本发明涉及大气环境测试装置，具体为气溶胶湿度补偿采样装置。
背景技术：
在霾天气成因研究中，对实际大气环境下气溶胶散射系数的测量十分重要。通常情况下，通过对干湿条件下气溶胶散射系数的同步测量，可以获取气溶胶吸湿增强曲线(湿气溶胶散射系数与干气溶胶散射系数比值)和气溶胶含水量，为进一步研究二次气溶胶粒子生成、气溶胶酸度变化以及霾天气形成机制等研究提供重要基础数据。国内外对气溶胶吸湿性方面的观测研究相对较多，而对气溶胶含水量观测研究非常少。即便如此，由于受到仪器设备所处室内温度的影响，实际测量的湿气溶胶散射系数对应的相对湿度与实际环境中的相对湿度差异明显。这对于获取较低环境相对湿度(小于80％)气溶胶吸湿增长曲线尚可接受，但是对于较高相对湿度下(大于80％)的吸湿曲线不确定性较大，对于估算气溶胶含水量不确定性会更大。因此，获取实际环境下相对湿度对应的气溶胶散射系数具有重要的研究价值。由于目前对气溶胶吸湿性尤其是含水量的研究较少，对实际环境相对湿度条件下的气溶胶散射系数的测量要求不高，因此相关测量装置未见报道。鉴于目前我国城市尤其是高湿城市霾天气越来越严重，掌握某一地区气溶胶吸湿增长特性对于把握霾天气形成机制十分重要。加之，国外比较前沿的研究表明，气溶胶含水量对于二次颗粒物生成具有明显促进作用，从而会进一步加重霾天气。因此，设计一种能够自动补偿由测量仪器温度变化引起的气溶胶样品湿度变化的装置，对于高湿地区开展气溶胶吸湿增长特性和与气溶胶含水量相关的物理化学机制研究十分必要。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明的目的是提供一种气溶胶采样装置，能够自动补偿气溶胶观测设备引起温度变化的湿度变化。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：气溶胶湿度补偿采样装置，包括空气过滤装置、雾化器、空气混合器、双层管和气溶胶采样管；空气过滤装置包括三个依次串联的过滤筒，分别为第一过滤筒、第二过滤筒和第三过滤筒，每个过滤筒顶端为进口，底端为出口，过滤筒内两端分别有不锈钢丝网和防尘棉，不锈钢丝网和防尘棉包裹着滤材，第一过滤筒的滤材为硅胶，第二过滤筒的滤材为分子筛，第三过滤筒的滤材为活性炭；第一过滤筒的进口为空气过滤装置进气口，第三过滤筒的出口为空气过滤装置的出气口。雾化器包括圆柱箱体，圆柱箱体内有垂直隔板，将圆柱箱体内分割为雾化室和储水室，垂直隔板底边与圆柱箱体的底部有间隙；雾化室内有圆锥台型管道，圆锥台型管道的小口朝上，圆锥台型管道的底部为雾化器的空气进口；圆锥台型管道外套有圆锥套，圆锥台型管道与圆锥套之间留有空隙；圆锥套顶部高于圆锥台型管道小口，圆锥套底部还安装有雾化撞击片，雾化撞击片上方为雾化气出口；储水室顶部有补水口。空气混合器包括空气混合箱，空气混合箱内设置有多个交错的扰动板；空气混合箱底部设置有第一进气口和第二进气口，顶部设置混合出气口，混合出气口处有湿度传感器。双层管包括全氟磺酸膜内管和外套管，外套管同轴线套在全氟磺酸膜内管外，所述的外套管一端有外套管出气口，另一端有外套管进气口；全氟磺酸膜内管进口处设置有第二湿度传感器和出口处设置第三湿度传感器。气溶胶采样管底部与双层管的全氟磺酸膜内管的出口处连接；气溶胶采样管顶部为防雨弯道，防雨弯道末端连接圆锥形台，圆锥形台口设置钢丝防护网。控制系统包括信号处理器，信号处理器上有流量控制器端口、湿度传感器端口、通讯接口。空气过滤装置的进气口与空气压缩机连接，出气口与三通连接，三通再分别与第一流量控制器和第二流量控制器连接；第二流量控制器与雾化器的空气进口连接；第一流量控制器与空气混合器第二进气口连接；雾化器的雾化气出口与空气混合器第一进气口连接；空气混合器的混合出气口与双层管的外套管进气口连接。第一流量控制器和第二流量控制器分别与控制系统流量控制器端口连接；湿度传感器、第二湿度传感器和第三湿度传感器分别与湿度传感器端口连接。控制系统实时接收湿度传感器和流量控制器的信号并进行信号判断和信号反馈，并根据判断结果实时对流量控制器的工作状态进行调节。具体的，根据全氟磺酸膜内管进口处和出口处的湿度差，利用双层管的干湿混合湿零空气吹扫全氟磺酸膜内管，使得实际环境中气溶胶样品相对湿度在进入室内测量仪器设备过程中湿度不发生变化，抵消由于室内室外温度变化引起的气溶胶样品湿度变化，使全氟磺酸膜内管进口处湿度和出口处湿度一致。当全氟磺酸膜内管出口湿度小于实际环境进口湿度，控制系统给两流量控制器发送信号打开阀门，通过雾化器产生湿零空气和原干零空气在空气混合器充分混合，使得空气混合器内置湿度与全氟磺酸膜内管进口湿度基本一致，通过干湿混合零空气吹扫外套管，最后使得全氟磺酸膜内管进出口湿度一致。当全氟磺酸膜内管出口湿度大于进口湿度，控制系统给连接雾化器第二流量控制器发送关闭信号，同时打开第一流量控制器，使得空气混合器内充满干零空气，通过调节流量使得全氟磺酸膜内管进出口湿度一致。整套设备自动运行，因此能够有效确保全氟磺酸膜内管末端观测仪器能直接测量环境湿度条件下气溶胶物理化学性质，自动化程度高，可操作性强。本发明提供的气溶胶湿度补偿采样装置，用于研究气溶胶吸湿增长曲线观测研究或云凝结核观测，设备成本低、易于保养，自动化程度高，可以在城市、郊区、高山等不同地理和自然条件下使用，尤其适用于室内室外温差大的观测站开展气溶胶物理化学性质的观测研究。附图说明图1是本发明的结构示意图。具体实施方式结合附图说明本发明的具体实施方式。如图1所示，气溶胶湿度补偿采样装置，包括空气过滤装置2、雾化器3、空气混合器4、双层管5和气溶胶采样管6。空气过滤装置2包括三个依次串联的过滤筒，分别为第一过滤筒21、第二过滤筒22和第三过滤筒23，每个过滤筒顶端为进口，底端为出口，过滤筒内两端分别有不锈钢丝网24和防尘棉25，不锈钢丝网24和防尘棉25包裹着滤材，第一过滤筒21的滤材为硅胶，第二过滤筒22的滤材为分子筛，第三过滤筒23的滤材为活性炭；第一过滤筒21的进口为空气过滤装置2进气口，第三过滤筒23的出口为空气过滤装置2的出气口。雾化器3包括圆柱箱体，圆柱箱体内有垂直隔板31，将圆柱箱体内分割为雾化室和储水室，垂直隔板31底边与圆柱箱体的底部有间隙；雾化室内有圆锥台型管道33，圆锥台型管道33的小口朝上，圆锥台型管道33的底部为雾化器3的空气进口36；圆锥台型管道33外套有圆锥套32，圆锥台型管道33与圆锥套32之间留有空隙；圆锥套32顶部高于圆锥台型管道33小口，圆锥套32底部还安装有雾化撞击片34，雾化撞击片34上方为雾化气出口35；储水室顶部有补水口37。空气混合器4包括空气混合箱，空气混合箱内设置有多个交错的扰动板44；空气混合箱底部设置有第一进气口41和第二进气口42，顶部设置混合出气口43，混合出气口43处有湿度传感器71。双层管5包括全氟磺酸膜内管51和外套管52，外套管52同轴线套在全氟磺酸膜内管51外，所述的外套管52一端有外套管出气口522，另一端有外套管进气口521；全氟磺酸膜内管51进口处设置有第二湿度传感器72和出口处设置第三湿度传感器73。气溶胶采样管6底部与双层管5的全氟磺酸膜内管51的出口处连接；气溶胶采样管6顶部为防雨弯道，防雨弯道末端连接圆锥形台61，圆锥形台61口设置钢丝防护网。控制系统9包括信号处理器91，信号处理器91上有流量控制器端口、湿度传感器端口、通讯接口。空气过滤装置2的进气口与空气压缩机1连接，出气口与三通80连接，三通80再分别与第一流量控制器81和第二流量控制器82连接；第二流量控制器82与雾化器3的空气进口36连接；第一流量控制器81与空气混合器4第二进气口42连接；雾化器3的雾化气出口35与空气混合器4第一进气口41连接；空气混合器4的混合出气口43与双层管5的外套管进气口521连接；第一流量控制器81和第二流量控制器82分别与控制系统9流量控制器端口连接；湿度传感器71、第二湿度传感器72和第三湿度传感器73分别与湿度传感器端口连接。气溶胶湿度补偿采样装置的使用方法：(1)如果全氟磺酸膜内管51进口处的第二湿度传感器72和出口处的第三湿度传感器73的湿度差值小于1％，控制系统9关闭第一流量控制器81和第二流量控制器82；(2)如果全氟磺酸膜内管51的第二湿度传感器72的湿度大于第三湿度传感器73的湿度，控制系统9打开第一流量控制器81和第二流量控制器82；根据空气混合器4的湿度传感器71湿度大小调节第一流量控制器81和第二流量控制器82的流量，使得第二湿度传感器72和出口处的第三湿度传感器73的湿度差值小于1％。(3)如果全氟磺酸膜内管51的第二湿度传感器72的湿度小于第三湿度传感器73的湿度，控制系统9打开第一流量控制器81，关闭第二流量控制器82，通过微调第一流量控制器81的流量，即控制外套管52的吹扫气的流量，使得第二湿度传感器72和出口处的第三湿度传感器73的湿度差值小于1％。上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。