一种气溶胶法拉第杯装置及检测气溶胶表面电荷量的装置的制作方法

1.本实用新型涉及气溶胶静电计技术领域，具体为一种气溶胶法拉第杯装置及检测气溶胶表面电荷量的装置。


背景技术：

2.气溶胶静电计是测量气溶胶数量浓度的主要仪器，由于该仪器的测量结果可溯源至电流，且不同粒径范围内的颗粒计数效率恒定等技术优势，成为国际公认的颗粒计数(数量浓度)最高标准。凝结核粒子计数器和尘埃粒子计数器等气溶胶浓度测量仪器的测量结果均需溯源至气溶胶静电计。现有的气溶胶浓度测量仪器主要采用法拉第杯的结构，但是现有的法拉第杯装置外部都只有一层屏蔽外壳，实际使用时，静电计采集的电流为非安级别，受温度和电磁等干扰影响严重，如果屏蔽不到位，难以实现电流采集，从而无法实现实时的气溶胶表面电荷量的检测。为了屏蔽到位，现有的做法都是在法拉第杯装置的外部再罩一个屏蔽箱，这样占用较大的空间，使用也不方便。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种气溶胶法拉第杯装置及检测气溶胶表面电荷量的装置，解决现有气溶胶浓度测量仪器结构简单，屏蔽不彻底，难以实现溯源的问题。
4.本实用新型提供的气溶胶法拉第杯装置，包括法拉第杯、外层绝缘壳，所述法拉第杯具有气溶胶出口，所述法拉第杯和外层绝缘壳之间设有绝缘体，所述外层绝缘壳和绝缘体上开气溶胶入口。
5.优选的，所述法拉第杯包括内层绝缘壳、高效过滤器、探针、第一绝缘端子和第二绝缘端子，所述高效过滤器设置在内层绝缘壳内部，所述高效过滤器的一端连接探针，另一端连接第一绝缘端子的一端，所述第二绝缘端子固定在外层绝缘壳和绝缘体上，所述探针穿过内层绝缘壳固定在第二绝缘端子内，所述第一绝缘端子的另一端穿过绝缘体和外层绝缘壳。
6.优选的，所述绝缘体包括绝缘支架、第一绝缘端盖、第二绝缘端盖，所述绝缘支架的两端分别与第一绝缘端盖和第二绝缘端盖固定连接，所述第二绝缘端子固定在第一绝缘端盖上，所述第一绝缘端子穿过第二绝缘端盖。
7.优选的，所述外层绝缘壳包括壳体以及与壳体固定连接的端盖，所述第一绝缘端子穿过端盖。
8.优选的，所述气溶胶入口连接气溶胶接嘴。
9.优选的，所述高效过滤器可以采用金属材质或者玻纤材质制成。
10.本实用新型还提供了一种检测气溶胶表面电荷量的装置，包括静电计、流量计、真空泵、控制器，所述静电计电连接气溶胶法拉第杯装置的探针，所述气溶胶法拉第杯装置的气溶胶出口通过管路依次连接流量计和真空泵，所述静电计、流量计和真空泵均电连接控制器。
11.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
12.1、在内层屏蔽壳和外层屏蔽壳之间增加绝缘体，减少外部环境对法拉第杯所造成的电磁干扰以及温度干扰，以及电器元件造成的电容耦合、漏电电流和系统噪音等影响。
13.2、流量计的流量检测误差小于0.1％，真空泵流量波动范围小于0.5％。
14.3、高效过滤器和第一绝缘端子可以采用一体结构，整个装置的结构紧凑，无需再外加屏蔽箱，使用更加方便。高效过滤器优选金属材质的，相较于玻纤材质的。
附图说明
15.图1为本实用新型气溶胶法拉第杯装置的爆炸图；
16.图2为本实用新型检测气溶胶表面电荷量的装置的原理图。
17.图中标注：法拉第杯1、外层绝缘壳2、绝缘体3、气溶胶入口4、气溶胶接嘴5、气溶胶出口11、内层绝缘壳12、高效过滤器13、探针14、第一绝缘端子15、第二绝缘端子16、壳体21、端盖22、绝缘支架31、第一绝缘端盖32、第二绝缘端盖33。
具体实施方式
18.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
19.实施例
20.请参阅图1、2，本实施例提供的气溶胶法拉第杯装置，包括法拉第杯1、外层绝缘壳2，所述法拉第杯1具有气溶胶出口11，所述法拉第杯1和外层绝缘壳2之间设有绝缘体3，所述外层绝缘壳2和绝缘体3上开气溶胶入口4。所述绝缘体3可以增强装置对电磁干扰以及温度干扰的屏蔽效果，避免溯源成电流时，因电流值过小，易受电磁和温度干扰的影响。从图2可以看出，本实施例的气溶胶入口4和气溶胶出口11的轴线是垂直的。当然气溶胶入口4的位置不是固定的，也可以设置成和气溶胶出口11同轴。
21.作为本实施例的一个优选实施方式，所述法拉第杯1包括内层绝缘壳12、高效过滤器13、探针14、第一绝缘端子15和第二绝缘端子16，所述高效过滤器13设置在内层绝缘壳12内部，所述高效过滤器13和内层绝缘壳12之间存在间隙，用于气溶胶的流通，所述高效过滤器13的一端连接探针14，另一端连接第一绝缘端子15的一端，所述高效过滤器13和第一绝缘端子15是连通的，从气溶胶入口4进入法拉第杯1的带电气溶胶在高效过滤器表面聚集，经高效过滤器过滤后，从第一绝缘端子15排出，所述气溶胶出口11即为第一绝缘端子15的出气口，所述第二绝缘端子16固定在外层绝缘壳2和绝缘体3上，所述探针14穿过内层绝缘壳12固定在第二绝缘端子16内，所述第一绝缘端子15的另一端穿过绝缘体3和外层绝缘壳2。
22.作为本实施例的一个优选实施方式，所述绝缘体3包括绝缘支架31、第一绝缘端盖32、第二绝缘端盖33，所述绝缘支架31的两端分别与第一绝缘端盖32和第二绝缘端盖33固定连接，从图1中可以看出，第一绝缘端盖32、第二绝缘端盖33上均开有孔，绝缘支架31上也开有孔，因此，本实施例的绝缘支架31与第一绝缘端盖32、第二绝缘端盖33通过螺丝连接。
本实施例第二绝缘端盖33和外层绝缘壳2的侧壁上均开有孔作为气溶胶入口4。所述第二绝缘端子16固定在第一绝缘端盖32上，所述第一绝缘端子15穿过第二绝缘端盖33。本实施例的高效过滤器13和第一绝缘端子15是一体化成型的结构，第一绝缘端子15的外部有螺纹，第二绝缘端盖33内部有螺纹，第一绝缘端子15拧在第二绝缘端盖33上。
23.作为本实施例的一个优选实施方式，所述外层绝缘壳2包括壳体21以及与壳体21固定连接的端盖22，所述端盖22上开有孔，可以通过螺丝与第二绝缘端盖33通过螺丝连接。所述第一绝缘端子15穿过端盖22。
24.作为本实施例的一个优选实施方式，所述气溶胶入口4连接气溶胶接嘴5，所述气溶胶接嘴5也是通过螺纹与第二绝缘端盖33连接的。
25.作为本实施例的一个优选实施方式，所述高效过滤器13可以采用金属材质或者玻纤材质制成。
26.参照图2，本实施例还提供了一种检测气溶胶表面电荷量的装置，包括静电计、流量计、真空泵、控制器，所述静电计电连接气溶胶法拉第杯装置的探针14，所述气溶胶法拉第杯装置的气溶胶出口4通过管路依次连接流量计和真空泵，所述流量计和真空泵之间的管路上还可以设置电磁阀，所述静电计、流量计和真空泵均电连接控制器。
27.其中真空泵提供气溶胶流动所需的负压，首选恒流真空泵，其采样流量为2-10l/min，在2-3l/min、3-4l/min、4-5l/min、5-6l/min、6-7l/min、7-8l/min、8-9l/min、9-10l/min共8个流量区间段内流量波动范围《0.5％。流量计反馈时间为1ms，流量检测误差《0.1％。
28.高效过滤器13与静电计连接，同时静电计与外层绝缘壳2接地。在检测过程中，如果气溶胶粒子所带电荷为正电荷，在静电计接地端与高效过滤器13之间形成电势差，电子从静电计接地端移动到高效过滤器13中，并中和高效过滤器13捕获到的粒子，此时静电计测的电流即为气溶胶粒子电荷在法拉第杯中所形成的的相应电流，电流方向为高效过滤器13至静电计。当气溶胶粒子所带电荷为负电荷时，同样会在静电计接地端与高效过滤器13之间形成电势差并形成响应电流，此时电流方向为静电计至高效过滤器13。在静电计所测的电流强度与高效过滤器13上的电荷收集率成正比。
29.响应电流与气溶胶粒子数浓度的关系如下：
30.i＝n*e*qe
31.qe＝q*t
32.其中i为响应电流值，单位a，n为气溶胶粒子数浓度，e为电荷的基本单位，即e＝1.6*10-19
库伦，qe为进入到装置中的气溶胶体积。q为气溶胶流量，t为测试时间。由此气溶胶粒子数浓度n即可由上式计算得出。
33.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。