本发明公开了一种大气颗粒物监测装置,该装置包括鼓风机、干燥室、分散室、缓冲罐和分级室,鼓风机通过第一进气管与干燥室相连,所述的第一进气管上安装有第一阀门和流量计,干燥室通过第二进气管与分散室相连,使颗粒物带负电的电极均匀分布在分散室壁上,分散室的下端出口连通缓冲罐,缓冲罐的下端出口连通分级室,分级室上的第二金属板连接电源形成均匀分布的匀强电场,分级室底部设有三个收集器,其中,收集器中的电子天平依次连接电脑和警报装置,本发明能同时监测大气中PM
1.一种大气颗粒物监测装置,包括鼓风机(1)、干燥室(5)、分散室(7)、缓冲罐(10)和分级室(13),其特征在于,所述的鼓风机(1)通过第一进气管(4)与干燥室(5)相连,所述的第一进气管(4)上安装有第一阀门(2)和流量计(3),所述的流量计(3)中安装有无线传输模块,干燥室(5)连通第二进气管(6),所述的第二进气管(6)的出气口连通分散室(7)的顶部中心,所述的分散室(7)上半部为密封的圆筒形,下半部为漏斗形,使颗粒物带负电的电极(8)均匀分布在分散室(7)壁上,分散室(7)的下端出口连通缓冲罐(10),所述的缓冲罐(10)上半部为密封的圆筒形,下半部为漏斗形,缓冲罐(10)的上半部内侧面的顶部和四周覆盖有第一金属板(11),所述的第一金属板(11)与第一负电源(12)连接,缓冲罐(10)的下端出口连接至分级室(13)的左侧入口,所述的分级室(13)为密闭的长方体结构,且四面透明,所述的分级室(13)的左内侧壁面和右内侧壁面均覆盖有第二金属板(14),所述的分级室(13)左内侧壁面的第二金属板(14)和右内侧壁面的第二金属板(14)分别连接电源(15)形成均匀分布的匀强电场,分级室(13)的底侧壁的顶面上设有三个从左到右依次相连的孔,所述的孔的横截面呈倒八字形,所述的孔的下部安装有收集器,收集器由绝缘板(16)和电子天平(19)构成,所述的绝缘板(16)一个侧面贴在分级室(13)底侧壁上的孔的侧面,绝缘板(16)的另一个侧面上贴有第三金属板(17),所述的第三金属板(17)与第三负电源(18)连接,电子天平(19)通过信号线依次连接电脑(20)和警报装置(21)。
2.根据权利要求1所述的一种大气颗粒物监测装置,其特征在于,所述的鼓风机(1)进气口处设置第一滤网(22),所述的第一滤网(22)为150目滤网。
3.根据权利要求1所述的一种大气颗粒物监测装置,其特征在于,所述的干燥室(5)、分散室(7)、缓冲罐(10)和分级室(13)的内壁表面粗糙度小于2.5μm,内部腔体中各部位的夹角平滑过渡、无死角。
4.根据权利要求1所述的一种大气颗粒物监测装置,其特征在于,所述的干燥室(5)的温度为10°C-100°C。
5.根据权利要求1所述的一种大气颗粒物监测装置,其特征在于,所述的分散室(7)四周每隔90°有一组五个电极(8),电极并联接到峰值电压为25KV-35KV,脉冲频率100Hz-300Hz的高压负脉冲电源(9)上。
6.根据权利要求1所述的一种大气颗粒物监测装置,其特征在于,所述的第一金属板(11)与第一负电源(12)连接,所述的第一负电源(12)的电压为5KV-12KV。
7.根据权利要求1所述的一种大气颗粒物监测装置,其特征在于,所述的绝缘板(16)和第三金属板(17)的下部均开有长方形的出气孔,所述的出气孔到分级室(13)前侧壁的距离与出气孔到分级室(13)后侧壁的距离相等,出气孔位于电子天平(19)的上部,出气孔中安装有第二滤网(23),所述的第二滤网(23)从内到外依次是金属滤网(232)、聚四氟乙烯滤膜(231)和石英纤维层(233),所述的聚四氟乙烯滤膜(231)的孔径为0.05μm-10μm,所述的石英纤维层(233)的孔径为0.7μm-10μm,所述的金属滤网(232)并联接到第三负电源(18)。
8.根据权利要求1所述的一种大气颗粒物监测装置,其特征在于,所述的分级室(13)的底部通过螺钉固定连接有盖板(25),盖板(25)和分级室(13)之间设有橡胶垫(24),所述的盖板(25)的顶面设有与收集器对应的三个长方形孔,所述的电子天平(19)放置在长方形孔中,所述的电子天平(19)呈长方形,电子天平(19)的上部设有长方型的秤物板(28),所述的秤物板(28)为绝缘体,所述的秤物板(28)的中心处开设凹槽,凹槽内部贴有正方形的金属片(29),秤物板(28)的上平面与金属片(29)的上平面在同一平面上,所述的金属片(29)接地,绝缘板(16)的下部与秤物板(28)的侧面相接,绝缘板(16)的下部的出气孔通过管道(27)与外界大气连通,所述的管道(27)上设有第二阀门(26)。
9.根据权利要求1所述的一种大气颗粒物监测装置,其特征在于,所述的电脑(20)中安装有对数据进行处理的控制器,所述的控制器从电子天平(19)获得24h内收集器收集的0μm-2.5μm、2.5μm-10μm(不包含2.5μm)和10μm-100μm(不包含10μm)颗粒物的质量,控制器通过无线网络与流量计(3)上的无线传输模块进行通信获得流量计(3)的进气流速,经数据处理后即可得到PM_2.5、PM₁₀和TSP的质量浓度,警报装置(21)通过数据线与电脑(20)的控制器连接,警报装置(21)根据电脑(20)的控制器传输的PM_2.5、PM₁₀和TSP的质量浓度,显示不同颜色的警报灯。
10.根据权利要求1或9所述的一种大气颗粒物监测装置,其特征在于,所述的警报装置(21)在PM_2.5质量浓度平均值不高于35μg/m3时,显示绿色警报灯;在PM_2.5质量浓度平均值在35μg/m3-75μg/m3(包含75μg/m3)时,显示黄色警报灯;在PM_2.5质量浓度平均值大于浓度限值75μg/m3时,显示红色警报灯;所述的警报装置(21)在PM₁₀质量浓度平均值不高于50μg/m3时,显示绿色警报灯;在PM₁₀质量浓度平均值在50μg/m3-150μg/m3(包含150μg/m3)时,显示黄色警报灯;在PM₁₀质量浓度平均值大于150μg/m3时,显示红色警报灯;警报装置(21)在TSP质量浓度平均值不高于120μg/m3时,显示绿色警报灯;在TSP质量浓度平均值在120μg/m3-300μg/m3(包含300μg/m3)时,显示黄色警报灯;在TSP质量浓度平均值大于300μg/m3时,显示红色警报灯。技术领域
本发明涉及环境监测技术领域,特别是涉及一种大气颗粒物监测装置。
背景技术
随着工业的不断发展,人类生存环境遭到破坏,其中大气污染形势严峻,大气颗粒物能够造成雾霾大气。大气颗粒物指的是分散在大气中的固态或液态颗粒状物质的总称,其粒径范围约为0.1μm-100μm,对它的监测、分析和研究是当前环境保护工作的重点。大气颗粒物的监测范围主要包括空气动力学直径小于或等于100μm的总悬浮颗粒物TSP(TotalSuspendedParticulate)、空气动力学直径小于或等于10μm的可吸入颗粒物PM₁₀(ParticleswithDiametersof10μ morless)和空气动力学直径小于或等于2.5μm的细颗粒物PM_2.5三种。气象专家和医学专家认为,由细颗粒物造成的雾霾大气对人体健康的危害甚至大于沙尘暴。粒径大于10μm的颗粒物,会被挡在人的鼻子外面;粒径在2.5μm-10μm的颗粒物,能够进入上呼吸道,部分可通过痰液等排出体外,部分会被鼻腔内部的绒毛阻挡,对人体健康危害相对较小;粒径小于2.5μm的细颗粒物,不易被阻挡,被吸入人体后直接进入支气管,干扰肺部的气体交换,引发哮喘、支气管炎和心血管病等疾病。目前,除美国和欧盟一些国家将PM_2.5纳入国标进行强制限制外,世界上大部分国家都还未开展对PM_2.5的监测,大多只对PM₁₀进行监测。目前,PM_2.5三种主流的监测方法有振荡天平法,该方法定量关系明确,缺点是测定结果偏低,需加装膜动态测量系统;β射线法一般被认为测定数据存在偏差;光散射法主要测量PM_2.5的数量浓度,在将数量浓度转化为环保部分所需的质量浓度后,其准确度会大幅下降。上述三种方法操作复杂,测量结果准确度不高,仪器造价昂贵。因此,研究设计一种能同时监测大气中PM_2.5、PM₁₀和TSP的质量浓度,操作简单、成本低、测量准确度高的大气颗粒物监测装置具有远大的应用前景和实际意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种大气颗粒物监测装置。为了实现上述目的,本发明的技术方案是:一种大气颗粒物监测装置,包括鼓风机、干燥室、分散室、缓冲罐和分级室,所述的鼓风机通过第一进气管与干燥室相连,所述的第一进气管上安装有第一阀门和流量计,所述的流量计中安装有无线传输模块,干燥室连通第二进气管,所述的第二进气管的出气口连通分散室的顶部中心,所述的分散室上半部为密封的圆筒形,下半部为漏斗形,使颗粒物带负电的电极均匀分布在分散室壁上,分散室的下端出口连通缓冲罐,所述的缓冲罐上半部为密封的圆筒形,下半部为漏斗形,缓冲罐的上半部内侧面的顶部和四周覆盖有第一金属板,所述的第一金属板与第一负电源连接,缓冲罐的下端出口连接至分级室的左侧入口,所述的分级室为密闭的长方体结构,且四面透明,所述的分级室的左内侧壁面和右内侧壁面均覆盖有第二金属板,所述的分级室左内侧壁面的第二金属板和右内侧壁面的第二金属板分别连接电源形成均匀分布的匀强电场,分级室的底侧壁的顶面上设有三个从左到右依次相连的孔,所述的孔的横截面呈倒八字形,所述的孔的下部安装有收集器,收集器由绝缘板和电子天平构成,所述的绝缘板一个侧面贴在分级室底侧壁上的孔的侧面,绝缘板的另一个侧面上贴有第三金属板,所述的第三金属板与第三负电源连接,电子天平通过信号线依次连接电脑和警报装置。进一步地,所述的鼓风机进气口处设置第一滤网,所述的第一滤网为150目滤网。进一步地,所述的干燥室、分散室、缓冲罐和分级室的内壁表面粗糙度小于2.5μm,内部腔体中各部位的夹角平滑过渡、无死角。进一步地,所述的干燥室的温度为10°C-100°C。进一步地,所述的分散室四周每隔90°有一组五个电极,电极并联接到峰值电压为25KV-35KV,脉冲频率100Hz-300Hz的高压负脉冲电源上。进一步地,所述的第一金属板与第一负电源连接,所述的第一负电源的电压为5KV-12KV。进一步地,所述的绝缘板和第三金属板的下部均开有长方形的出气孔,所述的出气孔到分级室前侧壁的距离与出气孔到分级室后侧壁的距离相等,出气孔位于电子天平的上部,出气孔中安装有第二滤网,所述的第二滤网从内到外依次是金属滤网、聚四氟乙烯滤膜和石英纤维层,所述的聚四氟乙烯滤膜的孔径为0.05μm-10μm,所述的石英纤维层的孔径为0.7μm-10μm,所述的金属滤网并联接到第三负电源。进一步地,所述的分级室的底部通过螺钉固定连接有盖板,盖板和分级室之间设有橡胶垫,所述的盖板的顶面设有与收集器对应的三个长方形孔,所述的电子天平放置在长方形孔中,所述的电子天平呈长方形,电子天平的上部设有长方型的秤物板,所述的秤物板为绝缘体,所述的秤物板的中心处开设凹槽,凹槽内部贴有正方形的金属片,秤物板的上平面与金属片的上平面在同一平面上,所述的金属片接地,绝缘板的下部与秤物板的侧面相接,绝缘板的下部的出气孔通过管道与外界大气连通,所述的管道上设有第二阀门。进一步地,所述的电脑中安装有对数据进行处理的控制器,所述的控制器从电子天平获得24h内收集器收集的0μm-2.5μm、2.5μm-10μm(不包含2.5μm)和10μm-100μm(不包含10μm)颗粒物的质量,控制器通过无线网络与流量计上的无线传输模块进行通信获得流量计的进气流速,经数据处理后即可得到PM_2.5、PM₁₀和TSP的质量浓度,警报装置通过数据线与电脑的控制器连接,警报装置根据电脑的控制器传输的PM_2.5、PM₁₀和TSP的质量浓度,显示不同颜色的警报灯。进一步地,所述的警报装置在PM_2.5质量浓度限值不高于35μg/m³时,显示绿色警报灯;在PM_2.5质量浓度限值在35μg/m³-75μg/m³(包含75μg/m³)时,显示黄色警报灯;在PM_2.5质量浓度限值大于浓度限值75μg/m³时,显示红色警报灯;所述的警报装置在PM₁₀质量浓度限值不高于50μg/m³时,显示绿色警报灯;在PM₁₀质量浓度限值在50μg/m3-150μg/m³(包含150μg/m³)时,显示黄色警报灯;在PM₁₀质量浓度限值大于150μg/m3时,显示红色警报灯;所述的警报装置在TSP质量浓度限值不高于120μg/m³时,显示绿色警报灯;在TSP质量浓度限值在120μg/m³-300μg/m³(包含300μg/m³)时,显示黄色警报灯;在TSP质量浓度限值大于300μg/m³时,显示红色警报灯。本发明的有益效果为:提供了一种大气颗粒物监测装置,该装置对大气颗粒物进行监测时,利用高压负脉冲电源通过电极产生的电场使颗粒物在分散室中带上负电荷,通过缓冲罐中的负电场调整下降速度进入分级室,由于不同粒径的颗粒物带电量不同,颗粒物在自身重力和分级室电场力综合作用下,因运动轨迹的不同而分别落入相应的收集器,再通过第三金属板的负电场力,使收集器中的颗粒物向电子天平秤物板的中心运动,消除电子天平的四角偏载误差,提高电子天平的称量精度;电脑中的控制器从电子天平获得24h内收集器收集的0μm-2.5μm、2.5μm-10μm(不包含2.5μm)和10μm-100μm(不包含10μm)颗粒物的质量,控制器通过无线网络与流量计上的无线传输模块进行通信获得流量计的进气流速,经数据处理后即可得到PM_2.5、PM₁₀和TSP的质量浓度。此外,本发明中收集器出气口处的第二滤网可以防止外界大气中的颗粒物直接进入收集器影响测量,也可以防止从鼓风机进入的空气从出气口排出时带走大气中的颗粒物而影响监测结果的准确性;本发明能同时监测大气中PM_2.5、PM₁₀和TSP的质量浓度,具有操作简单、成本低、测量准确度高等优点。表一GB3095-2012《环境空气质量标准》中颗粒物质量浓度限值: ntent="drawing" img-format="TIF" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/> ntent="drawing" img-format="TIF" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>
附图说明
图1是本发明一种大气颗粒物监测装置的结构示意图。图2是本发明一种大气颗粒物监测装置的图1中的A向放大结构示意图。图3是本发明一种大气颗粒物监测装置的图2的左视结构示意图。图4是本发明一种大气颗粒物监测装置的第二滤网的结构示意图。图5是本发明一种大气颗粒物监测装置的电子天平、秤物板和金属片之间连接的结构示意图。附图中标号为:1是鼓风机,2是第一阀门,3是流量计,4是第一进气管,5是干燥室,6是第二进气管,7是分散室,8是电极,9是高压负脉冲电源,10是缓冲罐,11是第一金属板,12是第一负电源,13是分级室,14是第二金属板,15是电源,16是绝缘板,17是第三金属板,18是第三负电源,19是电子天平,20是电脑,21是警报装置,22是第一滤网,23是第二滤网,231是聚四氟乙烯滤膜,232是金属滤网,233是石英纤维层,24是橡胶垫,25是盖板,26是第二阀门,27是管道,28是秤物板,29是金属片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明:实施例一如图1-图5所示,一种大气颗粒物监测装置,包括鼓风机1、干燥室5、分散室7、缓冲罐10和分级室13,鼓风机1的进气口处设置第一滤网22,所述的第一滤网22为150目滤网,鼓风机1通过第一进气管4与干燥室5相连,所述的第一进气管4上安装有第一阀门2和流量计3,所述的流量计3中安装有无线传输模块,干燥室5的温度为10°C-100°C,干燥室5连通第二进气管6,所述的第二进气管6的出气口连通分散室7的顶部中心,所述的分散室7上半部为密封的圆筒形,下半部为漏斗形,使颗粒物带负电的电极8均匀分布在分散室7室壁上,分散室四周每隔90°有一组五个电极8,电极8并联接到峰值电压为25KV,脉冲频率150Hz的高压负脉冲电源9上,分散室7的下端出口连通缓冲罐10,所述的缓冲罐10上半部为密封的圆筒形,下半部为漏斗形,缓冲罐10上半部的内侧面的顶部和四周覆盖有第一金属板11,所述的第一金属板11与第一负电源12连接,所述的第一负电源12的电压为5KV,缓冲罐10的下端出口连接至分级室13的左侧入口,干燥室5、分散室7、缓冲罐10和分级室5的内壁表面粗糙度小于2.5μm,内部腔体中各部位的夹角平滑过渡、无死角,所述的分级室13为密闭的长方体结构,且四面透明,所述的分级室13的左内侧壁面和右内侧壁面均覆盖有第二金属板14,所述的分级室13左内侧壁面的第二金属板14和右内侧壁面的第二金属板14分别连接电源15形成均匀分布的匀强电场,分级室13的底侧壁的顶面上设有三个从左到右依次相连的孔,所述的孔的横截面呈倒八字形,所述的孔中安装有收集器,收集器由绝缘板16和电子天平19构成,所述的绝缘板16一个侧面贴在分级室13底侧壁上的孔的侧面,绝缘板16的另一个侧面上贴有第三金属板17,所述的第三金属板17与第三负电源18连接,在第三金属板17形成的负电场作用下,颗粒物聚拢到电子天平19称物面的中心,所述的分级室13的底部通过螺钉固定连接有盖板25,盖板25和分级室13的底部通过橡胶垫24进行密封处理,所述的盖板25的顶面设有与收集器对应的三个长方形孔,所述的电子天平19放置在长方形孔中,所述的电子天平19呈长方形,电子天平19的上部设有长方型的秤物板28,所述的秤物板28为绝缘体,所述的秤物板28的中心处开设凹槽,凹槽内部贴有正方形的金属片29,秤物板28的上平面与金属片29的上平面在同一平面上,所述的金属片29接地,绝缘板16的下部与秤物板28的侧面相接,绝缘板16的下部的出气孔通过管道27与外界大气连通,所述的管道27上设有第二阀门26,所述的电脑20中安装有对数据进行处理的控制器,所述的控制器从电子天平19获得24h内的0μm-2.5μm、2.5μm-10μm(不包含2.5μm)和10μm-100μm(不包含10μm)颗粒物的质量,控制器通过无线网络与流量计3上的无线传输模块进行通信获得流量计3的进气流速,经数据处理后即可得到PM_2.5、PM₁₀和TSP的质量浓度,警报装置21通过数据线与电脑20的控制器连接,警报装置21根据电脑20的控制器传输的PM_2.5、PM₁₀和TSP的质量浓度,显示不同颜色的警报灯,PM_2.5、PM₁₀和TSP的质量浓度参照表一GB3095-2012《环境空气质量标准》中颗粒物质量浓度限值,所述的警报装置21在PM_2.5质量浓度不高于35μg/m³时,显示绿色警报灯;在PM_2.5质量浓度在35μg/m³-75μg/m³(包含75μg/m³)时,显示黄色警报灯;在PM_2.5质量浓度大于75μg/m³时,显示红色警报灯;所述的警报装置21在PM₁₀质量浓度不高于50μg/m³时,显示绿色警报灯;在PM₁₀质量浓度在50μg/m³-150μg/m³(包含150μg/m³)时,显示黄色警报灯;在PM₁₀质量浓度大于150μg/m³时,显示红色警报灯;所述的警报装置21在TSP质量浓度不高于120μg/m³时,显示绿色警报灯;在TSP质量浓度在120μg/m³-300μg/m³(包含300μg/m³)时,显示黄色警报灯;在TSP质量浓度大于300μg/m³时,显示红色警报灯。绝缘板16和第三金属板17的下部均开有长方形的出气孔,所述的出气孔到分级室13前侧壁的距离与出气孔到分级室13后侧壁的距离相等,出气孔位于电子天平19的上部,出气孔中安装有第二滤网23,所述的第二滤网23从内到外依次是金属滤网232、聚四氟乙烯滤膜231和石英纤维层233,所述的聚四氟乙烯滤膜231的孔径为0.05μm-10μm,所述的石英纤维层233的孔径为0.7μm-10μm,所述的金属滤网232并联接到第三负电源18。实施例二本实施例的结构与实施例一基本相同,相同之处不再重述,其不同之处在于:所述的第一负电源12的电压10KV;所述的高压负脉冲电源9的峰值电压为28KV,脉冲频率200Hz。以上所述之实施例,只是本发明的较佳实施例而已,并非限制本发明实施范围,故凡依本发明专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰,均应包括于本发明申请专利范围内。