气溶胶发生器

气溶胶发生器 一、 简介 目前，数字粉尘仪已广泛应用于室内空气质量检测、工作场所空气质量检测、矿井粉尘浓度检测及户外空气质量检测。不同厂家对其生产的粉尘仪命名不尽相同，如数字粉尘仪、智能型数字粉尘仪、微电脑粉尘仪、呼吸性粉尘仪、防爆型粉尘仪等等。总体来说，这些仪器可统称为粉尘仪，为检测环境空气中粉尘颗粒质量浓度的仪器。粉尘仪根据测量原理可分为光散射式粉尘仪及压电天平式粉尘仪两种。光散射式粉尘仪根据粉尘颗粒对激光的散射通量来测定粉尘质量浓度，这类仪器构造相对简单、响应快、维护方便，为目前数字粉尘仪的主流产品，占市场总量的90%以上。但光散射式粉尘仪各厂家所用光源、探测器及光室不尽相同，仪器出厂前所用标定方法不尽相同，导致仪器的响应曲线及准确度千差万别，测得同一环境下的质量浓度差别较大，给用户使用带来不便，数据可比性较差。压电天平式粉尘仪目前生产厂家较少，因为其维护量较大，目前市场占有率不高。针对以上现状，各地质量技术监督部门非常有必要建立起数字粉尘仪的标定方法规范，用以检定不同厂家及不同用户的粉尘仪，以使粉尘检测的工作得以规范化管理。 数字粉尘仪有全尘及可吸入性粉尘之分。全尘是指测定空气中总的悬浮颗粒物，可吸入性粉尘是指空气中可吸入的那一部分粉尘，按照美国环保局及中国环保局的定义，可吸入性粉尘指空气动力学直径小于10微米以下的粉尘。所以一般的吸入性粉尘仪应该具备PM10入口切割头，该切割头对空气动力学直径为10微米的颗粒应该有50%的去除效率。切割粒径的偏差是影响粉尘仪准确度的一个关键因素。标定切割头的方法需用单分散标准PSL粒子。光散射仪器散射信号受颗粒的折射率的影响较大，同样质量的颗粒，如果成分不同，折射率就不同，由光散射型仪器测得的质量就不同。所以，针对不同的光散射仪器，有必要在统一的、稳定的散射介质下进行质量浓度的标定，目前应用较多的方法是利用ISO标准粉尘来标定。 针对以上需求，聚道合盛公司组建一套数字粉尘仪的标定装置及方法，装置的性能指标达到国际领先水平，方法具有NIST可溯源性。 二、 原理 聚道合盛颗粒物校准装置原理示意图如图1，通过粉尘发生器稳定均匀的发生出标准粉尘，通过稀释气流对其进行稀释并混匀进入混匀箱，在混匀箱的底部设置四个等速采样口，分别接滤膜夹托（或标准粉尘仪）和待测粉尘仪，通过对比彼此之间测得的粉尘浓度来确定待测粉尘仪的误差。系统主要由以下几部分组成：

图1 颗粒物校准装置示意图 （1）粉尘气溶胶发生器

粉尘气溶胶发生器（如图2）是一种通用的干粉气溶胶扩散器，其在气溶胶及粉体科学、工业过程和质量控制中有广泛应用。 干粉和灰尘的扩散技术包含两个步骤： 即向扩散器持续供料；将粉体扩散为气溶胶。一个公认的将粉末定量输送至扩散器的方法就是使用传动钢圈。 经过精心设计的钢圈宽度即使是在低供料率的情况下仍然可以持续稳定地输送粉末。通过调节送料钢圈的速度，便可轻易地大范围调节输出气溶胶的浓度。当粉末从喷嘴（指定的类型相似）中输出时，在喷嘴口形成的剪切力将团聚的粉末微粒分散开，从而形成气溶胶颗粒。一个专用的刮料装置可保证带齿间的填料均衡，从而将储槽中的粉末多少对气溶胶质量流量的影响减到最小。 主要有以下特点：

图2 粉尘气溶胶发生器  可在较宽范围内持续稳定地供料  换料和清洁均十分方便  精度高、 基本不受储槽中粉尘多少的影响  设备运行中的再填料不会影响到气溶胶质量浓度--持续长时间研究的理想选择  即使是低流量时仍可达到高浓度—可加快低流量情况下的应用研究。  扩散头可更换， 故一台设备的输出范围可在0.05～25g/h 内连续可调  使用手动和微机远程控制的单元均可 的质量输出量可轻易进行定义。 用户可以通过调节送料带的速度来调整输出所需的容积流量。 下表为容积流量和送料带速度的关系图（如图3）。 固体物质的质量流量取决于其体积密度， 而体积密度可通过测量一定时间内输送的物质质量轻易算出。 下表画出了几个输出标度的示例。一旦输出标度确定后，用户便可轻易地调节所需的物质质量输出量。

（2）洁净压缩空气源 由于粉尘气溶胶发生器在发生粉尘时需要外接洁净的压缩空气；粉尘在进入混匀箱时浓度较高，需要进行稀释，同样需要洁净的压缩空气。故整套装置需可提供洁净的压缩空气，即空气压缩机（提供压缩空气）、缓冲罐（储存压缩空气的地方）、冷干机（除去压缩空气中的水分和油滴）和三级过滤器（除去压缩空气中的颗粒），经过这些装置出来后的压缩空气即可其保证洁净、干燥。 （3）混匀箱

图3 不同粉尘的质量流量与送料带速度关系图 经过流体计算设计出的粉尘混匀场所，两端带弧形封顶的圆形筒，直径35cm，高度130cm。设有一个内径6mm 气溶胶入口；一个稀释空气入口(外管内径6mm，内管内径35mm)；内径为10mm的采样口共四个；一个内径10mm 过剩空气排出口；一个内径100mm 观察视窗。材料为304 不锈钢板；内壁面均经过特殊刨光处理，表面粗糙度小于0.0025mm，以防止静电及颗粒吸附；设计气流无死角，最长空气滞留时间21s；内部流场湍流剧烈、平均湍流强度达到90％以上，颗粒混合均匀，确保了不同仪器采集的颗粒浓度及粒径分布偏差不超过5％。 （4）流量控制单元 由于系统是常压模式，我们在混匀箱底部外接大气排掉多余的气体。此外，系统还配置了一个真空采样泵，用于滤膜采样或者无动力源的粉尘仪采样，采样流量通过质量流量控制计来调节并控制。 （5）不锈钢滤膜夹托 标准40mm滤膜夹托，用于粉尘采集称重分析，通过控制流量和时间可计算出采样期间混匀箱体内的粉尘浓度。 三、 操作说明 （1） 检查冷干机和三级过滤器处球阀（出气口球阀）是否关闭，确认其均处于开启状态； （2） 接通系统电源，确认动力房间空压机和冷干机面板处的开关已处于开启状态，并依次按下空压机、冷干机、粉尘气溶胶发生器、静电中和器，质量流量控制器，采样泵和备用的按钮（颗粒物校准装置左面板处）； （3） 待到压力稳定后，调节出气口减压阀出口压力值为4bar（已调至4bar，请确认）； （4） 调节发生流量（最上方的两个转子流量计）至流量总和大于采样气流，并保持一定的稳定性； （5） 调节尘气溶胶发生器入口压力值至3bar，并将干燥的标准粉尘装入料斗里，选择合适的钢圈装入喷嘴处，盖上透明罩子； （6） 调节“PREPARATION”到50%的位置（满偏为最右，零为最左处），将“CONTROL”打到“2”处（确认全部开启），调节“FEED RATE”来 改变喂入粉尘的质量，进而改变箱体内的粉尘浓度； （7） 打开混合箱子下面的球阀，确保混匀箱体内的压力处于微负压或微正压； （8） 上述调节完毕后，等候5min以便箱体内状态稳定，并准备采样所需物件； （9） 箱体下端的三个采样口，其中一个接URG采样器（滤膜称重法得到箱体内的浓度）或参比粉尘仪。若接URG采样器则需准备装入滤膜，另外两个采样口接待测粉尘仪。 （10） 打开采样泵，通过质量流量控制器来调节采样流量，并确人和待测的仪器采样流量相同，待质量流量控制器的流量稳定后开始放置膜托。 （11） 设置一定的采样时间（秒表计时），使参比和待测的采样口同时进行采样分析，时间到后请关闭采样泵。 （12） 通过采样器得到的滤膜重量增加量、采样时间和采样流量计算箱体在该时间段得平均质量浓度，或者通过参比粉尘仪直接求出质量浓度的平均值。 （13） 将滤膜称重或参比粉尘仪得到的粉尘质量浓度与待测进行对比，即可对待测粉尘仪进行校准。 （14） 测试完毕后，一次关闭所有的电控设备，空压机、冷干机、粉尘气溶胶发生器、静电中和器，质量流量控制器，采样泵和备用的按钮（颗粒物校准装置左面板处）。 （15） 关闭电控之后，一定要关闭气源口处的球阀以切断高压气源，并打开稀释气流的转子流量计来排掉气路中的高压气体，使整个系统处于常压状态。 四、 注意事项 （1） 保持装入粉尘气溶胶发生器内粉尘的干燥性，最好在使用前对粉尘进行干燥处理，确保工作时钢圈上无明显残留粉尘； （2） 在拆开清洗粉尘时，需小心操作，轻拿轻放； （3） 箱体内保持微负压或微负压，不得在压力表上向左或右满偏； （4） 入口压力调节至3Bar； （5） 冷干机出口压力值调节至1bar； （6） 采样流量参照实际情况和待测一致； （7） 采样用管道尽量短，避免管道过长导致粉尘的损失； （8） 定期打开混匀箱并清理内部粉尘，可使用吸尘器抽取粉尘。 五、 系统性能指标 系统性能指标如下：  适合颗粒类型：道路扬尘、ISO尘、SAE尘、PSL干粉等  粒径范围：0.1—150μm  箱体内颗粒浓度： 1—500mg/m3可调

 系统稳定时间：5min  连续运行时间：不低于4小时  稳定性：最大偏差小于7.9%❉  均匀性：最大偏差小于4.5%❉ ❉注：测试结果见中国计量科学研究院测试报告 系统各个部件的参数如下： （1）粉尘发生器 扩散小剂量PSL 标准粒子或粉尘  颗粒粒径范围：0.1 – 100μm  体积流量范围：0.3 – 5 m3/h  压缩空气要求：最大6bar  电源要求： 220 V / 50 Hz  仪器尺寸：D 320 x W 400 x H 320mm  仪器重量：12 kg （2）LD-5激光粉尘仪(选配)  测量原理：光散射  光源：880nm 激光  测量范围：0～2500 mg/m3  分辨率： 0.001 mg/m3  标定：通过ISO 12103-1 A2 标定  电源要求：12VDC 或100-240VAC