一种低浓度气溶胶生成方法及其生成装置

本发明涉及细颗粒物/可吸入颗粒物质量浓度监测仪校准领域，具体涉及一种低浓度气溶胶生成方法及其生成装置。

背景技术：

1、气溶胶，英文名为 aerosol，是指悬浮在气体介质中的固态或液态颗粒所组成的气态分散系统。目前国内外多采用标准粒子的方式对细颗粒物防护器材和监测仪器进行校准检测，但细颗粒物在空气中的物理化学性状极易发生变化，导致标准粒子的制作和其应用之间产生较大的偏差。对于细颗粒物监测仪器和细颗粒物防护器材的性能研究，首先需要解决的问题之一就是测试气溶胶的稳定性,也就是需要研制出能够发生满足测试要求细颗粒物气溶胶粒子的气溶胶发生器。另一方面，低浓度细颗粒物实时发生和检测技术可以有效提高效率和精度并且节约成本，因此开展低浓度细颗粒物发生装置及检测方法的研究具有重要意义。

2、传统的气溶胶发生装置要么是液体雾化法、要么是直接将固体粉料磨碎后送入混匀箱、要么是将粉沫状颗粒直接送入混匀箱。液体雾化法只能获得单粒径颗粒物，颗粒物浓度无法长时间稳定，液态颗粒物用量较大。直接将固体粉料磨碎后送入混匀箱和粉沫状颗粒直接送入混匀箱制备气溶胶，其稳定性受环境温湿度、气流、粉料材质等影响，往往适用于高浓度颗粒物发生，无法进行低浓度气溶胶的发生。

3、中国专利申请202310300944x公开了《一种生物气溶胶发生系统》，公开号是cn116251545a，该生物气溶胶发生系统采用液体雾化法，通过分流组件利用不同粒径的胶粒在重力以及差气流的双重作用下，对大粒径胶粒和中粒径胶粒进行分离，再通过电迁移器利用不同粒径的胶粒在电场中移动速度的差异，将超小胶粒筛分出来，使得装置能够发生粒径范围更加精准的小粒径胶粒，使得气溶胶粒径可控、浓度可控。这种方法只适用于单一种类的气溶胶颗粒，且相对浓度较大，不适用于颗粒种类复杂、低浓度气溶胶的发生。

4、另一中国专利申请2023109995230公开了《一种超声驱动型粉尘气溶胶发生系统》，公开号是cn116983870a，该系统利用超声波发尘、经文丘里泵混合稀释，输出低浓度度粉尘气溶胶。但优于发尘动力完全来自于超声波，能量偏低，发尘效果差，另外，低浓度的气溶胶往往容易受静电的影响较大，形成团聚效应，影响气溶胶的稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的其中一个目的是提供一种低浓度气溶胶生成方法，能够高效方便的形成稳定的低浓度气溶胶。

2、本发明所述一种低浓度气溶胶生成方法，包括以下方法步骤：

3、步骤s1,采用空气压缩机抽取空气制备压缩空气，随后利用冷干机将压缩空气进行冷却和干燥、利用空气过滤器过滤得到样品空气，将样品空气分三路输出；

4、步骤s2,将粉尘颗粒置于颗粒物发生瓶中，颗粒物发生瓶置于水浴槽中，利用振动装置带动颗粒物发生瓶振动使粉尘颗粒扬尘漂浮在颗粒物发生瓶中，利用设置在水浴槽中的超声波发生器作用于颗粒物发生瓶的外壁，并传导至瓶内气体，使瓶内环境进行共振，促进漂浮在颗粒物发生瓶中的粉尘颗粒扬尘的进一步扩散；

5、步骤s3，在颗粒物发生瓶的瓶口处设置文丘里管，将步骤s1中的其中一路样品空气输出连接到文丘里管的输入端，利用文丘里管形成的负压吸取颗粒物发生瓶中悬浮的粉尘颗粒扬尘从文丘里管的输出端排出，形成原始气溶胶；

6、步骤s4,将步骤s3得到的原始气溶胶和步骤s1剩余的两路样品空气同时输入到混合仓中，得到作为标准气体的低浓度气溶胶。

7、通过上述技术方案，本发明利用振动装置使封闭在颗粒物发生瓶中的粉尘颗粒悬浮于瓶体中，再以超声波波束通过介质传播到颗粒物发生瓶中,形成高频机械振动,从而对放置在颗粒物发生瓶中的粉尘颗粒进行搅拌或分散,达到更好的混合、分散的效果，随后再利用文丘里效应吸取瓶体中的气体形成气溶胶气体，最后在稀释和混合仓中进行稀释，进而形成稳定的低浓度气溶胶。

8、优选地，在步骤s3通过流量阀控制样品空气输出到文丘里管输入端的流量：在步骤s4,通过流量阀控制样品空气输出到稀释和混合仓的流量，步骤s1制得的样品空气输入到混合仓之前进行加热。

9、通过上述技术方案，可以准确地控制文丘里管的输出流量以及低浓度气溶胶的稀释比例。

10、本发明的另一个目的是提供一种低浓度气溶胶生成装置，能够高效方便的形成稳定的低浓度气溶胶。

11、本发明所述一种低浓度气溶胶生成装置包括样品空气生成模块、颗粒物发生模块以及稀释和混匀模块。

12、所述样品空气生成模块包括依次串联的空气压缩机、冷干机和空气过滤器；所述空气过滤器的输出端设置有连接到颗粒物发生模块的发生模块接口以及连接到混匀模块的混匀模块接口；

13、所述颗粒物发生模块包括颗粒物发生瓶、设置在颗粒物发生瓶瓶口处的文丘里管、设置在颗粒物发生瓶底部的水槽、安装在水槽内的超声波发生器，所述文丘里管的喉管部设置有连通到颗粒物发生瓶内腔中的负压管，文丘里管的输入端连通发生模块接口、输出端连接到混匀模块，所述颗粒物发生瓶通过悬浮支架安装到水槽中并且颗粒物发生瓶的底面低于水槽中的水面，所述颗粒物发生瓶与水槽之间设置有振动装置；

14、所述稀释和混匀模块包括混匀仓、设置在混匀仓上端的样品空气输入接口和气溶胶输入接口、设置在混匀仓下端的标准气体输出接口和泄压口。

15、通过上述技术方案，振动装置和超声波发生器共同作用于颗粒物发生瓶中的粉尘颗粒，用于高效发生均匀稳定的气溶胶，文丘里管形成的负压将气溶胶吸进混匀仓中稀释并混合，产生稳定的低浓度气溶胶。

16、优选地，所述文丘里管输出端的内腔中设置有金属防静电网，所述混匀仓的外壁设置有防静电贴，所述金属防静电网和防静电贴均通过导线与地线电连接。

17、通过上述技术方案，可以消除气溶胶中粉尘颗粒的静电团聚力，提高气溶胶的稳定性。

18、优选地，所述金属防静电网包括套设在文丘里管输出端外壁上的套环、贯穿文丘里管输出端外壁设置的弹性辐条、与文丘里管输出端的内腔同心设置的多个同心圆环。

19、通过上述技术方案，金属防静电网与气溶胶的接触面积大、除静电效果好，气流通过金属防静电网时形成的振动可以防止粉尘颗粒吸附在网面上，防止网面堵塞。

20、优选地，所述振动装置是设置在悬浮支架11底部的电磁铁。

21、通过上述技术方案，可以方便地调节振动频率。

22、优选地，所述文丘里管的输入端以及样品空气输入接口上均设置有用于调节气流流量的流量阀，所述混匀仓的内腔中设置有连通标准气体输出接口的漏斗，所述泄压口上安装有泄压阀门和泄压过滤器。

23、通过上述技术方案，可以方便地调节低浓度气溶胶的稀释比例。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果是：可以对干粉颗粒物同时进行超声、振动、加热、搅拌和送料，能够发生均匀稳定的低浓度气溶胶。

技术特征：

1.一种低浓度气溶胶生成方法，其特征在于，包括以下方法步骤：

2.根据权利要求1所述的一种低浓度气溶胶生成方法，其特征在于，在步骤s3通过流量阀控制样品空气输出到文丘里管输入端的流量：

3.一种低浓度气溶胶生成装置，包括样品空气生成模块、颗粒物发生模块以及稀释和混匀模块，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的一种低浓度气溶胶生成装置，其特征在于：所述文丘里管（2）输出端的内腔中设置有金属防静电网（21），所述混匀仓（5）的外壁设置有防静电贴（55），所述金属防静电网（21）和防静电贴（55）均通过导线与地线电连接。

5.根据权利要求4所述的一种低浓度气溶胶生成装置，其特征在于：所述金属防静电网（21）包括套设在文丘里管（2）输出端外壁上的套环（22）、贯穿文丘里管（2）输出端外壁设置的弹性辐条（33）、与文丘里管（2）输出端的内腔同心设置的多个同心圆环（34）。

6.根据权利要求3或4所述的一种低浓度气溶胶生成装置，其特征在于：所述振动装置是设置在悬浮支架（11）底部的电磁铁。

7.根据权利要求3或4所述的一种低浓度气溶胶生成装置，其特征在于：所述文丘里管（2）的输入端以及样品空气输入接口（51）上均设置有用于调节气流流量的流量阀，所述混匀仓的内腔中设置有连通标准气体输出接口（53）的漏斗，所述泄压口（54）上安装有泄压阀门（541）和泄压过滤器（542）。

技术总结本发明涉及细颗粒物/可吸入颗粒物质量浓度监测仪校准领域，具体涉及一种低浓度气溶胶生成方法及其生成装置。采用电磁机械振动和超声破共振发尘、文丘里管输送混合并稀释，形成均匀并稳定的低浓度气溶胶。技术研发人员：高捷,李学庆,冯忠彬,马嫣,程康,于清,周兴,张守忠,廖邱刚,张健,何东郡,杨中元,孙磊,隋峰,黄春荣,管其红,朱建强,周宁宁,周歆棋受保护的技术使用者：山东大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18