一种空气动力聚焦颗粒装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种空气动力聚焦颗粒装置，其包括两端敞口的圆柱状的外筒、依次安装在外筒内部的五个圆孔薄片和安装在外筒的出口处的阶梯孔喷嘴，所述的五个圆孔薄片中的孔中心线与阶梯孔喷嘴的中心线同轴，五个圆孔薄片中的孔中心线与外筒的中心线重合，相邻的两个圆孔薄片之间的间隔从外筒的入口处往外筒的出口处依次递增。本实用新型能够高质量高效率聚焦空气动力学直径在0.2-4μm范围的颗粒物，不仅可以使聚焦后的颗粒束宽在距离装置出口几十厘米处仍然保持0.1mm以内，而且可以使颗粒在装置内的通过率高达95%；圆孔薄片孔径的减小，使整个装置整体外径更小；圆孔薄片的间距优化，使整个装置轴向长度更短。
【专利说明】一种空气动力聚焦颗粒装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种空气动力聚焦颗粒装置，特别是涉及一种针对大气颗粒物空气动力学直径在0.2-4um范围的颗粒聚焦装置。
【背景技术】
[0002]细颗粒物造成的灰霾天气对人体健康的危害甚至要比沙尘暴更严重。粒径在2.5微米以下的细颗粒物，直径约于人类头发的1/10，不易被阻挡，当其被吸入人体后会直接进入支气管，干扰肺部的气体交换，易引发哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病。此外，细颗粒物的化学组成十分复杂，不同时间和空间，细颗粒物的化学成分是不同的，不同化学组分的颗粒物对人体健康和大气能见度的影响亦不相同。随着人们对大气环境污染的关注，实时检测这些颗粒物在大气中分布情况及其化学组成非常必要。目前广泛用于实时检测大气颗粒物粒径和成分的仪器是在线单颗粒气溶胶质谱仪，要求其进样装置能够将颗粒物从大气压引入真空并聚焦成亚毫米级的准直颗粒束，一般需要颗粒束的宽度在距离进样端出口几十厘米处不能超过0.3mm。圆孔薄片-喷嘴结构因为其能够聚焦颗粒粒径范围较宽且传输率较高的特点被大多数在线气溶胶质谱仪器采用。目前的圆孔薄片-喷嘴进样装置还存在对0.2-4um粒径范围的颗粒聚焦损失较大，聚焦效果不理想而影响颗粒物检测的问题。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的，在于提供一种高质量高效率聚焦空气动力学直径在0.2-4um范围颗粒物，并为实时监测大气环境污染物PM2.5浓度、大气环境气溶胶颗粒的源解析和表征、材料合成、排放源检测以及药物检测等方面提供高准直的颗粒聚焦装置。
[0004]本实用新型解决其技术问题的解决方案是:一种空气动力聚焦颗粒装置，其包括两端敞口的圆柱状的外筒、依次安装在外筒内部的五个圆孔薄片和安装在外筒的出口处的阶梯孔喷嘴，所述的五个圆孔薄片中的孔中心线与阶梯孔喷嘴的中心线同轴，五个圆孔薄片中的孔中心线与外筒的中心线重合，相邻的两个圆孔薄片之间的间隔从外筒的入口处往外筒的出口处依次递增。
[0005]作为上述技术方案的进一步改进，所述外筒的内径为20-26毫米，所述圆孔薄片的孔径在广20毫米内，圆孔薄片的直径从外筒的入口处往外筒的出口处依次递减。
[0006]作为上述技术方案的进一步改进，所述阶梯孔喷嘴内包括第一孔和第二孔，靠近圆孔薄片的第一孔的直径大于第二孔的直径，第一孔的深度大于第二孔的深度。
[0007]作为上述技术方案的进一步改进，所述外筒入口和第一个圆孔薄片间的间距、相邻的圆孔薄片间的间距以及最后一个圆孔薄片与阶梯孔喷嘴间的间距在10-100毫米内，外筒的入口和第一个圆孔薄片间的间距、相邻的圆孔薄片间的间距以及最后一个圆孔薄片与阶梯孔喷嘴间的间距从外筒的入口处往外筒的出口处依次递增。
[0008]作为上述技术方案的进一步改进，所述外筒的入口设有套筒锁紧连接，所述套筒锁紧连接和外筒之间、圆孔薄片和外筒之间以及阶梯孔喷嘴与外筒之间均安装有密封圈。
[0009]本实用新型的有益效果是:相对于现有技术的有益效果是，其一，能够高质量高效率聚焦空气动力学直径在0.2-4um范围的颗粒物，不仅可以使聚焦后的颗粒束宽在距离装置出口几十厘米处仍然保持0.1mm以内，而且可以使颗粒在装置内的通过率高达95%;其二，相比于现有的方案，圆孔薄片孔径的减小，使整个装置整体外径更小；其三，圆孔薄片的间距优化，使整个装置轴向长度更短。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]下面结合附图及实例对本实用新型作进一步的说明。
[0011]图1是本实用新型的结构示意图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图，详细说明本实用新型的应用。
[0013]参照图1，两端敞口的圆柱状的外筒I内径为20-26毫米；五个圆孔薄片2作为聚焦透镜组合，依次安装在外I筒内，五个圆孔薄片2的孔径在广20毫米范围内，并圆孔薄片2的直径从外筒I的入口处往外筒I的出口处依次递减；阶梯孔喷嘴3内包括第一孔30和第二孔31，靠近圆孔薄片的第一孔30的直径大于第二孔31的直径，第一孔30的深度大于第二孔31的深度，并安装在外筒I的出口 ；外筒I入口和第一个圆孔薄片间的间距、相邻的圆孔薄片间的间距以及最后一个圆孔薄片与阶梯孔喷嘴间的间距在10-100毫米内，外筒的入口和第一个圆孔薄片间的间距、相邻的圆孔薄片间的间距以及最后一个圆孔薄片与阶梯孔喷嘴间的间距从外筒的入口处往外筒的出口处依次递增。外筒的入口设有套筒锁紧连接5，所述套筒锁紧连接5和 外筒I之间、圆孔薄片2和外筒I之间以及阶梯孔喷嘴3与外筒I之间均安装有密封圈4。采用空气作为进样载气，聚焦装置入口处气压控制在705Pa左右，聚焦装置出口处气压控制在IPa左右。
[0014]本实用新型的工作原理是气流进入薄片孔时，即从尺寸较宽的外筒入口进入到较窄尺寸的薄片孔，外筒内壁面处的气体会产生向中心轴线的加速运动，气流的速度急剧增加，气体被压缩通过薄片孔。那么气流在薄片孔前会形成收缩的流场，处于外筒内壁面附近并随着气流运动的颗粒会受到收缩流场的作用，具有向中心轴线运动的加速度。载流气体通过薄片孔后，即从较窄尺寸的透镜孔进入到较宽尺寸的外筒内部，气体会向四周扩散，气流在薄片孔后会形成扩张的流场。扩散的气体速度较小，则扩张的气流场对颗粒的轴向拖拽力也不大，此时颗粒的运动是颗粒自身的惯性起主要作用，即沿着靠近轴线运动。收缩-扩张气流场中颗粒的运动轨迹是本身的惯性力和气流对其拖拽力的综合作用结果，即颗粒脱离原来的运动轨迹向中心轴线运动而聚焦成相对紧密的颗粒束。
[0015]以上是对本实用新型的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
【权利要求】
1.一种空气动力聚焦颗粒装置，其包括两端敞口的圆柱状的外筒、依次安装在外筒内部的五个圆孔薄片和安装在外筒的出口处的阶梯孔喷嘴，其特征在于:所述的五个圆孔薄片中的孔中心线与阶梯孔喷嘴的中心线同轴，五个圆孔薄片中的孔中心线与外筒的中心线重合，相邻的两个圆孔薄片之间的间隔从外筒的入口处往外筒的出口处依次递增。
2.根据权利要求1所述的空气动力聚焦颗粒装置，其特征在于:所述外筒的内径为20-26毫米，所述圆孔薄片的孔径在f20毫米内，圆孔薄片的直径从外筒的入口处往外筒的出口处依次递减 。
3.根据权利要求1所述的空气动力聚焦颗粒装置，其特征在于:所述阶梯孔喷嘴内包括第一孔和第二孔，靠近圆孔薄片的第一孔的直径大于第二孔的直径，第一孔的深度大于第二孔的深度。
4.根据权利要求1所述的空气动力聚焦颗粒装置，其特征在于:所述外筒入口和第一个圆孔薄片间的间距、相邻的圆孔薄片间的间距以及最后一个圆孔薄片与阶梯孔喷嘴间的间距在10-100毫米内，外筒的入口和第一个圆孔薄片间的间距、相邻的圆孔薄片间的间距以及最后一个圆孔薄片与阶梯孔喷嘴间的间距从外筒的入口处往外筒的出口处依次递增。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的空气动力聚焦颗粒装置，其特征在于:所述外筒的入口设有套筒锁紧连接，所述套筒锁紧连接和外筒之间、圆孔薄片和外筒之间以及阶梯孔喷嘴与外筒之间均安装有密封圈。
【文档编号】H01J49/04GK203398086SQ201320461690
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年7月30日 优先权日:2013年7月30日
【发明者】刘志影, 李磊, 黄正旭, 高伟, 周振, 李梅, 粘慧青 申请人:广州禾信分析仪器有限公司, 昆山禾信质谱技术有限公司