一种测量荷电单液滴对细颗粒物吸附量的装置及其方法
【专利摘要】本发明属颗粒吸附量测量领域的一种测量荷电单液滴对细颗粒物吸附量的装置及其方法，包括顺次连接的微型气泵、颗粒发生室和吸附室；颗粒发生室设有舱盖和金属网，金属网与第一高压静电发生器相连；吸附室上端设有液滴发生装置，下端开有通孔，吸附室与监测装置相连；荷电液滴发生装置包括绝缘套筒和金属平口毛细管；金属毛细管与注射泵相连，金属平口毛细管管身与第二高压静电发生器相连。本发明结构简单，设计合理，能够精确测量荷电单液滴对细颗粒物吸附量，从而研究静电喷雾除尘机理；有助于静电喷雾除尘系统的设计和研究，提高静电喷雾除尘效率，有效控制烟气等细颗粒物排放。
【专利说明】
一种测量荷电单液滴对细颗粒物吸附量的装置及其方法
技术领域
[0001]本发明属于颗粒吸附量测量的研究领域，具体涉及一种测量荷电单液滴对细颗粒物吸附量的装置及其方法。
【背景技术】
[0002]大气细颗粒物污染已经对人类健康造成严重威胁。相关资料表明，全球有80%的人口处于世界卫生组织的空气质量指导线以上，致使每年约320万例死亡与大气细颗粒物污染有关。我国作为新兴的工业制造大国大气细颗粒物污染问题尤为突出。2013年，全国纳入PM2.5监测范围的74座城市中有92%不达标，其中32座城市PM2.5浓度高于国家标准2倍以上，排名前十的城市则超过3倍以上。加强细颗粒物控制迫在眉睫。
[0003]大气细颗粒物主要来源于燃煤电厂、机动车尾气以及工地扬尘等，从源头控制细颗粒物排放是治理大气细颗粒物污染的重要措施之一。现有技术中，采用静电喷雾除尘技术脱除气体中的细颗粒物是一种有效的细颗粒物排放控制手段，尤其针对纳米级颗粒物，脱除效率能够超过90 %。
[0004]在静电喷雾除尘系统中，细颗粒物受库仑力等影响，在荷电液滴表面及内部沉积，完成捕集过程。捕集效率受液滴和细颗粒物荷电量、相对速度以及物理参数等影响，会出现较大波动。荷电单液滴吸附细颗粒物是研究静电喷雾除尘过程的基础。精确测量荷电单液滴对细颗粒物的吸附量有助于深入研究静电喷雾除尘技术以及设计和优化静电喷雾除尘系统，提高静电喷雾除尘器除尘效率，有效控制细颗粒物排放。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对上述问题提供一种测量荷电单液滴对细颗粒物吸附量的装置及其方法，该装置能够精确测量液滴表面及内部的细颗粒物数量，从而研究静电喷雾除尘的捕集机理。
[0006]本发明的技术方案是:一种测量荷电单液滴对细颗粒物吸附量的装置，包括微型气栗、第一高压静电发生器、颗粒发生室、吸附室、金属平口毛细管、注射栗、第二高压静电发生器、监测装置和摄像装置；
[0007]所述微型气栗与颗粒发生室通过绝缘管连接;所述颗粒发生室内设有金属网，所述金属网与第一高压静电发生器电连接;所述颗粒发生室与吸附室通过第一硬质绝缘管连接；
[0008]所述金属平口毛细管的一端伸入吸附室的顶部，另一端通过第二硬质绝缘管与注射栗连接;金属平口毛细管的管身与第二高压静电发生器电连接;所述吸附室的底部开通孔，所述通孔与金属平口毛细管处于同一轴线;所述吸附室的下方设有拍摄区域，拍摄区域下方正对通孔的位置水平放置滤纸;摄像装置安装在正对着拍摄区域的位置;摄像装置与计算机电连接；
[0009]所述监测装置包括颗粒浓度监测装置、湿度监测装置和电流监测装置，所述颗粒浓度监测装置、湿度监测装置和电流监测装置的探头分别伸入所述吸附室内。
[0010]上述方案中，所述金属网5空隙不大于0.5mm。
[0011]上述方案中，所述颗粒发生室6设有舱盖I。
[0012]上述方案中，所述吸附室8顶部中心设有用于固定金属平口毛细管10的绝缘套筒9，所述金属平口毛细管10的一端通过绝缘套筒9伸入吸附室8顶部内、且与绝缘套筒9挤压连接。
[0013]上述方案中，所述吸附室8的底部固定连接有支架14。
[0014]上述方案中，所述通孔15孔径为金属平口毛细管10管径的20?30倍。
[0015]上述方案中，所述颗粒浓度监测装置为颗粒浓度监测仪。
[0016]上述方案中，所述湿度监测装置为湿度仪。
[0017]上述方案中，所述电流监测装置为电流表。
[0018]—种根据权利所述测量荷电单液滴对细颗粒物吸附量装置的测量方法，包括以下步骤:
[0019]S1、预先配置不同浓度细颗粒物与水混合液，混合均匀后用滴管依次采集样本液滴在滤纸上并烘干，在计算机上通过图像处理技术制成不同灰阶的颗粒浓度灰阶第一比色卡；
[0020]S2、打开颗粒发生室舱盖添加适量细颗粒物然后关闭舱盖打开微型气栗;打开第一高压静电发生器调至预设值;所述第一高压静电发生器给金属网提供荷电，所述微型气栗输出的气流与颗粒发生室内的细颗粒物混合后，经过金属网荷电、整流和过滤，通过第一硬质绝缘管进入吸附室；
[0021]S3、所述吸附室连接的监测装置的颗粒浓度监测装置显示颗粒浓度达到预设值并稳定时关闭微型气栗，打开所述注射栗，打开第二高压静电发生器调至预设值，在吸附室下端通孔下方铺放滤纸，并打开高速数码图像捕捉系统机摄像装置在预设拍摄区域拍摄，进行图像米集；
[0022]S4、通过改变工况，取得多组液滴吸附细颗粒物数据，包括拍摄图像和对应的滤纸样本;将不同工况下含有液滴的滤纸进行与步骤SI的滤纸相同处理并进行比对，制成颗粒浓度灰阶第二比色卡;将拍摄图像进行灰度处理并与第二比色卡关联对应制成颗粒吸附量第三比色卡;对颗粒吸附量灰阶第三比色卡进行灰度差分计算获得颗粒吸附量与采集图像灰度关系式；
[0023]S5、再次测量荷电液滴对细颗粒物吸附量时可将摄像装置采集的液滴图像灰度代入步骤S4中的颗粒吸附量与采集图像灰度关系式中计算得出荷电液滴对细颗粒物的吸附量。
[0024]本发明的有益效果是:与现有技术相比，本发明装置结构简单，设计合理，能够精确测量荷电单液滴对细颗粒物的吸附量，从而研究静电喷雾除尘的吸附机理;有助于静电喷雾除尘系统的设计和研究，提高静电喷雾除尘器除尘效率，有效控制烟气等气体中细颗粒物的排放。本发明方法通过步骤S4和步骤S5的关联标定，能够有效降低细颗粒物在液滴表面沉积及沉积不均匀等问题引起的直接光学测量产生的测量误差。
【附图说明】
[0025]图1为本发明一实施方式的结构示意图。
[0026]图中:1、舱盖;2、绝缘管;3、微型气栗;4、第一高压静电发生器;5、金属网；6、颗粒发生室;7、硬质绝缘管;8、吸附室;9、绝缘套筒、10、金属平口毛细管；11、注射栗；12、第二高压静电发生器；13、监测装置；14、支架；15、通孔；16、滤纸；17、拍摄区域；18、第二硬质绝缘管。
【具体实施方式】
[0027]为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照【附图说明】本发明的【具体实施方式】，在各图中相同的标号表示相同或相似的部分。附图仅用于说明本发明，不代表本发明的实际结构和真实比例。
[0028]图1所示为本发明所述测量荷电单液滴对细颗粒物吸附量装置的一种实施方式，所述测量荷电单液滴对细颗粒物吸附量的装置包括依次连接的微型气栗3、颗粒发生室6、吸附室8，以及第一高压静电发生器4、金属平口毛细管10、注射栗11、第二高压静电发生器12、监测装置13和摄像装置。
[0029]所述微型气栗3与颗粒发生室6通过绝缘管2连接;所述颗粒发生室6设有颗粒进料舱盖I，用于添加细颗粒物，关闭时起密封作用。所述颗粒发生室6内中部安装与其底面平行的金属网5，所述金属网5与第一高压静电发生器4电连接，所述金属网5空隙不大于0.5mm，能够对细颗粒物混合气流进行荷电、整流和过滤。所述颗粒发生室6与吸附室8通过第一硬质绝缘管7连接，增强气流稳定性，降低细颗粒物在管壁的黏附和结块;所述吸附室8上端为液滴产生装置，所述液滴产生装置包括绝缘套筒9和金属平口毛细管10;所述绝缘套筒9设在吸附室8顶部中心，绝缘套筒9用于固定金属平口毛细管10，所述金属平口毛细管10的一端通过绝缘套筒9伸入吸附室8顶部内，金属平口毛细管10与绝缘套筒9挤压连接、且可拆卸，便于更换不同口径的金属平口毛细管10;金属平口毛细管10的另一端通过第二硬质绝缘管18与注射栗11连接，降低管内压力波动对产生液滴尺寸的影响;金属平口毛细管10的管身与第二高压静电发生器12电连接。所述吸附室8的底部开通孔15，所述通孔15与金属平口毛细管10处于同一轴线，所述通孔15孔径为金属平口毛细管10管径的20?30倍，在容纳液滴通过的同时减少颗粒混合气体外泄。所述吸附室8的底部固定连接有支架14，支架14将吸附室8支起，所述吸附室8的下方留有充裕空间即拍摄区域17，可供高速摄像设备采集图像。拍摄区域17下方正对通孔15的位置水平放置滤纸16;摄像装置安装在正对着拍摄区域17的位置;摄像装置与计算机电连接;颗粒发生室6和吸附室8均由绝缘材料制成并接地。所述第一高压静电发生器4与第二高压发生器12的极性相反。
[0030]所述监测装置13包括颗粒浓度监测装置、湿度监测装置和电流监测装置，所述颗粒浓度监测装置、湿度监测装置和电流监测装置的探头分别伸入所述吸附室8内。其中，所述颗粒浓度监测装置为颗粒浓度监测仪，所述湿度监测装置为湿度仪，所述电流监测装置为电流表。
[0031]—种所述测量荷电单液滴对细颗粒物吸附量装置的测量方法，包括以下步骤:
[0032]S1、预先配置不同浓度细颗粒物与水混合液，混合均匀后用滴管依次采集样本液滴在滤纸上并烘干，在计算机上通过图像处理技术制成不同灰阶的颗粒浓度灰阶第一比色卡；
[0033]S2、打开颗粒发生室舱盖I添加适量细颗粒物然后关闭舱盖I打开微型气栗3;打开第一高压静电发生器4调至预设值;所述第一高压静电发生器4给金属网5提供荷电，所述微型气栗3输出的气流与颗粒发生室6内的细颗粒物混合后，经过金属网5荷电、整流和过滤，通过第一硬质绝缘管7进入吸附室8;
[0034]S3、所述吸附室8连接的监测装置13的颗粒浓度监测装置显示颗粒浓度达到预设值并稳定时关闭微型气栗3，打开所述注射栗11，打开第二高压静电发生器12调至预设值，在吸附室8下端通孔15下方铺放滤纸16，并打开高速数码图像捕捉系统机摄像装置在预设拍摄区域17拍摄，进行图像采集；
[0035]S4、通过改变工况:包括第一高压静电发生器4、第二高压静电发生器12输出电压及注射栗11的流量等，取得多组液滴吸附细颗粒物数据，包括拍摄图像和对应的滤纸样本；将不同工况下含有液滴的滤纸16进行与步骤SI的滤纸相同处理并进行比对，制成颗粒浓度灰阶第二比色卡;将拍摄图像进行灰度处理并与第二比色卡关联对应制成颗粒吸附量第三比色卡;对颗粒吸附量灰阶第三比色卡进行灰度差分计算获得颗粒吸附量与采集图像灰度关系式；
[0036]S5、再次测量荷电液滴对细颗粒物吸附量时可将摄像装置采集的液滴图像灰度代入步骤S4中的颗粒吸附量与采集图像灰度关系式中计算得出荷电液滴对细颗粒物的吸附量。
[0037]由于细颗粒物的动量较小，在到达荷电液滴后大部分将沉积在液滴表面，部分亲水性质的细颗粒物会进入液滴聚集在其内表面。利用光学手段精确测量荷电液滴对细颗粒物吸附量的难点在于对光学采集的图像进行准确标定。细颗粒物的沉积特性导致直接光学标定误差较大，因此不宜采用类似光学测量溶液浓度的标定方式。本发明采用步骤SI到S4中所涉及的标准混合液一采样混合液一采样图像的关联标定方式能够大幅度提高利用光学测量手段测量荷电液滴对细颗粒物吸附量的精确度。
[0038]应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
[0039]上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种测量荷电单液滴对细颗粒物吸附量的装置，其特征在于，包括微型气栗(3)、第一高压静电发生器(4)、颗粒发生室(6)、吸附室(8)、金属平口毛细管(10)、注射栗(11)、第二高压静电发生器(12)、监测装置(13)和摄像装置； 所述微型气栗(3)与颗粒发生室(6)通过绝缘管(2)连接;所述颗粒发生室(6)内设有金属网(5)，所述金属网(5)与第一高压静电发生器(4)电连接;所述颗粒发生室(6)与吸附室(8)通过第一硬质绝缘管(7)连接； 所述金属平口毛细管(10)的一端伸入吸附室(8)的顶部，另一端通过第二硬质绝缘管(18)与注射栗(11)连接;金属平口毛细管(10)的管身与第二高压静电发生器(12)电连接；所述吸附室(8)的底部开通孔(15)，所述通孔(15)与金属平口毛细管(10)处于同一轴线;所述吸附室(8)的下方设有拍摄区域(17)，拍摄区域(17)下方正对通孔(15)的位置水平放置滤纸(16);摄像装置安装在正对着拍摄区域(17)的位置;摄像装置与计算机电连接； 所述监测装置(13)包括颗粒浓度监测装置、湿度监测装置和电流监测装置，所述颗粒浓度监测装置、湿度监测装置和电流监测装置的探头分别伸入所述吸附室(8)内。2.根据权利要求1所述的测量荷电单液滴对细颗粒物吸附量的装置，其特征在于，所述金属网(5)空隙不大于0.5mm。3.根据权利要求1所述的测量荷电单液滴对细颗粒物吸附量的装置，其特征在于，所述颗粒发生室(6)设有舱盖(I)。4.根据权利要求1所述的测量荷电单液滴对细颗粒物吸附量的装置，其特征在于，所述吸附室(8)顶部中心设有用于固定金属平口毛细管(10)的绝缘套筒(9)，所述金属平口毛细管(10)的一端通过绝缘套筒(9)伸入吸附室(8)顶部内、且与绝缘套筒(9)挤压连接。5.根据权利要求1所述的测量荷电单液滴对细颗粒物吸附量的装置，其特征在于，所述吸附室(8)的底部固定连接有支架(14)。6.根据权利要求1所述的测量荷电单液滴对细颗粒物吸附量的装置，其特征在于，所述通孔(15)孔径为金属平口毛细管(10)管径的20?30倍。7.根据权利要求1所述的测量荷电单液滴对细颗粒物吸附量的装置，其特征在于，所述颗粒浓度监测装置为颗粒浓度监测仪。8.根据权利要求1所述的测量荷电单液滴对细颗粒物吸附量的装置，其特征在于，所述湿度监测装置为湿度仪。9.根据权利要求1所述的测量荷电单液滴对细颗粒物吸附量的装置，其特征在于，所述电流监测装置为电流表。10.—种根据权利要求1所述测量荷电单液滴对细颗粒物吸附量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤: S1、预先配置不同浓度细颗粒物与水混合液，混合均匀后用滴管依次采集样本液滴在滤纸上并烘干，通过图像处理技术制成不同灰阶的颗粒浓度灰阶第一比色卡； S2、打开颗粒发生室舱盖(I)添加适量细颗粒物然后关闭舱盖(I)打开微型气栗(3);打开第一高压静电发生器(4)调至预设值;所述第一高压静电发生器(4)给金属网(5)提供荷电，所述微型气栗(3)输出的气流与颗粒发生室(6)内的细颗粒物混合后，经过金属网(5)荷电、整流和过滤，通过第一硬质绝缘管(7)进入吸附室(8); S3、所述吸附室(8)连接的监测装置(13)的颗粒浓度监测装置显示颗粒浓度达到预设值并稳定时关闭微型气栗(3)，打开所述注射栗(11)，打开第二高压静电发生器(12)调至预设值，在吸附室(8)下端通孔(15)下方铺放滤纸(16)，并打开高速数码图像捕捉系统机摄像装置在预设拍摄区域(17)拍摄，进行图像采集； S4、通过改变工况，取得多组液滴吸附细颗粒物数据，包括拍摄图像和对应的滤纸样本;将不同工况下含有液滴的滤纸(16)进行与步骤SI的滤纸相同处理并进行比对，制成颗粒浓度灰阶第二比色卡;将拍摄图像进行灰度处理并与第二比色卡关联对应制成颗粒吸附量第三比色卡;对颗粒吸附量灰阶第三比色卡进行灰度差分计算获得颗粒吸附量与采集图像灰度关系式； S5、再次测量荷电液滴对细颗粒物吸附量时可将摄像装置采集的液滴图像灰度代入步骤S4中的颗粒吸附量与采集图像灰度关系式中计算得出荷电液滴对细颗粒物的吸附量。
【文档编号】G01N1/38GK105910999SQ201610431248
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月16日
【发明人】王军锋, 左子文, 霍元平, 刘海龙, 许荣斌
【申请人】江苏大学