一种环境参数可调的气溶胶荷电量检测装置及其工作方法

1.本发明涉及气溶胶颗粒荷电量检测领域，更具体地，涉及一种环境参数可调的气溶胶荷电量检测装置及其工作方法。


背景技术：

2.大气中的气溶胶粒子几乎都带有一定的电荷，或带正电，或带负电，也有呈电中性。研究表明，冬季取暖季节太原地区大气电场的空间分布与污染物的空间分布有密切关系，污染物中的so2气体和硫酸盐气溶胶对大气电场的增强起主要作用，二氧化硫溶于水后将发生电离，并可能被氧化生成硫酸盐成为大气重粒子，使得大气电场增强。事实上，大气环境中so2、no
x
和o3参与光化学反应、自由基形成以及其他物理化学过程，这些过程可能影响到气溶胶表面的荷电性质。此外，有研究者通过统计分析，发现大气湿度波动与pm
2.5
的爆发式增长具有密切关系，并初步提出湿度波动可能会引起气溶胶颗粒表面荷电改变，静电力的增强会加快颗粒聚并过程。事实上，改变环境的相对湿度会改变自由离子在物体表面吸附水层中与环境中转移的速率，可能会改变物体表面荷电特性；当环境气压/水汽压降低时,由于颗粒表面离子的解析作用，表面上的电荷的数量也会发生突变。有研究发现在交通繁忙的道路附近，带电颗粒的比例是远离道路的两倍，说明颗粒的荷电状态与颗粒物的运动以及周围环境有关。
3.以上分析都是基于大气环境条件下的观测数据，影响因素较多。因此，气溶胶颗粒的荷电性质及其与环境污染物浓度(so2、no
x
和o3)、温湿度变化等气象条件的相关关系、具体的作用机制有待进一步研究。但是，目前不存在可以定量设置污染物浓度(so2、no
x
和o3等)、环境温度、环境湿度等参数，同时可以对颗粒物荷电量进行检测的实验装置，因此无法精确模拟并定量分析颗粒物与这些因素的关系。
4.在现有技术中，公开号为cn109507068a的中国发明专利，于2019年03月22日公开了一种颗粒物荷电量检测装置及检测方法，包括进风端、颗粒物粒径检测模块、荷电分析仪；感湿检测模块、感温检测模块以及颗粒物粒径检测模块将采集到的信息传输给荷电分析仪进行分析，可调直流电源将实时数据传送给荷电分析仪；荷电分析仪根据收集到的湿度、温度和粒径信息，输出在不同湿度、温度情况下的颗粒物荷电量信息。虽然该方案能在一定程度上应用于特定环境下颗粒荷电性质的检测，但是并未能解决上述问题，因此，急需一种环境参数可调的气溶胶荷电量检测装置及其工作方法。


技术实现要素：

5.本发明为解决现有实验装置在进行气溶胶颗粒荷电量检测的过程中，不能设置或调节环境参数的问题，提供了一种环境参数可调的气溶胶荷电量检测装置及其工作方法。
6.本发明的首要目的是为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
7.首先，提出了一种环境参数可调的气溶胶荷电量检测装置，包括控制模块、清洁模块、执行模块、混合反应模块、荷电检测模块、分析模块、污染物处理模块；其中：所述控制模
块输出端分别与清洁模块输入端、执行模块输入端、分析模块输入端电连接；所述荷电检测模块输出端与分析模块输入端电连接；所述清洁模块出气端与混合反应模块进气端连通；所述执行模块进气端与外界环境连通；所述执行模块出气端与混合反应模块进气端连通；所述混合反应模块出气端与荷电检测模块进气端连通；所述荷电检测模块出气端与污染物处理模块进气端连通；所述污染物处理模块出气端与外界环境连通。
8.优选地，所述清洁模块包括若干清洁器。
9.优选地，所述执行模块包括污染气体产生器、温度调节器、湿度调节器33、空气抽取器；其中：所述污染气体产生器输入端、温度调节器输入端、湿度调节器输入端、空气抽取器输入端均与控制模块输出端电连接；所述温度调节器输出端、湿度调节器输出端与混合反应模块输入端电连接；所述污染气体产生器出气端与混合反应模块进气端连通；所述空气抽取器出气端与混合反应模块进气端连通。
10.优选地，所述污染气体产生器包括so2产生器、no产生器、no2产生器、co产生器、o3产生器。
11.优选地，所述混合反应模块包括预混合室、环形管道、缓冲室；其中：所述预混合室输入端与温度调节器输出端、湿度调节器输出端电连接；所述预混合室进气端与清洁模块出气端、污染气体产生器出气端、空气抽取器出气端连通；所述预混合室出气端与环形管道进气端连通；所述环形管道出气端与缓冲室进气端连通；所述缓冲室出气端与荷电检测模块进气端连通。
12.优选地，所述环形管道外设置有恒温液管道。
13.优选地，所述缓冲室内设置有温度传感器、湿度传感器，所述温度传感器输出端、湿度传感器输出端均与控制模块输入端电连接。
14.优选地，所述污染物处理模块包括反应液。
15.优选地，所述污染物处理模块还包括有泵。
16.其次，提出了一种环境参数可调的气溶胶荷电量检测装置的工作方法，包括以下步骤：s1：启动装置；s2：在控制模块输入实验初始参数，包括初始温度值t0、初始湿度值h0、温度容差δt、湿度容差δh、荷电量容差δq、污染物初始浓度a0；s3：控制模块对初始参数处理后生成初始设置指令，若控制模块得到的是实验中的过程参数，则在处理后生成调节指令；s4：控制模块对装置状态进行判断：若控制模块检测到装置刚通电或刚设置完一次初始参数，则装置状态判断为刚启动或正在进行一次新的检测，此时继续执行下一步骤；否则执行步骤s7；s5：清洁模块进行清洁工作；s6：荷电检测模块进行模块内气体荷电量的检测，并将检测到的荷电量数据q1与预设的荷电量容差δq进行比较：若q1≤δq，则继续执行下一步骤；否则继续执行步骤s5；s7：执行模块接收初始设置指令或调节指令，若接收的是初始设置指令，则同时获取实验气体；s8：温度传感器对实验气体进行温度检测，并将检测温度值t1传输至控制模块，作为实验中的过程参数；s9：控制模块将检测温度值t1与初始温度值t0之差的绝对值与温度容差δt进行比较：若|t1
‑
t0|≤δt，则继续执行下一步骤；否则执行步骤s3；s10：湿度传感器对实验气体进行湿度检测，并将检测湿度值h1传输至控制模块，作为实验中的过程参数；s11：控制模块将检测湿度值h1与初始湿度值h0之差的绝对值与湿度容差δh进行比较：若|h1
‑
h0|≤δh，则继续执行下一步骤；否则执行步骤s3；s12：荷电检测模块对实验气体进行荷电量检测，并将荷电量检测数据传输至分析模块；s13：分析
模块对荷电量检测数据进行分析，最终输出分析结果。
17.与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
18.本发明所述装置通过控制模块、执行模块、混合反应模块之间的配合，实现了温湿度、污染物等参数的设置或调节，能够模拟不同的环境进行实验；通过清洁模块进行装置的清洁，能够排除多次试验之间相互产生的干扰；通过污染物处理模块进行污染气体的回收，防止环境污染；通过荷电检测模块和分析模块实现气溶胶颗粒荷电量的检测以及定量分析，提高实验数据可用性。所述方法表明了所述装置的工作原理和具体步骤，为装置的使用和实验的开展提供了合理的安排。
附图说明
19.图1为本发明所述装置模块图；
20.图2为本发明所述装置结构示意图；
21.图3为本发明所述方法工作原理图；
22.图中所述标号分别代表：1控制模块；2清洁模块；3执行模块；4混合反应模块；5荷电检测模块；6分析模块；7污染物处理模块；31污染气体产生器；32温度调节器；33湿度调节器；34空气抽取器；41预混合室；42环形管道；43缓冲室；421恒温液管道；431温度传感器；432湿度传感器。
具体实施方式
23.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
24.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
25.实施例1
26.如图1至图2所示，一种环境参数可调的气溶胶荷电量检测装置，其特征在于，包括控制模块1、清洁模块2、执行模块3、混合反应模块4、荷电检测模块5、分析模块6、污染物处理模块7；其中：所述控制模块1输出端分别与清洁模块2输入端、执行模块3输入端、分析模块6输入端电连接；所述荷电检测模块5输出端与分析模块6输入端电连接；所述清洁模块2出气端与混合反应模块4进气端连通；所述执行模块3进气端与外界环境连通；所述执行模块3出气端与混合反应模块4进气端连通；所述混合反应模块4出气端与荷电检测模块5进气端连通；所述荷电检测模块5出气端与污染物处理模块7进气端连通；所述污染物处理模块7出气端与外界环境连通。
27.上述方案中，控制模块1由电路板组成，负责控制整套装置；清洁模块2负责进行整套装置的清洁工作，通过控制惰性气体(如n2)进入混合反应模块4，使混合反应模块4中残留的污染气体经过荷电检测模块5，最后到达污染物处理模块7进行处理，避免不同试验之间产生相互干扰；执行模块3负责获取实验气体，以及通过执行控制模块1的指令实现实验气体的温湿度设置或调节；混合反应模块4负责对实验气体进行充分混合和反应，以及检测
实验气体的温湿度；荷电检测模块5负责检测实验气体中颗粒物的荷电量；分析模块6负责对控制模块1和荷电检测模块5的数据进行分析和处理；污染物处理模块7负责处理实验结束后遗留的污染气体，防止污染环境。
28.进行实验时，外界环境中的大气进入到执行模块3中，并与执行模块3中产生的污染气体共同组成实验气体，然后进入混合反应模块4中充分混合反应，再进入荷电检测模块5进行荷电量检测，最后获取的数据在分析模块6中处理；另外，混合反应模块4采集实验气体的温湿度数据传输至控制模块1中进行判断，然后控制模块1下达指令至执行模块2进行温湿度调节和污染物调节，模拟不同的环境参数。
29.具体地，所述清洁模块2包括若干清洁器。
30.上述方案中，清洁器主要在装置使用前和做完一次检测后做新的检测时进行工作，通过控制惰性气体(如n2)排出装置中的污染气体。
31.具体地，所述执行模块3包括污染气体产生器31、温度调节器32、湿度调节器33、空气抽取器34；其中：所述污染气体产生器31输入端、温度调节器32输入端、湿度调节器33输入端、空气抽取器34输入端均与控制模块1输出端电连接；所述温度调节器32输出端、湿度调节器33输出端与混合反应模块4输入端电连接；所述污染气体产生器31出气端与混合反应模块4进气端连通；所述空气抽取器34出气端与混合反应模块4进气端连通。
32.上述方案中，污染气体产生器31负责产生实验用到的污染气体，并能够根据所需浓度和种类进行调整；温度调节器32负责设置或调节实验气体的温度；湿度调节器33负责设置或调节实验气体的湿度；空气抽取器34负责抽取外界环境的大气。
33.具体地，所述污染气体产生器31包括so2产生器、no产生器、no2产生器、co产生器、o3产生器。
34.上述方案中，污染气体产生器31包括各种实验时必需的污染气体产生器。
35.具体地，所述混合反应模块4包括预混合室41、环形管道42、缓冲室43；其中：所述预混合室41输入端与温度调节器32输出端、湿度调节器33输出端电连接；所述预混合室41进气端与清洁模块2出气端、污染气体产生器31出气端、空气抽取器34出气端连通；所述预混合室41出气端与环形管道42进气端连通；所述环形管道42出气端与缓冲室43进气端连通；所述缓冲室43出气端与荷电检测模块5进气端连通。
36.上述方案中，预混合室41负责所对进入的气体进行初步的混合；环形管道42负责对气体进行充分混合、反应，并且减少了装置的尺寸；缓冲室43负责降低气体流速，避免影响荷电量检测结果。
37.具体地，所述环形管道42外设置有恒温液管道421。
38.上述方案中，恒温液管道421负责将环形管道42内的气体温度保持在实验之前设定的温度值范围内。
39.具体地，所述缓冲室43内设置有温度传感器431、湿度传感器432，所述温度传感器431输出端、湿度传感器432输出端均与控制模块1输入端电连接。
40.上述方案中，温度传感器431、湿度传感器432分别负责检测缓冲室43内气体的温度和湿度，并将检测数据反馈至控制模块1进行判断，控制模块1根据判断结果决定是否下达调节温湿度的指令；这有利于对装置温湿度进行修正调节，能够大幅提升检测装置的测试精度。
41.具体地，所述污染物处理模块31包括反应液。
42.上述方案中，反应液负责将荷电量检测完成后遗留的污染气体进行处理，防止污染环境。
43.具体地，所述污染物处理模块31还包括有泵。
44.上述方案中，泵负责为整个装置的气体流动提供动力。
45.如图3所示，s1：启动装置；s2：在控制模块1输入实验初始参数，包括初始温度值t0、初始湿度值h0、温度容差δt、湿度容差δh、荷电量容差δq、污染物初始浓度a0；s3：控制模块1对初始参数处理后生成初始设置指令，若控制模块1得到的是实验中的过程参数，则在处理后生成调节指令；s4：控制模块1对装置状态进行判断：若控制模块1检测到装置刚通电或刚设置完一次初始参数，则装置状态判断为刚启动或正在进行一次新的检测，此时继续执行下一步骤；否则执行步骤s7；s5：清洁模块2进行清洁工作；s6：荷电检测模块5进行模块内气体荷电量的检测，并将检测到的荷电量数据q1与预设的荷电量容差δq进行比较：若q1≤δq，则继续执行下一步骤；否则继续执行步骤s5；s7：执行模块3接收初始设置指令或调节指令，若接收的是初始设置指令，则同时获取实验气体；s8：温度传感器431对实验气体进行温度检测，并将检测温度值t1传输至控制模块1，作为实验中的过程参数；s9：控制模块1将检测温度值t1与初始温度值t0之差的绝对值与温度容差δt进行比较：若|t1
‑
t0|≤δt，则继续执行下一步骤；否则执行步骤s3；s10：湿度传感器432对实验气体进行湿度检测，并将检测湿度值h1传输至控制模块1，作为实验中的过程参数；s11：控制模块1将检测湿度值h1与初始湿度值h0之差的绝对值与湿度容差δh进行比较：若|h1
‑
h0|≤δh，则继续执行下一步骤；否则执行步骤s3；s12：荷电检测模块5对实验气体进行荷电量检测，并将荷电量检测数据传输至分析模块6；s13：分析模块6对荷电量检测数据进行分析，最终输出分析结果。
46.总体来看，本发明实现了实验过程中污染物、温度和湿度的参数可调，能够模拟不同的环境(如自然大气环境、工业生产环境等)，并进行检测。
47.相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
48.附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
49.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。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。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。