小型大氣細粒子譜儀關鍵部件研制.pdf

1、隨著中國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，能源、汽車消費日益增多，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式地圖表明中國顆粒物污染狀況非常嚴重，環(huán)保部公布的2015年環(huán)境報告也同樣顯示著國內(nèi)有近八成的城市空氣質(zhì)量不達標。與傳統(tǒng)的PM10、PM2.5相比，低于500nm的小粒徑顆粒物對于人體的造成的損害更大，更不容易去除。而傳統(tǒng)的空氣動力學粒徑檢測法和激光散射強度檢測法都是

2、基于光學方法，對于300nm以下的超細顆粒物難以準確檢測。而基于顆粒物的電遷移檢測原理，沒有光學和激光部件，不需要維持特定的檢測環(huán)境，且在理論上不存在檢測下限，同時結(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，同時具有更低的制作成本，配合法拉第杯靜電計的微弱電流檢測更適用于分布式的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測和移動便攜式使用，因此逐漸成為國際上研究大氣細顆粒監(jiān)測的主流方法。
　　本文主要圍繞著基

3、于電遷移的微電流檢測粒徑原理的小型大氣細粒子譜儀的研制展開，本文的主要研究內(nèi)容有以下四部分組成。
　　1.對小型大氣細粒子譜儀的顆粒物荷電部分——氣溶膠荷電器的研究設計。根據(jù)電暈放電理論結(jié)合擴散荷電技術，設計了一個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保持穩(wěn)定的電暈放電電流的高壓。對荷電

4、系統(tǒng)進行了正極性和負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定。對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.對小型大氣細粒子譜儀的顆粒物分級部分——差分電遷移分析儀設計和研究。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理論，研制了一版小型平板型差分電遷移分析儀，理論計算了不同粒徑下的偏轉(zhuǎn)電壓。結(jié)合實驗現(xiàn)有實驗條件，設計出顆粒物粒徑偏轉(zhuǎn)電壓標定方案，

5、測試并標定了設計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.對小型大氣細粒子譜儀的檢測部分——法拉第杯的設計和改進。主要從法拉第杯的檢測原理，機械結(jié)構(gòu)設計入手。設計出一種結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，可用于小型大氣細粒子譜儀的法拉第杯。通過對法拉第杯的離子檢測模型進行分析和建模，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效率。
　　4.根據(jù)設計的三個主要的部件，初步搭建了小型大氣細粒子譜儀的樣機，