[发明专利]一种串联差分电迁移率测量仪及其测量方法

权利要求书

1.一种串联差分电迁移率测量仪，其特征在于，包括DMA（1）和SMPS（2），DMA（1）与高压电源（3）之间用高压电源线连接，其余连接部件均为气管连接，SMPS（2）进气口与扩散干燥器（8）出气口相连；SMPS（2）出气口经过第一三通阀（17-1）后分别与第一全氟磺酸管（7-1）的内管进气口和加热器（12）的进气口相连将气路分为两路，其中一路中第一全氟磺酸管（7-1）的内管出气口与第二全氟磺酸管（7-2）的内管进气口相连形成串联结构，另外一路中加热器（12）的出气口与扩散吸附管（13）的进气口连接，第二全氟磺酸管（7-2）的内管出气口与扩散吸附管（13）的出气口连接第二三通阀（17-2）之后再合并为一路，第二三通阀（17-2）出气口与热交换器（15）的进气口相连，热交换器（15）的出气口与第一温湿度探头（5-1）的进气口相连，第一温湿度探头（5-1）的出气口与DMA（1）的气溶胶进气口相连；

空压机（18）的出气口分别连接四个流量控制器（4）的进气口，其中两个流量控制器（4）的出气口又分别连接至一个鼓泡系统（9）的进气口，另外两个流量控制器（4）的出气口分别与两个鼓泡系统（9）的出气口相连合并得到两路气体，其中一路与第二全氟磺酸管（7-2）的外管进气口相连，第二全氟磺酸管（7-2）的外管出气口与第一全氟磺酸管（7-1）的外管进气口相连，第一全氟磺酸管（7-1）的外管出气口排空，而另外一路气体分别连接两个针阀（10）的进气口，其中一个针阀（10）的出气口直接排空，另外一个针阀（10）的出气口与流量计（6）进气口连接，流量计（6）的出气口连接过滤器（14）的进气口，过滤器（14）的出气口与第二温湿度探头（5-2）的进气口相连，第二温湿度探头（5-2）的出气口与DMA（1）的壳气进气口相连；

DMA（1）的壳气出气口与限流孔（11）的进气口相连，DMA（1）的气溶胶出气口连接至CPC（19）的进气口，而限流孔（11）的出气口与CPC（19）的出气口相连后连接至气泵（16）的抽气口。

2.根据权利要求1所述的一种串联差分电迁移率测量仪，其特征在于，所述的第一三通阀（17-1）和第二三通阀（17-2）两个气路交替闭合，一路通气时另外一路为闭合状态。

3.基于权利要求1所述测量仪关于吸湿性的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、利用SMPS（2）筛选所测粒径的单分散相的颗粒物，如筛选粒径为D_p0的颗粒物，只有粒径为D_p0的颗粒物能通过SMPS的狭缝，粒径大于或者小于D_p0的颗粒物将被去除；

步骤二、SMPS2筛选出来的所测粒径的颗粒物进入第一全氟磺酸管（7-1）和第二全氟磺酸管（7-2）进行吸湿，第一全氟磺酸管（7-1）和第二全氟磺酸管（7-2）是由多根细小的全氟磺酸膜构成的空心细管并联而成的，全氟磺酸膜只允许水分子自由通过，其他物质如氧气和颗粒物无法通过，所以当气溶胶样品经过第一全氟磺酸管（7-1）和第二全氟磺酸管（7-2）内腔时，管周围湿空气（壳气）中的水分子会透过全氟磺酸膜进入到气溶胶样品气中，使样品气中的颗粒物吸湿增长，第一全氟磺酸管（7-1）和第二全氟磺酸管（7-2）的壳气由干空气和湿空气混合而成，湿空气由干燥空气通过鼓泡系统（9）加湿得到，通过控制流量控制器（4）调节干空气和湿空气气体的流量比可以控制壳气的相对湿度RH，进而控制样品气经过第一全氟磺酸管（7-1）和第二全氟磺酸管（7-2）加湿后的RH，壳气的流量设计为气溶胶样品流量的30倍，减少了第一全氟磺酸管（7-1）和第二全氟磺酸管（7-2）吸附水造成的湿度调节滞后，同时，多个第一全氟磺酸管（7-1）和第二全氟磺酸管（7-2）串联的设计增加了调节湿度的效率，实现了气溶胶样品湿度的快速调节，气路中加入热交换管（15），保证了气路温度与DMA（1）温度保持一致，气溶胶样品以及DMA（1）壳气的温度和湿度用温湿度探头（5）测量；

步骤三、在DMA（1）中测量吸湿之后的样品的粒径分布：通过调节DMA（1）电压控制经过DMA（1）的颗粒物粒径，再利用CPC（19）检测通过DMA（1）的颗粒物的数浓度，进而得到颗粒物的粒径分布，为了防止吸湿后的颗粒物样品在DMA（1）中进行粒径测量时由于其表面水分的增减造成粒径的变化，必须保证整个测量过程中DMA（1）中湿度为一恒定值，所以DMA（1）的壳气也必须进行湿度的调控，调控的原理与步骤二中第一全氟磺酸管（7-1）和第二全氟磺酸管（7-2）的壳气湿度控制原理一样，控制DMA（1）壳气湿度使其与样品气经过第一全氟磺酸管（7-1）和第二全氟磺酸管（7-2）加湿后的湿度相同，DMA（1）的壳气采用开路循环模式，干湿混合气流量略高于所需壳气流量，利用针阀（10）和限流孔（11）联合控制流量；

步骤四、计算吸湿增长因子：通过比较吸湿后DMA（1）测量到的颗粒物粒径D_p和SMPS（2）筛选出的颗粒物粒径D_p0可计算得到颗粒物的吸湿增长因子，一般吸湿增长因子Growth factor，用Gf表示，计算公式为：Gf=Dp/Dp₀。

4.基于权利要求1所述测量仪关于吸湿性的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、利用SMPS（2）筛选所测粒径的单分散相的颗粒物；

步骤二、SMPS（2）筛选出来的所测粒径的颗粒物进入加热器（12）加热挥发，加热器（12）的温度控制为30-200摄氏度，气溶胶经过加热后挥发出来的气体组分通过扩散吸附管（13）去除，然后经过热交换管（15）使气溶胶冷却到常温；

步骤三、在DMA（1）中测量加热挥发之后的气溶胶样品的粒径分布：通过调节DMA（1）电压控制经过DMA（1）的颗粒物粒径，再利用CPC（19）检测通过DMA（1）的颗粒物的数浓度，进而得到颗粒物的粒径分布；

步骤四、对比各个加热温度条件下，颗粒物挥发前后的粒径，计算颗粒物不同温度下的挥发性：设加热后DMA1测量得到的颗粒物粒径为Dp_v,SMPS2筛选出的颗粒物粒径为Dp₀，挥发因子VGrowth factor为VGf表示，则颗粒物在某温度下的挥发因子计算公式为：VGf=Dp_v/Dp₀。