dāng)量直徑《2. 5 y m的顆粒，兩者尺度非常接近。由此可 結(jié)合密立根油滴實驗的思想對PM2. 5進行測量。此方法簡單易行；密立根實驗可W測出 10'（-19)數(shù)量級的元電荷電量，利用靜態(tài)法能達到較高的PM2. 5精度。
[0007] -種用于測量PM2. 5的裝置，包括粒子源發(fā)射單元、平行極板對、極板電壓調(diào)節(jié)單 元、電流測量單元W及CCD監(jiān)控單元；
[0008] 所述粒子源發(fā)射單元位于平行極板對的中間，輸入端與PM2. 5切割頭的輸出端相 連，輸出端將經(jīng)PM2. 5切割頭切割后的顆粒打入平行極板對形成的電場中；
[0009] 所述CCD監(jiān)控單元獲取平行極板對間的圖像。
[0010] 一種用于測量PM2. 5的方法，采用上述的一種用于測量PM2. 5的裝置，具體步驟如 下：
[0011] 步驟1 ;將待測空氣輸入PM2. 5切割頭，經(jīng)PM2. 5切割頭切割后得到的PM2. 5顆粒 相互碰撞后帶電分離開，從粒子源發(fā)射單元打入平行極板對中；
[0012] 步驟2 ;利用極板電壓調(diào)節(jié)單元，在平行極板對上加載電壓，使得所有帶電的 PM2. 5顆粒按正負(fù)極性分別聚集在平行極板上；
[0013] 步驟3 ;加載在平行極板對上的電壓從0開始逐漸遞增，同時，從CCD監(jiān)控單元觀 測平行極板對中的息浮顆粒，直到無法再從CCD監(jiān)控單元中觀測到息浮顆粒時，停止增加 平行極板對上的電壓；
[0014] 每次出現(xiàn)息浮顆粒時，記錄加載在平行極板對上的電壓后，將電場撤去；
[0015] 利用電流測量單元測量平行極板對上的電流I，計算產(chǎn)生電流對應(yīng)的電荷量化，Qi =/ I化；
[0016] 基于平行極板對之間的電場強度Ei，得到對應(yīng)的顆粒質(zhì)量，
[0017] 將所有的顆粒質(zhì)量求和得到待測空氣中的所有PM2. 5顆粒的質(zhì)i

【權(quán)利要求】
1. 一種用于測量PM2. 5的裝置，其特征在于，包括粒子源發(fā)射單元、平行極板對、極板 電壓調(diào)節(jié)單元、電流測量單元以及CCD監(jiān)控單元； 所述粒子源發(fā)射單元位于平行極板對的中間，輸入端與PM2. 5切割頭的輸出端相連， 輸出端將經(jīng)PM2. 5切割頭切割后的顆粒打入平行極板對形成的電場中； 所述CCD監(jiān)控單元獲取平行極板對間的圖像。
2. -種用于測量PM2. 5的方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1所述的一種用于測量 PM2. 5的裝置，具體步驟如下： 步驟1 :將待測空氣輸入PM2. 5切割頭，經(jīng)PM2. 5切割頭切割后得到的PM2. 5顆粒相互 碰撞后帶電分離開，從粒子源發(fā)射單元打入平行極板對中； 步驟2 :利用極板電壓調(diào)節(jié)單元，在平行極板對上加載電壓，使得所有帶電的PM2. 5顆 粒按正負(fù)極性分別聚集在平行極板上； 步驟3 :加載在平行極板對上的電壓從O開始逐漸遞增，同時，從C⑶監(jiān)控單元觀測平 行極板對中的懸浮顆粒，直到無法再從C⑶監(jiān)控單元中觀測到懸浮顆粒時，停止增加平行 極板對上的電壓； 每次出現(xiàn)懸浮顆粒時，記錄加載在平行極板對上的電壓后，將電場撤去； 利用電流測量單元測量平行極板對上的電流I，計算產(chǎn)生電流對應(yīng)的電荷量Qi,Qi = /Idt；
【文檔編號】G01N15/06GK104502243SQ201410833878
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月29日
【發(fā)明者】李旭軍, 曾以成, 胡偉, 龔躍球, 田前, 胡一飛, 宋福川, 候斌 申請人:湘潭大學(xué)