本发明属于环境监测技术领域，涉及一种小型颗粒物冷凝生长计数器。具体来说，是一种通过过饱和蒸气在颗粒物表面冷凝，使纳米级颗粒物生长到微米量级，再利用光学计数器对颗粒物进行计数的测量仪器。
背景技术：
近年来，随着我国霾污染问题的突显，人们对大气颗粒物的关注度也越来越高。2012年我国将pm2.5列入环境空气质量标准中。pm2.5的定义是空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物，它能长时间悬浮在空气中，并随呼吸进入人体，从而对人体健康产生危害。我们通常所说的pm2.5浓度指颗粒物质量浓度。纳米颗粒物是指粒径小于100纳米的颗粒物，也叫超细颗粒物。因为纳米颗粒物的体积很小，所以它不仅更容易随呼吸进入人体，损伤肺部，还具有强渗透性，可以进入细胞中干扰正常的细胞进程。所以用颗粒物的表面积或者粒子数来评估其对人体健康的损伤能力，相对而言会比粒子质量浓度更可靠。早在1996年，研究者们就发现颗粒物的大小是它们的毒性的一个很大的决定因素。换句话说，即使纳米颗粒物的化学组分毒性不强，也可以使人患病。而且，即使在pm2.5浓度很低的情况下，纳米颗粒物的数量浓度也可以很高，所以纳米颗粒物对人体健康的危害更具有隐蔽性和不确定性。
基于纳米颗粒物对人体健康和大气环境等的重要影响，从2011年9月起实施的欧盟机动车粒数新标准就要求对机动车尾气排放进行检测的仪器，其对23nm的颗粒物的计数效率应达到50％。我国对纳米颗粒物的重视也在加强，在中华人民共和国环境保护部2013年9月发布，2018年1月1日起实施的《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第五阶段)》中，在粒子质量(pm)的基础上，新增一项“粒子数量”(pn)的排放指标，综上所述，对纳米颗粒物进行计数是一项重要的工作，制造出满足人们生产生活所需的粒子计数器也是十分必要的。
颗粒物冷凝生长计数器(condensationparticlecounters,cpc)是最为常见的纳米颗粒物计数仪器。它的基本原理是：形成工作液体过饱和的环境，将待测气溶胶通入其中后通过非均相成核作用使颗粒物冷凝生长，当颗粒物粒径达到光学检测单元的下限后即可被计数。
根据形成过饱和环境的方法的不同，cpc主要分为两种类型：混合型cpc和层流型cpc。层流型cpc最为常用，从第一台商用型层流式cpc(tsi3020)开始，美国tsi公司研发了一系列商用型cpc。其中一部分cpc以醇为工作液体，一部分cpc以水为工作液体。tsi3020型cpc以正丁醇为工作液体，样本气流先进入蒸发室，再随蒸气一起进入冷凝室。stolzenburg&mcmurry在tsi3020的基础上进行了改进，研发了tsi3025型cpc，并在其上采用了wilson等人所创的鞘气的设计，即用一股气流使待测气溶胶被限制在冷凝室的中轴线，从而减少进气损失，提高计数效率。上述的冷凝生长计数器在冷凝室的设计上均使用半导体制冷片进行制冷。由于半导体制冷片在工作工作状态中背面会产生大量的热，所以其结构都需要巨大的散热块和风扇，这样导致整体结构庞大。另外制冷片散热会造成巨大的能耗。难以满足科学研究对其便携性的要求。
在我国已公布的发明专利中，专利公开号为cn107387500a的专利涉及一种用于检测流体中颗粒状污染物的检测系统，专利公开号为cn107576606a的专利涉及一种探头可分离的尘埃粒子计数器，专利公开号为cn107478556a的专利涉及一种基于无尘排气设计的在线尘埃粒子计数监测系统。这些发明专利虽然都有粒子计数的功能，但是仅限于光学探测器能检测到的范围，即微米级颗粒物。
针对上述问题，本发明提出一种新型的针对纳米颗粒物的冷凝生长计数器，克服了结构庞大和能耗大的缺点，实现其小型化。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明旨在提供一种小型颗粒物冷凝生长计数器，实现颗粒物的计数和仪器的小型化，适合于实验室内和外场观测中的应用。
一种小型颗粒物冷凝生长计数器，包括：分流系统1，过滤装置2，蒸发室3，隔热器8，制冷片9，气溶胶进口及工作液回收装置10，工作液回收泵11，工作液储存瓶12，冷凝室13，测压装置15，光散射测量仪16，限流孔17，三通18，气泵19，进液泵20；所述分流系统1入口连接待采样对象；分流系统1出口a通过软管与所述过滤装置2入口连接；过滤装置2出口通过软管与所述蒸发室3连接；蒸发室3中间空腔内固定吸水材料4，所述吸水材料4为聚丙烯纤维，中间有6个通孔，便于气体流过；蒸发室3出口与所述隔热器8连接；隔热器8出口与所述冷凝室13连接；所述气溶胶进口及工作液回收装置10的入口a与分流系统1出口b通过软管连接；气溶胶进口及工作液回收装置10出口b通过软管与所述工作液回收泵11连接；工作液回收泵11通过软管与所述工作液储存瓶12入口连接；工作液储存瓶12出口通过软管与所述进液泵20连接；进液泵20通过软管与所述蒸发室进液口5连接；气溶胶进口及工作液回收装置10出口c与冷凝室13入口连接；冷凝室13出口与所述光散射测量仪16入口连接；光散射测量仪16出口通过软管与限流孔17连接；限流孔17通过软管与所述三通18接口a连接；三通18接口b通过软管与所述气泵19连接；三通18接口c通过软管与所述测压装置15连接；测压装置15通过软管分别与蒸发室测压喷嘴7和冷凝室测压喷嘴14连接；所述蒸发室3和冷凝室13并列排布，蒸发室和冷凝室之间固定制冷片9。
其中，所述的蒸发室3如图2所示，位置301放置温度传感器，位置302通过螺纹与蒸发室进液口5相连，位置303通过螺纹与温度探头6相连，位置304通过螺纹与蒸发室测压喷嘴7相连。
隔热器8如图3所示，其材料为导电塑料，将工作液蒸气输送至冷凝室中。
气溶胶进口及工作液回收装置10如图4所示，结构1001即为所述入口a，与分流系统1出口b通过软管连接；结构1002即为所述出口b，通过软管与工作液回收泵11连接；结构1003即为所述出口c，与冷凝室13入口连接。
冷凝室13如图5所示，位置1301用于固定制冷片9，位置1302与隔热器8出口连接，位置1303放置温度传感器。
本发明的有益效果为：
本发明提供了一种小型颗粒物冷凝生长计数器，可对大气中的纳米颗粒物进行计数。本发明的优点为：采用背靠背型设计，将蒸发室和冷凝室从传统的轴向排布变成了并列排布，有效利用和节省了空间，实现了仪器的小型化；将制冷片置于蒸发室和冷凝室之间，把制冷片在制冷过程中产生的热用于蒸发室的制热，减少了热量耗散的浪费，省去了排热风扇。
附图说明
图1为本发明小型颗粒物冷凝生长计数器结构示意图。
图2为本发明计数器的蒸发室立体示意图。
图3为本发明计数器的隔热器立体示意图。
图4为本发明计数器的气溶胶进口及工作液回收装置立体示意图。
图5为本发明计数器的冷凝室的立体示意图。
图中：
1-分流系统2-过滤装置3-蒸发室
4-吸水材料5-蒸发室进液口6-温度探头
7-蒸发室测压喷嘴8-隔热器9-制冷片
10-气溶胶进口及工作液回收装置11-工作液回收泵12-工作液储存瓶
13-冷凝室14-冷凝室测压喷嘴15-测压装置
16-光散射测量仪17-限流孔18-三通
19-气泵20-进液泵
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进一步详细说明。
待测气流首先进入分流系统1，其中的80％(以体积流量计)经过滤装置2除去所含的颗粒物后进入固定有吸水材料4的蒸发室3，所述吸水材料为聚丙烯纤维，中间有6个通孔，便于气体流过。在高温下的工作液蒸发为蒸气，随气流经过隔热器8进入冷凝室13，在低温下形成工作液的过饱和环境。待测气流中另外20％(以体积流量计)直接通过气溶胶进口及工作液回收装置10进入冷凝室13，在过饱和环境下工作液蒸气在颗粒物表面凝结，颗粒物吸湿生长，粒径达到光散射测量仪16的检测下限后被探测并计数。
其中，气流流量通过限流孔17控制和测压装置15控制。其原理为：当经过限流孔的气流速度达到声速后，再提高其上下游的压力差，其气流速度将保持不变，仍为声速，以此可控制气体流量。测压装置15分别与蒸发室测压喷嘴7、冷凝室测压喷嘴14和限流孔17下游的三通18相连，从而测量限流孔17前后的压力差，使其大于临界压差后可以使流量维持在定值。
工作液的液面控制与回收通过温度探头6、气溶胶进口及工作液回收装置10、工作液回收泵11和进液泵20来实现。其原理为：温度探头6在液面上和液面下时的电阻不同，当其在液面上则由计算机交互控制系统启动进液泵20，使工作液进入蒸发室；当其在液面下则由计算机交互控制系统停止进液泵20运行。冷凝室中冷凝的液体沿壁留下后由气溶胶进口及工作液回收装置10回收，进入工作液储存瓶12。定期检查工作液储存瓶12中的液体量。
蒸发室3、冷凝室13的温度由制冷片9和置于蒸发室3、冷凝室13上的温度传感器控制。其原理为：制冷片9为半导体制冷片，一面制冷的同时另一面用于散热。将制冷片9的制冷面贴于冷凝室13上，散热面贴于蒸发室3上，同时达到了制冷和制热的功能。通过蒸发室3和冷凝室13上的温度传感器和交互控制系统控制制冷片9以使两者均达到设定温度。计数器整体通过螺丝进行机械固定，气密性通过连接处的o型圈保证。
上述实施例对本发明的技术方案进行了详细说明。显然，本发明并不局限于所描述的实施例。基于本发明中的实施例，熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或相类似的变化都属于本发明保护的范围。