本發(fā)明屬于環(huán)境氣溶膠技術(shù)領(lǐng)域，特別地，涉及一種納米和微米顆粒物傳感器的校準(zhǔn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

顆粒物傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)能應(yīng)用于顆粒物傳感器或顆粒物檢測(cè)儀的校準(zhǔn)和性能評(píng)估領(lǐng)域。Emily G.Snyder等(Environ.Sci.Technol.,47:11369-11377,2013)認(rèn)為在高時(shí)空分辨率空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)模式的發(fā)展趨勢(shì)下，低成本顆粒物傳感器將發(fā)揮巨大作用，如何校準(zhǔn)該類傳感器從而得到可信的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)意義重大。

目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于顆粒物傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)的研究中，多是利用精度較高的顆粒物濃度檢測(cè)設(shè)備作為參考儀器，和待測(cè)對(duì)象同步測(cè)量一定濃度的顆粒物從而進(jìn)行校準(zhǔn)，其中，校準(zhǔn)周期長(zhǎng)是一個(gè)很普遍的問(wèn)題，如Wang Yang等(Aerosol Sci.and Tech.,49:1063-1077,2015)以及Rufus Edwards等(J.Air&Waste Manage.Assoc.,56:789-799,2006)分別對(duì)幾款市面上的顆粒物傳感器進(jìn)行評(píng)測(cè)，均是利用顆粒物自然沉降和損失的方式來(lái)改變顆粒物濃度，前者一次校準(zhǔn)需要約2.5小時(shí)。

國(guó)內(nèi)為數(shù)不多的關(guān)于顆粒物傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)的研究，由于氣溶膠發(fā)生技術(shù)單一，普遍只能進(jìn)行PM_2.5傳感器的校準(zhǔn)，如中國(guó)發(fā)明專利一種多通道PM_2.5監(jiān)測(cè)儀校準(zhǔn)裝置(公開號(hào)103674796A)；以及中國(guó)發(fā)明專利一種顆粒物傳感器標(biāo)定系統(tǒng)(公開號(hào)204831977U)和粉塵濃度在線監(jiān)測(cè)用自動(dòng)校準(zhǔn)裝置(公開號(hào)105547948A)，前者所用的氣溶膠是燃燒產(chǎn)生的碳煙，顆粒物比較特殊，應(yīng)用范圍受限，后者則缺少獨(dú)立的氣溶膠發(fā)生裝置，沒(méi)有形成校準(zhǔn)系統(tǒng)，使用相對(duì)被動(dòng)。

此外，現(xiàn)有的顆粒物傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)一次可校準(zhǔn)的顆粒物傳感器數(shù)量十分有限，例如Zohir Chowdhury等(J.Environ Monit.,9:1099-1106,2007)一次最多校準(zhǔn)19個(gè)普通規(guī)格的待測(cè)對(duì)象，同時(shí)實(shí)驗(yàn)裝置體積很大；還有中國(guó)發(fā)明專利新型直讀式粉塵濃度測(cè)量?jī)x檢定校準(zhǔn)裝置(公開號(hào)203798704U)實(shí)驗(yàn)裝置長(zhǎng)度大于4米，在盡可能小的空間里校準(zhǔn)更多的傳感器是亟待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了能夠?qū)︻w粒物傳感器進(jìn)行快速全面的評(píng)估和校準(zhǔn)，本發(fā)明提供一套含有納米和微米顆粒物發(fā)生裝置的顆粒物傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)，系統(tǒng)中將產(chǎn)生的顆粒物進(jìn)行干燥和稀釋混合處理后通入實(shí)驗(yàn)箱體中，傳感器和標(biāo)準(zhǔn)參考儀器對(duì)箱體內(nèi)的顆粒物進(jìn)行同步測(cè)量，逐時(shí)輸出測(cè)量結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)顆粒物傳感器的校準(zhǔn)。該系統(tǒng)生成的顆粒物粒徑范圍大，濃度可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，易于操作，適用于顆粒物傳感器的快速校準(zhǔn)。

此系統(tǒng)包括納米顆粒物校準(zhǔn)子系統(tǒng)和微米顆粒物校準(zhǔn)子系統(tǒng)，它們都是由顆粒物發(fā)生器、稀釋混合器、實(shí)驗(yàn)箱體及數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)構(gòu)成。

一種納米顆粒物傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)，包括過(guò)濾除水器2，第一高效過(guò)濾器3，T型三通10，納米顆粒物發(fā)生器11，第一擴(kuò)散干燥管12，第一球閥13，第二高效過(guò)濾器14，第二球閥15，轉(zhuǎn)子流量計(jì)4，Y型三通16，箱體蓋板5，實(shí)驗(yàn)箱體6，第二擴(kuò)散干燥管7，切割頭8和參考儀器9；過(guò)濾除水器2兩側(cè)均具有開口，其中入口用于壓縮空氣進(jìn)入，出口通過(guò)卡套接頭與第一高效過(guò)濾器3的入口連接；第一高效過(guò)濾器3兩側(cè)均具有開口，其中入口與過(guò)濾除水器2的出口連接，出口與T型三通10連接；T型三通10為不銹鋼卡套，入口與第一高效過(guò)濾器3的出口連接，出口一路通過(guò)卡套與納米顆粒物發(fā)生器11連接，另一路通過(guò)卡套與轉(zhuǎn)子流量計(jì)4連接；納米顆粒物發(fā)生器11具有入口和出口，其中入口與T型三通10的一路出口連接，出口通過(guò)導(dǎo)電性黑炭管與第一擴(kuò)散干燥管12連接；第一擴(kuò)散干燥管12兩側(cè)均具有開口，其中入口與納米顆粒物發(fā)生器11的出口連接，出口連接橋式稀釋器的入口；橋式稀釋器的入口通過(guò)三通分為兩路，一路為第一球閥13和第二高效過(guò)濾器14，另一路為第二球閥15，橋式稀釋器的出口通過(guò)導(dǎo)電性黑炭管與Y型三通16的第一個(gè)端口連接，橋式稀釋器可實(shí)現(xiàn)顆粒物濃度的第一級(jí)稀釋；轉(zhuǎn)子流量計(jì)4具有入口和出口，其中入口與T型三通10的另一路出口連接，出口與Y型三通16的第二個(gè)端口連接；Y型三通16的第三個(gè)端口通過(guò)箱體蓋板5與實(shí)驗(yàn)箱體6連接；實(shí)驗(yàn)箱體6具有入口和出口，其中入口通過(guò)箱體蓋板5與Y型三通16的第三個(gè)端口連接，出口通過(guò)穿板接頭和導(dǎo)電性黑炭管與第二擴(kuò)散干燥管7連接，實(shí)驗(yàn)箱體內(nèi)部放置一個(gè)箱體隔板支架6-1，箱體隔板支架6-1對(duì)稱放置一定數(shù)量的傳感器6-2，并將所有傳感器6-2的信號(hào)線連接至數(shù)據(jù)采集主板6-3；第二擴(kuò)散干燥管7具有入口和出口，其中入口與實(shí)驗(yàn)箱體6連接，出口與切割頭8連接；切割頭8具有入口和出口，其中入口與第二擴(kuò)散干燥管7的出口連接，出口與參考儀器9的入口連接；參考儀器9動(dòng)態(tài)顯示和記錄顆粒物濃度。

優(yōu)選地，所述過(guò)濾除水器2對(duì)顆粒物進(jìn)行分級(jí)粗過(guò)濾和除水處理；第一高效過(guò)濾器3對(duì)顆粒物進(jìn)行高效過(guò)濾，得到的干燥潔凈壓縮空氣；納米顆粒物發(fā)生器11產(chǎn)生的顆粒物經(jīng)過(guò)第一擴(kuò)散干燥管12干燥后得到較高濃度的納米級(jí)顆粒物；橋式稀釋器實(shí)現(xiàn)顆粒物濃度的第一級(jí)稀釋；Y型三通16實(shí)現(xiàn)顆粒物濃度的第二級(jí)稀釋；切割頭8采用機(jī)械撞擊的原理，去除已知粒徑大小之上的顆粒物。

優(yōu)選地，納米顆粒物發(fā)生器11內(nèi)的溶質(zhì)通常選用NaCl與高純水配制固定濃度的溶液。

優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子流量計(jì)的調(diào)節(jié)范圍為2L·min-1～30L·min-1。

優(yōu)選地，實(shí)驗(yàn)箱體6的材質(zhì)為不銹鋼，且與顆粒物相關(guān)氣路部分均由不銹鋼接頭與導(dǎo)電性黑炭管組成，以減少顆粒物的氣路損失和器壁損失；實(shí)驗(yàn)箱體6為的微正壓環(huán)境，以防止外界顆粒物進(jìn)入實(shí)驗(yàn)箱體6，保證系統(tǒng)工作的可靠性。

優(yōu)選地，通過(guò)調(diào)節(jié)第一球閥13和第二球閥15的開度，可以調(diào)節(jié)氣路阻力分配比，從而調(diào)節(jié)稀釋比例。

一種微米顆粒物傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)，包括過(guò)濾除水器2，第一高效過(guò)濾器3，轉(zhuǎn)子流量計(jì)4，超聲霧化器18，混合器19，精密注射器20，注射器控制器21，超聲能量計(jì)22，混合干燥通道23，箱體蓋板5，實(shí)驗(yàn)箱體6，第二擴(kuò)散干燥管7，切割頭8和參考儀器9；過(guò)濾除水器2兩側(cè)均具有開口，其中入口用于壓縮空氣進(jìn)入，出口通過(guò)卡套接頭與硅膠干燥管17的入口連接；硅膠干燥管17兩側(cè)均具有開口，其中入口與過(guò)濾除水器2的出口連接，出口與第一高效過(guò)濾器3連接；第一高效過(guò)濾器3兩側(cè)均具有開口，其中入口與硅膠干燥管17的出口連接，出口與轉(zhuǎn)子流量計(jì)4連接；轉(zhuǎn)子流量計(jì)4具有入口和出口，其中入口與第一高效過(guò)濾器3的出口連接，出口與混合器19連接；混合器19具有鞘氣入口、氣溶膠入口，其中鞘氣入口與轉(zhuǎn)子流量計(jì)4的出口連接，氣溶膠入口通過(guò)O圈密封的形式連接超聲霧化器18；混合器19的出口連接混合干燥通道23，混合干燥通道具有上窄下寬的設(shè)計(jì)，混合干燥通道23的下端通過(guò)箱體蓋板5與實(shí)驗(yàn)箱體6連接；實(shí)驗(yàn)箱體6具有入口和出口，其中入口通過(guò)箱體蓋板5與Y型三通16的第三個(gè)端口連接，出口的一部分通過(guò)穿板接頭和導(dǎo)電性黑炭管與第二擴(kuò)散干燥管7連接，另一部分多余氣體通過(guò)實(shí)驗(yàn)箱體下部的排氣小孔排出，實(shí)驗(yàn)箱體內(nèi)部放置一個(gè)箱體隔板支架6-1，箱體隔板支架6-1對(duì)稱放置一定數(shù)量的傳感器6-2，并將所有傳感器6-2的信號(hào)線連接至數(shù)據(jù)采集主板6-3；第二擴(kuò)散干燥管7具有入口和出口，其中入口與實(shí)驗(yàn)箱體6連接，出口與切割頭8連接；切割頭8具有入口和出口，其中入口與第二擴(kuò)散干燥管7的出口連接，出口與參考儀器9的入口連接；參考儀器9動(dòng)態(tài)顯示和記錄顆粒物濃度。

優(yōu)選地，過(guò)濾除水器2對(duì)顆粒物進(jìn)行分級(jí)粗過(guò)濾和除水處理；硅膠干燥管17對(duì)顆粒物進(jìn)行再次干燥，確保出口為無(wú)顆粒物的干燥載氣。

優(yōu)選地，超聲霧化器18的溶液由精密注射器20和注射器控制器21來(lái)調(diào)控，注射流量可通過(guò)界面進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，超聲霧化器18的能量供應(yīng)是由超聲能量計(jì)22來(lái)提供，功率一般設(shè)置為1W。

一種采用校準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行傳感器校準(zhǔn)的方法，包括以下步驟，

1、將傳感器6-2對(duì)稱擺放在箱體隔板支架6-1上，將每個(gè)傳感器數(shù)據(jù)線連接至數(shù)據(jù)采集主板6-3，數(shù)據(jù)采集主板位于箱體隔板支架6-1中間位置，將數(shù)據(jù)采集主板的串口通信接口連接至電腦，接通數(shù)據(jù)采集主板電源，檢查當(dāng)前實(shí)驗(yàn)條件下大氣顆粒物實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)是否正常；

2、關(guān)閉實(shí)驗(yàn)箱體6，往實(shí)驗(yàn)箱體6內(nèi)通入干燥潔凈空氣，一是可對(duì)傳感器6-2進(jìn)行清零校準(zhǔn)，二是排空實(shí)驗(yàn)箱體內(nèi)的大氣顆粒物，保證箱體內(nèi)無(wú)其它顆粒物影響后續(xù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，三是使得箱體內(nèi)濕度達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的干燥水平，同時(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中盡量保證箱體外大環(huán)境溫度無(wú)較大波動(dòng)，待清零完畢、溫濕度等條件達(dá)到穩(wěn)定水平，可開始產(chǎn)生顆粒物；

3、往實(shí)驗(yàn)箱體6內(nèi)通入顆粒物，顆粒物濃度急劇上升，當(dāng)箱體濃度達(dá)到傳感器6-2測(cè)量上限時(shí)，逐漸增大稀釋比，使實(shí)驗(yàn)箱體6內(nèi)顆粒物濃度逐漸下降，對(duì)比參考儀器和所測(cè)傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)；當(dāng)顆粒物濃度降至接近零時(shí)，可關(guān)閉顆粒物發(fā)生器；

4、加大鞘氣流量，對(duì)傳感器6-2進(jìn)行再清零操作，確保零點(diǎn)可重復(fù)性；

5、對(duì)電腦端采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，給出校準(zhǔn)結(jié)果。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)及突出性效果：具備納米級(jí)、微米級(jí)顆粒物發(fā)生器，可對(duì)PM_1.0，PM_2.5，PM₁₀等顆粒物傳感器進(jìn)行評(píng)估與校準(zhǔn)；對(duì)于測(cè)量不同粒徑范圍的顆粒物傳感器，采用相應(yīng)的顆粒物發(fā)生器產(chǎn)生多分散顆粒物；校準(zhǔn)時(shí)在實(shí)驗(yàn)箱體內(nèi)對(duì)稱分布傳感器，通過(guò)調(diào)節(jié)不同的流量稀釋比進(jìn)行顆粒物濃度的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)顆粒物傳感器的快速標(biāo)定，提高了校準(zhǔn)效率；傳感器的測(cè)量數(shù)值通過(guò)數(shù)據(jù)采集主板進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，上傳至服務(wù)端進(jìn)行存儲(chǔ)分析；另外，此系統(tǒng)操作靈活方便，通過(guò)改變不同球閥的開度，可以對(duì)顆粒物濃度實(shí)現(xiàn)粗調(diào)和細(xì)調(diào)；系統(tǒng)在各管道連接中均采用了卡套連接，實(shí)驗(yàn)箱體與混合裝置的連接處采用橡膠圈進(jìn)行密封，保證了管路的密封性；實(shí)驗(yàn)箱體保持微正壓的測(cè)試環(huán)境，使得實(shí)驗(yàn)環(huán)境免受外界環(huán)境的影響。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的含有納米顆粒物發(fā)生裝置的顆粒物傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的含有微米顆粒物發(fā)生裝置的顆粒物傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的顆粒物傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)箱體內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

標(biāo)號(hào)說(shuō)明：1－壓縮空氣，2－過(guò)濾除水器，3－第一高效過(guò)濾器，4－轉(zhuǎn)子流量計(jì)，5－箱體蓋板，6-實(shí)驗(yàn)箱體，6-1－箱體隔板支架，6-2－傳感器，6-3－數(shù)據(jù)采集主板，6-4－，7-第二擴(kuò)散干燥管，8-切割頭，9-參考儀器，10-T型三通，11-納米顆粒物發(fā)生器，12-第一擴(kuò)散干燥管，13-第一球閥，14-第二高效過(guò)濾器，15-第二球閥，16-Y型三通，17-硅膠干燥管，18-超聲霧化器，19-混合器，20-精密注射器，21-注射器控制器，22-超聲能量計(jì)，23-混合干燥通道。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，一種含有納米顆粒物發(fā)生裝置的顆粒物傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)，包括過(guò)濾除水器2，第一高效過(guò)濾器3，T型三通10，納米顆粒物發(fā)生器11，第一擴(kuò)散干燥管12，第一球閥13，第二高效過(guò)濾器14，第二球閥15，轉(zhuǎn)子流量計(jì)4，Y型三通16，箱體蓋板5，實(shí)驗(yàn)箱體6，第二擴(kuò)散干燥管7，切割頭8和參考儀器9。其中，

過(guò)濾除水器2兩側(cè)均具有開口，其中入口用于壓縮空氣進(jìn)入，出口通過(guò)3/8英寸的卡套接頭與第一高效過(guò)濾器3的入口連接，過(guò)濾除水器2可對(duì)顆粒物進(jìn)行分級(jí)粗過(guò)濾和除水處理。

第一高效過(guò)濾器3兩側(cè)均具有開口，其中入口與過(guò)濾除水器2的出口連接，出口尺寸為1/4英寸，與T型三通10連接，第一高效過(guò)濾器3可對(duì)顆粒物進(jìn)行高效過(guò)濾。T型三通10為1/4英寸的不銹鋼卡套，入口與第一高效過(guò)濾器3的出口連接，出口一路通過(guò)1/4英寸的尼龍卡套與納米顆粒物發(fā)生器11連接，另一路通過(guò)特氟龍管與轉(zhuǎn)子流量計(jì)4連接。

納米顆粒物發(fā)生器11具有入口和出口，其中入口與T型三通10的一路出口連接，出口通過(guò)3/8英寸內(nèi)徑的導(dǎo)電性黑炭管與第一擴(kuò)散干燥管12連接。納米顆粒物發(fā)生器11內(nèi)的溶液通常選用NaCl與高純水配制固定濃度的溶液。

經(jīng)過(guò)過(guò)濾除水器2、第一高效過(guò)濾器3，T型三通10連接納米顆粒物發(fā)生器11的一路為載氣氣路。

第一擴(kuò)散干燥管12兩側(cè)均具有開口，其中入口與納米顆粒物發(fā)生器11的出口連接，出口連接橋式稀釋器的入口，經(jīng)過(guò)干燥后得到較高濃度的納米級(jí)顆粒物。

橋式稀釋器的入口通過(guò)三通分為兩路，一路為第一球閥13和第二高效過(guò)濾器14，另一路為第二球閥15，橋式稀釋器的出口通過(guò)導(dǎo)電性黑炭管與Y型三通16的第一個(gè)端口連接。橋式稀釋器可實(shí)現(xiàn)顆粒物濃度的第一級(jí)稀釋。

經(jīng)過(guò)納米顆粒物發(fā)生器11、第一擴(kuò)散干燥管12、第一球閥13、第二高效過(guò)濾器14和第二球閥15的為氣溶膠氣路。

轉(zhuǎn)子流量計(jì)4具有入口和出口，其中入口與T型三通10的另一路出口連接，出口與Y型三通16的第二個(gè)端口連接。轉(zhuǎn)子流量計(jì)4的調(diào)節(jié)范圍為2L·min-1～30L·min-1。

經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)子流量計(jì)4的為鞘氣氣路。

Y型三通16的第三個(gè)端口通過(guò)箱體蓋板5與實(shí)驗(yàn)箱體6連接，Y型三通16部分開始對(duì)顆粒物濃度進(jìn)行第二級(jí)稀釋。

箱體蓋板5直徑為100mm，通過(guò)密封膠墊，將實(shí)驗(yàn)箱體6與Y型三通16的接口轉(zhuǎn)為3/8英寸接口。

實(shí)驗(yàn)箱體6具有入口和出口，其中入口通過(guò)箱體蓋板5與Y型三通16的第三個(gè)端口連接，出口通過(guò)穿板接頭和導(dǎo)電性黑炭管與第二擴(kuò)散干燥管7連接。實(shí)驗(yàn)箱體6尺寸為60*60*70cm，在距離底部25cm高度處放置一個(gè)箱體隔板支架6-1，箱體隔板支架6-1對(duì)稱放置一定數(shù)量的傳感器6-2，并將所有傳感器6-2的信號(hào)線連接至數(shù)據(jù)采集主板6-3。實(shí)驗(yàn)箱體6的材質(zhì)為不銹鋼，且與顆粒物相關(guān)氣路部分均由不銹鋼接頭與導(dǎo)電性黑炭管組成，以減少顆粒物的氣路損失和器壁損失。實(shí)驗(yàn)箱體6為的微正壓環(huán)境，以防止外界顆粒物進(jìn)入實(shí)驗(yàn)箱體6，保證系統(tǒng)工作的可靠性。

第二擴(kuò)散干燥管7具有入口和出口，其中入口與實(shí)驗(yàn)箱體6連接，出口與切割頭8連接。

切割頭8具有入口和出口，其中入口與第二擴(kuò)散干燥管7的出口連接，出口與參考儀器9的入口連接。切割頭8采用機(jī)械撞擊的原理，可去除掉已知粒徑大小之上的顆粒物。

參考儀器9選用測(cè)量精度高、穩(wěn)定性好、可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示和記錄顆粒物濃度的儀器。

該校準(zhǔn)系統(tǒng)的工作原理如下所述。

將載氣連接納米顆粒物發(fā)生器11的入口，通過(guò)收縮小孔加速氣流產(chǎn)生負(fù)壓，將納米顆粒物發(fā)生器11中配置的溶液通過(guò)細(xì)管進(jìn)行抽吸，高速氣流將抽吸到的溶液進(jìn)行沖擊破碎得到分散的小液滴后，隨載氣通過(guò)納米顆粒物發(fā)生器11的出口噴出，后流經(jīng)第一擴(kuò)散干燥管12，第一擴(kuò)散干燥管12為中空的不銹鋼絲網(wǎng)通道，通過(guò)外圍的變色硅膠對(duì)產(chǎn)生的顆粒物進(jìn)行擴(kuò)散吸濕干燥，得到干燥的納米級(jí)顆粒物。

壓縮空氣1首先經(jīng)過(guò)過(guò)濾除水器2進(jìn)行分級(jí)粗過(guò)濾和除水處理，然后經(jīng)過(guò)第一高效過(guò)濾器3進(jìn)行高效過(guò)濾，得到的干燥潔凈壓縮空氣，經(jīng)T型三通10后分別進(jìn)入載氣氣路與鞘氣氣路。壓縮空氣1的氣壓可調(diào)，范圍為2-4個(gè)大氣壓，一般設(shè)置為2個(gè)大氣壓。

將載氣連接納米顆粒物發(fā)生器11的入口，通過(guò)收縮小孔加速氣流產(chǎn)生負(fù)壓，將納米顆粒物發(fā)生器11中配置的溶液通過(guò)細(xì)管進(jìn)行抽吸，高速氣流將抽吸到的溶液進(jìn)行沖擊破碎得到分散的小液滴后，隨載氣通過(guò)納米顆粒物發(fā)生器11的出口噴出后流經(jīng)第一擴(kuò)散干燥管12，第一擴(kuò)散干燥管12為中空的不銹鋼絲網(wǎng)通道，通過(guò)外圍的變色硅膠對(duì)產(chǎn)生的顆粒物進(jìn)行擴(kuò)散吸濕干燥，得到干燥的納米級(jí)顆粒物。

通常納米顆粒物發(fā)生器11產(chǎn)生的顆粒物數(shù)濃度較高，需經(jīng)過(guò)橋式稀釋器對(duì)納米顆粒物進(jìn)行第一級(jí)稀釋。該橋式稀釋器由兩路氣流組成，第一路氣流經(jīng)第一球閥13和第二高效過(guò)濾器14，顆粒物被變成潔凈無(wú)顆粒物的稀釋氣，第二路為經(jīng)過(guò)第二球閥15的顆粒物。通過(guò)調(diào)節(jié)第一球閥13和第二球閥15的開度，可以調(diào)節(jié)氣路阻力分配比，從而調(diào)節(jié)稀釋比例。

第二級(jí)稀釋是經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)子流量計(jì)4的鞘氣氣路，通過(guò)Y型三通16與橋式稀釋器輸出的顆粒物進(jìn)行稀釋混合得到的，稀釋后的顆粒物通過(guò)箱體蓋板5注入實(shí)驗(yàn)箱體6。

如圖3所示，箱體隔板支架6-1的外部呈四邊形結(jié)構(gòu)，放置在距實(shí)驗(yàn)箱體6底部的固定高度，起到水平支撐作用；內(nèi)部呈八邊形結(jié)構(gòu)，用于安裝傳感器6-2和數(shù)據(jù)采集主板6-3，八邊形結(jié)構(gòu)盡可能的保證所有傳感器6-2之間的對(duì)等性和位置無(wú)關(guān)性。一般情況下，傳感器6-2布置在八邊形的外邊緣支撐板上，市面上普通大小的傳感器每邊可放置4個(gè)，所以一次可測(cè)量32個(gè)傳感器6-2。數(shù)據(jù)采集主板6-3安裝在八邊形的內(nèi)部區(qū)域，一是方便傳感器6-2的數(shù)據(jù)通信連接，二是顆粒物和氣流的分布流動(dòng)上較為均勻。將每個(gè)傳感器6-2的信號(hào)連接至數(shù)據(jù)采集主板6-3進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集間隔約為1秒；同時(shí)數(shù)據(jù)采集主板6-3上安裝有溫濕度傳感器，可對(duì)箱體內(nèi)的溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；數(shù)據(jù)采集主板6-3將所有采集到的信息進(jìn)行綜合處理后，通過(guò)RS232C串行通信接口發(fā)送給外部電腦主機(jī)，進(jìn)行曲線顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和校準(zhǔn)分析。

部分氣流由具有導(dǎo)電性的黑炭管將實(shí)驗(yàn)箱體6內(nèi)的顆粒物引出箱體，通過(guò)第二擴(kuò)散干燥管7，進(jìn)入帶有切割頭8的參考儀器9，實(shí)現(xiàn)參考儀器9和待測(cè)顆粒物傳感器6-2同步測(cè)量；實(shí)驗(yàn)箱體內(nèi)多余氣體通過(guò)箱體底部的排氣小孔排出。

納米顆粒物校準(zhǔn)子系統(tǒng)中，由于納米顆粒物發(fā)生器11產(chǎn)生的顆粒物的中值粒徑通常在40-100nm之間，最大顆粒物粒徑稍小于2.5um，非常適合于PM_1.0、PM_2.5傳感器的標(biāo)定；同時(shí)通過(guò)配置不同溶質(zhì)的溶液，可研究顆粒物傳感器對(duì)不同化學(xué)種類的顆粒物的響應(yīng)情況；由納米顆粒物發(fā)生器11產(chǎn)生的顆粒物濃度較高，流量為4-6升/分鐘，通過(guò)橋式稀釋器進(jìn)行初步稀釋后，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)子流量計(jì)4和Y型三通16進(jìn)行二次稀釋，轉(zhuǎn)子流量計(jì)4的設(shè)定流量通常為15-30升/分鐘，在對(duì)顆粒物濃度進(jìn)行稀釋的同時(shí)，增大了顆粒物載氣的流量，從而縮短實(shí)驗(yàn)箱體6內(nèi)顆粒物濃度調(diào)節(jié)時(shí)間。

如圖2所示，一種含有微米顆粒物發(fā)生裝置的顆粒物傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)，包括過(guò)濾除水器2，，第一高效過(guò)濾器3，轉(zhuǎn)子流量計(jì)4，超聲霧化器18，混合器19，精密注射器20，注射器控制器21，超聲能量計(jì)22，混合干燥通道23，箱體蓋板5，實(shí)驗(yàn)箱體6，第二擴(kuò)散干燥管7，切割頭8和參考儀器9。其中，

過(guò)濾除水器2兩側(cè)均具有開口，其中入口用于壓縮空氣進(jìn)入，出口通過(guò)3/8英寸的卡套接頭與硅膠干燥管17的入口連接，過(guò)濾除水器2可對(duì)顆粒物進(jìn)行分級(jí)粗過(guò)濾和除水處理。

硅膠干燥管17兩側(cè)均具有開口，其中入口與過(guò)濾除水器2的出口連接，出口與第一高效過(guò)濾器3連接，硅膠干燥管17對(duì)顆粒物進(jìn)行再次干燥，確保出口為無(wú)顆粒物的干燥載氣。

第一高效過(guò)濾器3兩側(cè)均具有開口，其中入口與硅膠干燥管17的出口連接，出口與轉(zhuǎn)子流量計(jì)4連接。

轉(zhuǎn)子流量計(jì)4具有入口和出口，其中入口與第一高效過(guò)濾器3的出口連接，出口與混合器19連接。轉(zhuǎn)子流量計(jì)的調(diào)節(jié)范圍為2L·min-1～30L·min-1。

混合器19具有鞘氣入口、氣溶膠入口。其中鞘氣入口與轉(zhuǎn)子流量計(jì)4的出口連接，氣溶膠入口通過(guò)O圈密封的形式連接超聲霧化器18。

混合干燥通道23具有入口和出口，具有上窄下寬的設(shè)計(jì)，上端入口連接混合器19，下端出口通過(guò)箱體蓋板5與實(shí)驗(yàn)箱體6連接。

超聲霧化器18的溶液由精密注射器20和注射器控制器21來(lái)調(diào)控，注射流量可通過(guò)界面進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，超聲霧化器18的能量供應(yīng)是由超聲能量計(jì)22來(lái)提供，通常功率設(shè)置為1W。

實(shí)驗(yàn)箱體6、參考儀器9的設(shè)置、連接方式以及作用與含有納米顆粒物發(fā)生裝置的顆粒物傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)中的部件相同，在此不再贅述。

該校準(zhǔn)系統(tǒng)的工作原理如下所述。

微米級(jí)顆粒物發(fā)生器的原理是利用超聲振動(dòng)的能量將某溶質(zhì)的溶液分散成細(xì)小的水霧，經(jīng)由鞘氣干燥后，蒸發(fā)掉液滴表面的溶劑，形成具有穩(wěn)定的特定粒徑分布的多分散性顆粒物。

壓縮空氣1首先經(jīng)過(guò)過(guò)濾除水器2進(jìn)行分級(jí)粗過(guò)濾和除水處理，然后經(jīng)過(guò)硅膠干燥管17進(jìn)行再次干燥，保證壓縮空氣1具有足夠的干燥度，后經(jīng)第一高效過(guò)濾器3進(jìn)行高效過(guò)濾，得到的干燥潔凈壓縮空氣1，通過(guò)轉(zhuǎn)子流量計(jì)4控制鞘氣流量大小后連接混合器19的鞘氣入口。混合器19的氣溶膠入口連接超聲霧化器18，超聲霧化器18的溶液由精密注射器20和注射器控制器21來(lái)調(diào)控，注射流量可通過(guò)界面進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。超聲霧化器18的能量供應(yīng)是由超聲能量計(jì)22來(lái)提供，通常功率設(shè)置為1W。

混合器19的混合口徑逐漸縮小，使得鞘氣在縮口處加速形成湍流，使混合更加充分；與此同時(shí)，上窄下寬的混合干燥通道23可延長(zhǎng)液滴的停留時(shí)間，使顆粒物得到充分干燥，鞘氣的環(huán)抱進(jìn)氣方式同時(shí)可以保護(hù)顆粒物，減少顆粒物的碰壁損失。

實(shí)驗(yàn)箱體6、第二擴(kuò)散干燥管7、切割頭8以及參考儀器9部分與含有納米顆粒物發(fā)生裝置的顆粒物傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)相同。

校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程簡(jiǎn)單，整個(gè)過(guò)程大概時(shí)間為1小時(shí)，基本可分為五步：

1、將傳感器6-2對(duì)稱擺放在箱體隔板支架6-1上，將每個(gè)傳感器數(shù)據(jù)線連接至數(shù)據(jù)采集主板6-3，數(shù)據(jù)采集主板位于箱體隔板支架6-1中間位置，將數(shù)據(jù)采集主板的串口通信接口連接至電腦，接通數(shù)據(jù)采集主板電源，檢查當(dāng)前實(shí)驗(yàn)條件下大氣顆粒物實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)是否正常；

2、關(guān)閉實(shí)驗(yàn)箱體6，往實(shí)驗(yàn)箱體6內(nèi)通入干燥潔凈空氣，一是可對(duì)傳感器6-2進(jìn)行清零校準(zhǔn)，二是排空實(shí)驗(yàn)箱體內(nèi)的大氣顆粒物，保證箱體內(nèi)無(wú)其它顆粒物影響后續(xù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，三是使得箱體內(nèi)濕度達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的干燥水平，同時(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中盡量保證箱體外大環(huán)境溫度無(wú)較大波動(dòng)，待清零完畢、溫濕度等條件達(dá)到穩(wěn)定水平，可開始產(chǎn)生顆粒物；

3、往實(shí)驗(yàn)箱體6內(nèi)通入顆粒物，顆粒物濃度急劇上升，當(dāng)箱體濃度達(dá)到傳感器6-2測(cè)量上限時(shí)，逐漸增大稀釋比，使實(shí)驗(yàn)箱體6內(nèi)顆粒物濃度逐漸下降，對(duì)比參考儀器和所測(cè)傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)；當(dāng)顆粒物濃度降至接近零時(shí)，可關(guān)閉顆粒物發(fā)生器；

4、加大鞘氣流量，對(duì)傳感器6-2進(jìn)行再清零操作，確保零點(diǎn)可重復(fù)性；

5、對(duì)電腦端采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，給出校準(zhǔn)結(jié)果。

最后需要指出的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制。盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。