一种气溶胶颗粒物粒径筛选设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及筛选设备，具体涉及一种气溶胶颗粒物粒径筛选设备。
【背景技术】
[0002] 气溶胶颗粒物粒径筛选设备在大气监测和研究中有着广泛地应用。因此，可以说 气溶胶颗粒物粒径筛选设备是大气气溶胶监测研究的重要设备。
[0003] 目前应用最为广泛的颗粒物粒径筛选装置为差分电迀移率分析仪（Differential Mobility Analyzer，简称DMA)，其利用不同粒径的带电气溶胶粒子在恒定电场中运动速度 的差异筛选准单一粒径的气溶胶粒子。此类装置存在的主要问题是，在筛选一定粒径的粒 子时，一部分带多个电荷的粒径更大的粒子也不可避免地会被筛选出来。另外，DM的筛选 效率较低，筛选出的粒子浓度远低于样本中此粒径粒子的浓度。在利用DM检测气溶胶粒 径谱分布时，还需要中和器使样本粒子达到一定的带电分布，中和器中含有放射性物质，限 制了装置的应用范围。另一类装置利用带电粒子电场力和离心力平衡的方法筛选气溶胶粒 子，例如气溶胶粒子质量分析仪（Aerosol Particle Mass Analyzer，简称APM)和离心式粒 子质量分析仪（Centrifugal Particle Mass Analyzer，简称CPMA)。由于此类装置也基于 带电气溶胶粒子在电场中的受力，所以存在和DM相同的上述问题。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种低成本、易推广、高效率、低粒径误差的 气溶胶颗粒物粒径筛选设备。
[0005] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
[0006] -种气溶胶颗粒物粒径筛选设备，具有这样的特征，包括：一气流导入导出部件， 用以引导气流方向，包括第一部件和第二部件，所述第一部件设有鞘气流入口、样气流入 口，所述第二部件设有鞘气流出口、样气流出口；一旋转部件，用以筛选气溶胶颗粒物，包 括相互刚性连接的外壳、内胆，所述外壳、内胆的上下两端分别连通所述第一部件和第二部 件，并且所述内胆和外壳以相同角速度绕中心轴旋转，所述外壳和内胆的间隔形成管状环 路，所述管状环路一端连通鞘气流入口，另一端连通鞘气流出口，所述内胆内设有进气狭 缝，所述进气狭缝的一端连通样气流入口，另一端连通管状环路，所述外壳的内侧壁上设有 连通样气流出口的出气狭缝。
[0007] 进一步地，在本发明提供的气溶胶颗粒物粒径筛选设备中，还可以具有这样的特 征：所述进气狭缝连通样气流入口的端口设置在内胆端面的中心位置。
[0008] 进一步地，在本发明提供的气溶胶颗粒物粒径筛选设备中，还可以具有这样的特 征：还包括电动机、传动部件、控制电路，所述控制电路连接电动机并调节电动机的转速，所 述电动机连接传动部件，所述传动部件连接旋转部件并带动内胆旋转。
[0009] 进一步地，在本发明提供的气溶胶颗粒物粒径筛选设备中，还可以具有这样的特 征：所述鞘气流出口经送风机、散热器和过滤器，最后连通鞘气流入口并形成闭合循环回 路。
[0010] 进一步地，在本发明提供的气溶胶颗粒物粒径筛选设备中，还可以具有这样的特 征：所述过滤器和鞘气流入口之间还设有流量监测器，以监控鞘气流入流量。
[0011] 进一步地，在本发明提供的气溶胶颗粒物粒径筛选设备中，还可以具有这样的特 征：所述样气流入口处外接有流量监测器，以监控样气流入流量。
[0012] 进一步地，在本发明提供的气溶胶颗粒物粒径筛选设备中，还可以具有这样的特 征：所述内胆和外壳的横截面均是圆形。
[0013] 进一步地，在本发明提供的气溶胶颗粒物粒径筛选设备中，还可以具有这样的特 征：所述外壳的上端与内胆的上端通过密封轴承固定。
[0014] 进一步地，在本发明提供的气溶胶颗粒物粒径筛选设备中，还可以具有这样的特 征：所述外壳的下端与内胆的下端也通过密封轴承固定。
[0015] 本发明与现有技术相比，具有以下优点：
[0016] 1、本发明基于气溶胶粒子离心力和空气阻力平衡的原理筛选一定粒径的粒子，粒 径筛选误差远小于现有的基于粒子电场力和空气阻力平衡或电场力与离心力平衡的方法。
[0017] 2、本发明的粒子筛选效率高于现有的基于粒子电场力和空气阻力平衡或电场力 与离心力平衡的方法，目标粒径粒子的通过率接近100%。
[0018] 3、本发明不需要对气溶胶样气进行预处理，避免了现有技术中必要的含有放射性 物质的中和器，使用范围更大。
[0019] 4、本发明不包含高电压部件，和现有技术相比安全性更高。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明的气体中气溶胶粒子筛选方法俯视状态下的原理示意图；
[0021] 图2为本发明的筛选粒径Dp与旋转部件转速ω的关系；
[0022] 图3为实施例中的气溶胶颗粒物粒径筛选设备的流程示意图；
[0023] 图4为实施例中的旋转部件的俯视结构示意图。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图对本发明的原理、工作过程及【具体实施方式】作进一步说明：
[0025] 图1为本发明的气体中气溶胶粒子筛选方法俯视状态下的原理示意图（图1阴影 部分也可理解为图4所示的旋转部件10的部分剖面图）。在进行气溶胶粒子粒径筛选时， 将不含粒子的空气以恒定流量Qs通入由同轴的圆柱形内胆1和管状外壳2构成的环形柱 状管路5内以作为鞘气。内胆1半径为R，内胆1和外壳2之间的间距为d。内胆1和外 壳2刚性连接并以相同角速度ω绕中心轴旋转，带动之间的鞘气以相同角速度旋转。含 气溶胶粒子的样气以恒定流量Qa经样气入口 4流入，并由内胆1上的进气狭缝6汇入鞘 气。样气中的气溶胶粒子在极短的时间内达到与鞘气相同的转速ω。气溶胶粒子所受离 心力为Fc= πιω 2R，其中m为气溶胶粒子的质量。气溶胶粒子在离心力作用下由内胆1向 外壳2运动，所受空气阻力为
，其中η为空气的动力粘滞系数，Dp为气溶胶 粒子的粒径，uR为气溶胶粒子的径向运动速度，C (；为Cunningham校正系数，仅与粒径D ρ有 关。气溶胶粒子所受离心力Fe与空气阻力F D平衡，可计算得到气溶胶粒子径向运动速度
>对大部分气溶胶粒子：
因此
，即气溶胶粒子 的径向运动速度仅取决于粒子密度P和粒径DP。气溶胶粒子从内胆1运动到外壳2所需时 间即为
《气溶胶粒子的轴向运动速度