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原文传递大气颗粒物干沉降通量高频测量装置和方法

专利名称：	大气颗粒物干沉降通量高频测量装置和方法
摘要：	本发明提供一种大气颗粒物干沉降通量高频测量装置和方法，装置包括：超声风速仪、颗粒物切割器、第一抽气泵、第一三通阀、第一样品采集单元、第二样品采集单元、第二抽气泵、第三抽气泵、颗粒物在线分析仪器和电控装置；其中，第一样品采集单元包括第二三通阀、第一采样管路、第二采样管路、第一开关、第二开关和第一四通阀；第二样品采集单元包括第三三通阀、第三采样管路、第四采样管路、第三开关、第四开关和第二四通阀。优点为：减少了样品从采集到离线分析带来的误差，使干沉降通量测定结果更准确。本发明具有两套采样系统，交替运行，保证样品无损失连续采样。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	中国科学院大气物理研究所
发明人：	刘冉冉;葛宝珠;董亚媛;潘小乐;王自发;林远;徐安壮
专利状态：	有效
申请日期：	2019-10-17T00:00:00+0800
发布日期：	2019-12-31T00:00:00+0800
申请号：	CN201910986996.0
公开号：	CN110631974A
代理机构：	北京市盛峰律师事务所
代理人：	席小东
分类号：	G01N15/06(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	100029 北京市朝阳区德胜门外祁家豁子华严里40号楼
主权项：	1.一种大气颗粒物干沉降通量高频测量装置，其特征在于，包括：超声风速仪(1)、颗粒物切割器(2)、第一抽气泵(3)、第一三通阀(4)、第一样品采集单元、第二样品采集单元、第二抽气泵(9)、第三抽气泵(10)、颗粒物在线分析仪器和电控装置；其中，所述第一样品采集单元包括第二三通阀(5.1)、第一采样管路(6.1)、第二采样管路(6.2)、第一开关(7.1)、第二开关(7.2)和第一四通阀(8.1)；所述第二样品采集单元包括第三三通阀(5.2)、第三采样管路(6.3)、第四采样管路(6.4)、第三开关(7.3)、第四开关(7.4)和第二四通阀(8.2)；所述超声风速仪(1)固定安装；所述颗粒物切割器(2)的进气管的管口与所述超声风速仪(1)的中心位置等高度；所述颗粒物切割器(2)的出口端与所述第一抽气泵(3)的入口端连通；所述第一抽气泵(3)的出口端与所述第一三通阀(4)的入口端连通；所述第一三通阀(4)的第一出口端与所述第一样品采集单元连接；所述第一三通阀(4)的第二出口端与所述第二样品采集单元连接；具体的，所述第一三通阀(4)的第一出口端与所述第二三通阀(5.1)的入口端连通；所述第二三通阀(5.1)的第一出口端与所述第一采样管路(6.1)的入口端连通，所述第一采样管路(6.1)的末端安装所述第一开关(7.1)；所述第二三通阀(5.1)的第二出口端与所述第二采样管路(6.2)的入口端连通，所述第二采样管路(6.2)的末端安装所述第二开关(7.2)；所述第一开关(7.1)连接到所述第一四通阀(8.1)的第一入口端；所述第二开关(7.2)连接到所述第一四通阀(8.1)的第二入口端；所述第一四通阀(8.1)的第一出口端与所述第二抽气泵(9)连通；所述第一四通阀(8.1)的第二出口端通过抽气管路(12)与所述第三抽气泵(10)连通；在所述抽气管路(12)上面，安装所述颗粒物在线分析仪器；所述第一三通阀(4)的第二出口端与所述第三三通阀(5.2)的入口端连通；所述第三三通阀(5.2)的第一出口端与所述第三采样管路(6.3)的入口端连通，所述第三采样管路(6.3)的末端安装所述第三开关(7.3)；所述第三三通阀(5.2)的第二出口端与所述第四采样管路(6.4)的入口端连通，所述第四采样管路(6.4)的末端安装所述第四开关(7.4)；所述第三开关(7.3)连接到所述第二四通阀(8.2)的第一入口端；所述第四开关(7.4)连接到所述第二四通阀(8.2)的第二入口端；所述第二四通阀(8.2)的第一出口端与所述第二抽气泵(9)连通；所述第二四通阀(8.2)的第二出口端通过抽气管路(12)与所述第三抽气泵(10)连通；在所述抽气管路(12)上面，安装所述颗粒物在线分析仪器；所述电控装置分别与所述超声风速仪(1)、所述第一抽气泵(3)、所述第二抽气泵(9)、所述第三抽气泵(10)、所述第一三通阀(4)、所述第二三通阀(5.1)、所述第三三通阀(5.2)、所述第一开关(7.1)、所述第二开关(7.2)、所述第三开关(7.3)、所述第四开关(7.4)、所述第一四通阀(8.1)和所述第二四通阀(8.2)电性连接。 2.根据权利要求1所述的大气颗粒物干沉降通量高频测量装置，其特征在于，所述颗粒物切割器(2)的进气管的管口距所述超声风速仪(1)的水平距离小于50cm。 3.根据权利要求1所述的大气颗粒物干沉降通量高频测量装置，其特征在于，所述颗粒物在线分析仪器为颗粒物化学组分监测仪(11.1)和颗粒物粒径分析仪(11.2)。 4.一种权利要求1-3任一项所述的大气颗粒物干沉降通量高频测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，电控装置通过超声风速仪(1)检测实时风速和风向；在第一抽气泵(3)的作用下，大气样品首先进入颗粒物切割器(2)，通过颗粒物切割器(2)对大气样品进行过滤操作，滤除大于2.5μm粒径的颗粒物；过滤后的气体到达第一三通阀(4)的入口；步骤2，电控装置对第一三通阀(4)进行交替性切换控制，导通第一三通阀(4)的入口与第一三通阀(4)的第一出口端；或者，导通第一三通阀(4)的入口与第一三通阀(4)的第二出口端；步骤3，当前时刻，当第一三通阀(4)的入口与第一三通阀(4)的第一出口端导通时，第一样品采集单元进行采样过程，同时，第二样品采集单元内已采集样品通过颗粒物在线分析仪器进行样品分析过程；步骤3A，第一样品采集单元进行采样过程，包括：第一样品采集单元处于采样过程时，第一开关(7.1)和第二开关(7.2)始终处于关闭状态；大气样品流入第二三通阀(5.1)的入口后，电控装置根据超声风速仪(1)测得的当前实时风向对第二三通阀(5.1)进行切换控制，具体的，如果当前实时风向为垂直风向向上时，电控装置导通第二三通阀(5.1)的入口端和第二三通阀(5.1)的第一出口端，大气样品进入到第一采样管路(6.1)；而如果当前实时风向为垂直风向向下时，电控装置导通第二三通阀(5.1)的入口端和第二三通阀(5.1)的第二出口端，大气样品进入到第二采样管路(6.2)；由此实现大气样品累积在第一采样管路(6.1)和第二采样管路(6.2)的效果；由于此种状态下，第一开关(7.1)和第二开关(7.2)始终处于关闭状态，因此，第二抽气泵(9)和第三抽气泵(10)不会对采样管路内气体产生干扰，第一四通阀(8.1)处于任意状态均可；步骤3B，第二样品采集单元内已采集样品通过颗粒物在线分析仪器进行样品分析过程，包括：步骤3B-1，第三采样管路(6.3)处于分析状态，同时第四采样管路(6.4)处于等待状态：由于第一三通阀(4)的入口端与第一三通阀(4)的第二出口端未导通，因此，第三三通阀(5.2)无气流流入，相当于入口端封闭，因此，第三三通阀(5.2)处于任一连通状态；首先第四开关(7.4)维持关闭状态，打开第三开关(7.3)，同时对第二四通阀(8.2)进行切换控制，使第二四通阀(8.2)切换至使第三采样管路(6.3)连通至第三抽气泵(10)；此时，第三采样管路(6.3)内已累积的大气样品被第三抽气泵(10)抽走的同时，部分样品被抽气管路(12)上连接的颗粒物在线分析仪器抽走进行大气样品分析检测；当第三采样管路(6.3)处于分析状态时，由于第四开关(7.4)维持关闭状态，因此，第四采样管路(6.4)处于等待状态；步骤3B-2，第三采样管路(6.3)处于清空状态，同时第四采样管路(6.4)处于分析状态：第三采样管路(6.3)内样品分析完成后，第三开关(7.3)保持打开状态，对第二四通阀(8.2)进行切换控制，第二四通阀(8.2)切换至将第三采样管路(6.3)连通至第二抽气泵(9)，第二抽气泵(9)将第三采样管路(6.3)内残余气体及颗粒物抽走，进行管路清空；在对第二四通阀(8.2)进行切换控制的同时，打开第四开关(7.4)，此时第二四通阀(8.2)同时将第四采样管路(6.4)连通至第三抽气泵(10)，第四采样管路(6.4)内大气样品被抽走的同时，部分样品被抽气管路(12)上连接的颗粒物在线分析仪器抽走进行大气样品分析检测；步骤3B-3，第三采样管路(6.3)处于等待采样状态，同时第四采样管路(6.4)处于清空状态：第四采样管路(6.4)内样品分析完成后，第四开关(7.4)保持打开；对第二四通阀(8.2)进行切换控制，第二四通阀(8.2)切换至将第四采样管路(6.4)连通至第二抽气泵(9)，第二抽气泵(9)将第四采样管路(6.4)内残余气体及颗粒物抽走，进行管路清空；在对第二四通阀(8.2)进行切换控制的同时，关闭第三开关(7.3)，第三采样管路(6.3)密闭，等待进入下一周期的采样过程；第四采样管路(6.4)清空结束后关闭第四开关(7.4)，等待进入下一周期的采样过程；步骤4，到达下一周期时，对第一三通阀(4)进行控制，使第一三通阀(4)的入口与第一三通阀(4)的第二出口端导通，此周期中，第二样品采集单元进行采样过程，同时，第一样品采集单元内已采集样品通过颗粒物在线分析仪器进行样品分析过程；如果不断使第一样品采集单元和第二样品采集单元进行交替的采样和样品分析过程，实现大气颗粒物干沉降通量高频测量分析。
所属类别：	发明专利