小型大氣細(xì)粒子譜儀關(guān)鍵部件研制.pdf

1、隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，能源、汽車消費(fèi)日益增多，環(huán)境問題變得尤其突出，特別是以大氣顆粒物污染為代表的大氣環(huán)境污染已經(jīng)嚴(yán)重影響人民生產(chǎn)生活。世界衛(wèi)生組織公布的全球空氣污染互動(dòng)式地圖表明中國(guó)顆粒物污染狀況非常嚴(yán)重，環(huán)保部公布的2015年環(huán)境報(bào)告也同樣顯示著國(guó)內(nèi)有近八成的城市空氣質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。與傳統(tǒng)的PM10、PM2.5相比，低于500nm的小粒徑顆粒物對(duì)于人體的造成的損害更大，更不容易去除。而傳統(tǒng)的空氣動(dòng)力學(xué)粒徑檢測(cè)法和激光散射強(qiáng)度檢測(cè)法都是

2、基于光學(xué)方法，對(duì)于300nm以下的超細(xì)顆粒物難以準(zhǔn)確檢測(cè)。而基于顆粒物的電遷移檢測(cè)原理，沒有光學(xué)和激光部件，不需要維持特定的檢測(cè)環(huán)境，且在理論上不存在檢測(cè)下限，同時(shí)結(jié)構(gòu)尺寸更易于小型化。相比于傳統(tǒng)的圓筒型差分電遷移分析儀，平板型差分電遷移分析儀具有更高的空間利用率，同時(shí)具有更低的制作成本，配合法拉第杯靜電計(jì)的微弱電流檢測(cè)更適用于分布式的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)和移動(dòng)便攜式使用，因此逐漸成為國(guó)際上研究大氣細(xì)顆粒監(jiān)測(cè)的主流方法。
　　本文主要圍繞著基

3、于電遷移的微電流檢測(cè)粒徑原理的小型大氣細(xì)粒子譜儀的研制展開，本文的主要研究?jī)?nèi)容有以下四部分組成。
　　1.對(duì)小型大氣細(xì)粒子譜儀的顆粒物荷電部分——?dú)馊苣z荷電器的研究設(shè)計(jì)。根據(jù)電暈放電理論結(jié)合擴(kuò)散荷電技術(shù)，設(shè)計(jì)了一個(gè)小型單極性荷電系統(tǒng)。其中該系統(tǒng)有兩部分組成，電暈放電部分為基于電暈放電理論研制的氣溶膠荷電器，另一部分為高壓恒流源。氣溶膠荷電器采用針尖-圓弧放電結(jié)構(gòu)，高壓恒流源為氣溶膠荷電器提供一個(gè)保持穩(wěn)定的電暈放電電流的高壓。對(duì)荷電

4、系統(tǒng)進(jìn)行了正極性和負(fù)極性電暈荷電效果的比較，并完成了不同粒徑大小的顆粒物荷電效率的標(biāo)定。對(duì)比了不同電暈電流下的內(nèi)外荷電效率，獲取到該系統(tǒng)最優(yōu)的外荷電效率和內(nèi)荷電效率。
　　2.對(duì)小型大氣細(xì)粒子譜儀的顆粒物分級(jí)部分——差分電遷移分析儀設(shè)計(jì)和研究。根據(jù)帶電粒子的電遷移理論，結(jié)合平板型差分電遷移分析儀的檢測(cè)理論，研制了一版小型平板型差分電遷移分析儀，理論計(jì)算了不同粒徑下的偏轉(zhuǎn)電壓。結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件，設(shè)計(jì)出顆粒物粒徑偏轉(zhuǎn)電壓標(biāo)定方案，

5、測(cè)試并標(biāo)定了設(shè)計(jì)的平板型差分電遷移分析儀的各顆粒物粒徑的偏轉(zhuǎn)電壓。
　　3.對(duì)小型大氣細(xì)粒子譜儀的檢測(cè)部分——法拉第杯的設(shè)計(jì)和改進(jìn)。主要從法拉第杯的檢測(cè)原理，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)入手。設(shè)計(jì)出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積較小，可用于小型大氣細(xì)粒子譜儀的法拉第杯。通過對(duì)法拉第杯的離子檢測(cè)模型進(jìn)行分析和建模，表明提高法拉第杯中敏感電極碰撞表面積可有效提高法拉第杯的離子檢測(cè)效率。
　　4.根據(jù)設(shè)計(jì)的三個(gè)主要的部件，初步搭建了小型大氣細(xì)粒子譜儀的樣機(jī)，