颗粒物监视器.pdf

一种颗粒物监视系统，包括管道，流体样本从输入口流至输出口而流过管道。颗粒物监视系统接收通过输入口输入管道的流体样本。所述流体样本包括不同尺寸的颗粒物。所述颗粒物监视系统控制流体样本流过管道的流动，以老化颗粒物。重力使得流体样本中一部分的颗粒物落入底部而不是从输出口排出，所述输出口在管道上竖直方向的位置高于输入口。由此，颗粒监视系统口输出流体样本中的一部分原始颗粒物(例如，未因重力掉落底部的颗粒物)，以供分析。

权利要求书一种方法，包括：
接收通过输入口输入管道的流体样本，所述流体样本包括不同尺寸的颗粒物；
控制所述流体样本流过所述管道的流动，以老化所述颗粒物；
从所述管道的输出口输出一部分的所述颗粒物，所述输出口在所述管道上竖直方向的位置高于所述输入口的位置；且
监视从所述管道的输出口输出的颗粒物的存在。
如权利要求1所述的方法，还包括：
利用重力在所述管道中分离所述流体样本中的较重颗粒与较轻颗粒。
如权利要求2所述的方法，其中所述重力与所述流体样本从所述输入口到所述输出口流过所述管道的定向流动大致相反。
如权利要求2所述的方法，还包括：
控制从所述输入口到所述输出口流过所述管道的所述流体样本的流速，以：i)使得所述较重颗粒与所述较轻颗粒相互分离，ii)从所述输出口输出所述较轻颗粒，且iii)使得所述较重颗粒沉淀到底部，所述底部在竖直方向的位置低于所述管道的输入口。
如权利要求1所述的方法，其中控制所述管道的环境参数包括：
控制所述管道中所述流体样本的温度。
如权利要求1所述的方法，其中控制所述管道的环境参数包括：
控制所述管道中所述流体样本的相对湿度。
如权利要求2所述的方法，还包括：
控制所述管道中所述流体样本的环境参数，以模拟颗粒物的老化，所述老化中，接收自所述输入口的颗粒物中的一部分颗粒基于受控制的环境参数而变为物理上较重的颗粒，所述较重颗粒因重力而沉积入所述管道的位于所述输入口下方的底部，而不是与不够重到因重力而沉积入所述底部的较轻颗粒一起从所述输出口输出。
如权利要求1所述的方法，其中从所述管道的输出口输出所述颗粒物的一部分包括：利用锥形管道以聚集从所述管道输出的所述流体样本；并且
其中监视从所述管道的输出口输出的颗粒物的存在包括：测量经由所述锥形管道从输出口输出的颗粒物的质量浓度。
如权利要求2所述的方法，其中控制所述流体样本经过所述管道的流动以老化所述颗粒物包括：
控制所述流体样本流过所述管道的流速，以使所述颗粒物在所述管道中的驻留时间大于阈值。
如权利要求2所述的方法，还包括：
控制所述流体样本流过所述管道的流速，以控制所述流体样本中的不同尺寸的颗粒物中哪一尺寸的颗粒物流过所述管道的输出口。
如权利要求1所述的方法，其中所述流体样本为气体样本和稀释气体的混合物，所述气体样本包括所述颗粒物。
如权利要求11所述的方法，还包括：
根据对所述管道中所述流体样本的相对湿度的监视，调节与所接收的气体样本混合的稀释气体的相对湿度，以将所述管道中经稀释的气体样本的相对湿度保持在所需水平；并且
监视从所述管道输出的所述经稀释的气体样本中颗粒物的存在。
如权利要求12所述的方法，还包括：
将所述经稀释的气体样本输入所述管道的输入速率设定为大致恒定的值。
一种颗粒物监视系统，包括：
管道，其配置为通过输入口接收流体样本，所述流体样本包括不同尺寸的颗粒物；
流控器，其控制所述流体样本流过所述管道的流动，以老化所述颗粒物；
输出口，其在所述管道上竖直方向的位置高于所述输入口，所述输出口配置为输出所述流体样本中一部分的所述颗粒物；及
监视器，其监视从所述管道的输出口输出的颗粒物的存在。
如权利要求14所述的颗粒物监视系统，其中重力分离所述流体样本中的较重颗粒与较轻颗粒。
如权利要求15所述的颗粒物监视系统，其中所述重力与所述流体样本从所述输入口到所述输出口流过所述管道的定向流动大致相反。
如权利要求15所述的颗粒物监视系统，其中所述流控器控制从所述输入口到所述输出口流过所述管道的所述流体样本的流速，以：i)使得所述导管中所述较重颗粒与所述较轻颗粒相互分离，ii)从所述管道通过输出口输出所述较轻颗粒，且iii)使得所述较重颗粒沉淀到底部，所述底部在垂直方向上的位置低于所述输入口。
如权利要求14所述的颗粒物监视系统，还包括：
温控器，以控制所述管道中所述流体样本的温度。
如权利要求14所述的颗粒物监视系统，其中控制所述管道的环境参数包括：
相对湿度控制器，以控制流过所述管道的所述流体样本的相对湿度。
如权利要求15所述的颗粒物监视系统，其中所述控制器配置为控制所述管道中所述流体样本的环境参数，以模拟颗粒物的老化，所述老化中，接收自所述输入口的所述颗粒物中的一部分颗粒基于受控制的环境参数而变为物理上较重的颗粒并且因重力而沉积入底部。
如权利要求14所述的颗粒物监视系统，其中所述管道包括锥形端，其聚集所述流体样本以供质量监视器进行分析；并且
其中所述质量监视器生成表征从所述输出口输出的颗粒物的颗粒尺寸分布的信息。
如权利要求14所述的颗粒物监视系统，其中所述流控器控制所述流体样本流过所述管道的流速，以使所述颗粒物在所述管道中的驻留时间大于阈值。
如权利要求14所述的颗粒物监视系统，其中所述流控器控制所述流体样本流过所述管道的流速，以控制所述流体样本中的不同尺寸的颗粒物中哪一部分的颗粒物克服所述重力并且流过所述管道的输出口。
如权利要求14所述的方法，还包括：
设于所述管道中的相对湿度传感器；及
相对湿度控制器，其配置为监视所述管道中的所述流体样本的相对湿度，所述相对湿度控制器控制与所接收的气体样本混合的稀释气体的相对湿度，以形成所述流体并且将所述流体样本的相对湿度保持在所需范围。

说明书颗粒物监视器
背景技术
无论是美国还是海外的清洁空气立法框架中，越来越要求对源排放排出的颗粒物的质量浓度进行连续的监视。业界极其需要以这种形式对颗粒质量浓度进行测量，即，其在与环境空气条件达成平衡之后模拟源排放物。此种形式的颗粒物质被称为总一次颗粒(Total Primary Particulate，TPP)，其包括利用可过滤提取从源直接脱除的颗粒物以及由剩余流体流在基准稳定下的凝结而生成的颗粒。
从污染源提取出、运送、调节及测量样本，对于提供一致的结果以及较短的停止服务时间来讲，是必不可少的关键过程。各所述过程各有其自身不同的要求，并且通过适当的设计可满足这些要求并且减少仪器服务间隔。
过去几十年间，美国环保署(EPA)至少颁布了15种对污染源排放的颗粒物进行测量的基准方法。有这么多方法的根本原因是由于EPA对原始方法(例如，方法5)进行修改而形成多种可变的条件。由于有这些可变的方法，仪器制造商利用自身的能力来为多种基础方法中的一种安装和校准(相互关联)代替的颗粒物测量(例如，光散射法、浊度法、探头起电法(probe electrification))，其可造成一个数量级的精度变化。
对TPP进行测量这一概念早已为业界所知。这一方法还被称为稀释通道采样，其中从源提取出样本并且用经过滤的环境空气进行稀释，这样就可使用现有的环境空气采样器或分析器来测量经稀释的浓度。通过同时计算稀释度(稀释比)，将测得的浓度乘以稀释比以计算源内的实际浓度。过去20年间，现有技术中有如下文献纪录了这一方法：
1)SAMPLING，ANALYSIS，AND PROPERTIES OF PRIMARY PM‑2.5：APPLICATION TO COAL‑FIRED UTILITY BOILERS.DOE AWARD#：DE‑FG2699‑FT40583，FEBRUARY 2003；DILUTION TEST METHOD FOR DETERMINING PM2.5AND PM10 MASS IN STACK GASES.ASTM WK8124～2008；
2)SOURCE CONTRIBUTIONS TO ATMOSPHERIC CARBON PARTICLE CONCENTRATIONS.G.R.CASS，CALIFORNIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY，1992；及
3)CONDITIONAL TEST METHOD 039，MEASUREMENT OF PM2.5AND PM10 EMISSIONS BY DILUTION SAMPLING，USEPA，JULY2004。
颗粒监视可以是复杂的处理过程。尽管基准方法能够在复杂的源排放环境下工作，但工作寿命稍短。不得不对设备进行频繁的清洗，并且对样气进行回收。
这些类型的步骤对于连续监视是不可接受的，由此，为了进行测量，需要有新的方法来对样气进行提取、处理、及调节。例如，美国环保署通常要求使用层叠式旋流器(in‑stack cyclones)，以利用惯性分离用于测量的目标颗粒并且收集和去除非目标的较大颗粒。此类旋流器只能在有限的时间内收集并且去除不需要的颗粒。然而，从服务的角度而言，无论是使用层叠式旋流器还是后稀释样气旋流器的这一方法都无法用于连续监视系统。
源环境是颗粒物监视系统的另一个复杂之处。尽管预期会用于高腐蚀的环境，但设计这一系统最大的挑战在于其可能用于水饱和环境，也可能用于极度酷热和干燥的环境。根据水滴的尺寸在干燥时会减小为水饱和环境下的1/4，因此，在水饱和环境下，需要收集约40微米以下的颗粒物和水滴，而干燥时会成为可能相关的10微米颗粒。
发明内容
本发明的实施例不同于现有的颗粒质量监视器和老化系统。例如，本发明的一实施例包括这样的颗粒监视系统，其至少一部分地依靠重力来分离垂直放置的管道中的不同尺寸的颗粒物。
更具体地，根据一实施例，颗粒物监视系统接收通过输入口输入管道的流体样本。所述流体样本包括不同尺寸的颗粒物。操作期间，所述颗粒物监视系统控制所述流体样本(例如，烟气样本和稀释气体或其他目标样本的混合物)流过所述管道的流动，以老化所述流体样本中的颗粒物。重力使得所述流动样本中的一部分颗粒物落入底部而不是从所述管道的输出口排出。所述颗粒物监视系统从所述管道的输出口输出一部分的所述颗粒物(例如，未因重力掉落的颗粒物)。所述输出口在导管的竖直方向上的位置高于所述输入口的位置。所述颗粒物监视系统监视从所述管道的输出口输出的颗粒物的存在。
如前所述，所述颗粒物监视系统的一实施例至少一部分地依靠重力在所述管道中分离所述流体样本中的较重颗粒和较轻颗粒。例如，所述颗粒物流过所述管道而发生老化。老化使得所述流体样本中的某些类型的颗粒物变得更重并且因重力掉入所述底部。老化使得某些颗粒物变得更轻并因此流过所述输出口以供监视。
根据其他实施例，所述流体样本的从所述管道的输入口到所述输出口的定向流动与所述重力大致相反。换言之，所述流体样本中的气体流或液体流对所述流体样本中的颗粒物施加力，以使其从所述输入口流至所述输出口。然而，重力以与所述流体样本的气体流或液体流的流动方向大致相反的方向推动所述颗粒物。若重力大于因所述流体样本中的流体流动而作用在所述颗粒物上的力，则所述颗粒物无法排出所述管道的输出口。若因所述流体样本中的流体流动而作用在所述颗粒物上的力大于重力，则所述颗粒物排出所述管道的输出口。
颗粒监视系统可配置为包括流控器，以控制从所述输入口到所述输出口流过所述管道的所述流体样本的流速，从而使得所述较重的颗粒与所述较轻的颗粒相互分离。这一处理可包括从所述输出口输出所述较轻的颗粒，且使得所述较重的颗粒沉淀到底部，所述管道中所述底部的位置在竖直方向上低于所述输入口的位置。
一实施例中，所述颗粒物监视系统和其中任何的一或多个控制器控制所述流体样本流过所述管道的流速，以使所述颗粒物的至少一部分在所述管道中的驻留时间大于阈值。
所述颗粒物监视系统还可控制所述流体样本流过所述管道的流速，以控制所述流体样本中的不同尺寸的颗粒物中哪一部分的颗粒物可克服所述重力并且流过所述管道的输出口。
除了所述流体样本的流动之外，所述颗粒物监视系统可配置为控制其他环境参数。例如，所述颗粒物监视系统可配置控制所述管道中的所述流体样本的温度；所述颗粒监视系统可配置控制所述管道中的所述流体样本的相对湿度；等等。
通过控制所述管道中所述流体样本的环境参数，所述颗粒物监视系统能够模拟当所述流体样本排入大气才会发生的颗粒物老化。如前所述，通过控制所述颗粒物监视系统中的环境参数，接收自所述输入口的流体样本中的一部分颗粒变为物理上较重的颗粒，所述较重颗粒因重力而沉积入底部，而不是与不足以因重力而沉积入所述底部的较轻颗粒一起从所述输出口输出。换言之，使得接收的颗粒物发生老化可在驻留管道期间将颗粒的空气动力学当量直径改变为较大的值，其使得颗粒掉入底部而不是排出管道。相反，使得接收的颗粒物发生老化可在驻留管道期间将颗粒的空气动力学当量直径改变为较小的值，其使得颗粒通过输出口排出管道而不是掉入底部。本发明所述的颗粒物可为单颗粒或多颗粒。
一实施例中，所述管道的输出口或其他部分为锥形，以聚集所述流体样本以供颗粒物监视。使得所述管道及/或输出口形成为锥形增大了供质量监视系统分析的流体样本的密度。
监视和分析从所述管道的输出口输出的颗粒物的存在可包括测量通过所述锥形管道从所述输出口输出的颗粒物的颗粒尺寸分布。
根据另一实施例，流过所述管道的流体样本可为稀释气体与接收的烟气样本的混合物。所述颗粒物监视系统可监视所述管道中的传感器(例如，相对湿度传感器或露点传感器以监视所述流体样本中的水)。所述颗粒物监视系统控制或调节与接收的烟气样本混合的稀释气体的稀释比，以将所述管道中的流体样本的相对湿度保持在所需的范围或水平。
质量监视系统监视流过管道并且从其输出的稀释烟气样本中颗粒物的存在。一实施例中，所述颗粒物监视系统将所述流体样本输入所述管道的输入速率设定为大致恒定的值，并且调节所述稀释气体的相对湿度以将所述流体样本的相对湿度保持在所需范围内。
提取喷嘴实施例
本发明的实施例包括颗粒物提取系统。颗粒物提取系统包括喷嘴之类的第一管道。包括一或多种不同尺寸颗粒物的流体样本流过第一管道。颗粒物提取系统沿与流体样本的流过第一管道的定向流动大致正交的方向施加流体流或幕，以将流体样本中的一部分颗粒物推入第二管道。例如，颗粒物提取系统可正交地在接收流体样本的第一管道的轴向端加流体流。颗粒物提取系统监视流过第二管道的颗粒物的存在。
根据其他实施例，颗粒物提取系统可配置为施加流体流，以使得颗粒物中相对较轻的颗粒物被推入第二管道，而使得颗粒物中相对较重的颗粒流过第一管道。
为了减轻颗粒物不理想地聚集在喷嘴上，颗粒物提取系统可配置为通过第一管道(例如，喷嘴)的流体渗透外壁结构来施加吹扫流体。
根据另一实施例，颗粒物提取系统的第二管道或探头可放置为大致与第一管道正交；第二管道的端部可配置为连接第一管道；第一管道的壁可配置为具有进入第二管道的开口，以接收流体样本中被正交地推动的颗粒物。施加流体流使得由第一管道接收的流体样本中相对较轻的颗粒物被推动经过喷嘴中的侧开口以进入第二管道，同时颗粒物中相对较重的颗粒流过第一管道的输出端。第一管道的壁厚在接收流体样本的轴向端处可越来越小。喷嘴的在输出流体样本的轴向端处的壁厚可向外扩张或变厚。
下文将更详细地描述这些或其他具体实施例。
应理解，本发明所述系统、方法、装置等的实施例可严格地实现为硬件，硬件与软件的混合，或仅仅是处理器或操作系统或软件应用内的软件。
如前所述，本发明的技术非常适用于颗粒物监视系统。然而，应注意，本发明的实施例并非限于此类应用，并且本发明的技术同样适用于其他应用。
此外，应注意，尽管可能在不同的地方分布描述了各个不同的特征、技术、结构等，然而本发明设计为，在合适的时候，各概念可视需要相互独立地实现或相互组合地实现。因此，可以多种不同的方式实现或观察一或多个本文所述的发明。
并且，应注意，本文对本发明所作的初步描述并不是为了具体描述所有的实施例及/或本文公开或所主张发明的递增的创新方面。相反，本文所作的简要描述仅给出了一般的实施例以及针对现有技术的相应创新点。就其他细节及/或本发明的可能方面(排列)，应参考下文所述的具体实施方式部分以及本发明的相应附图。
附图说明
根据下文参考附图详细描述的较佳实施例，可清楚本发明的前述或其他目标、特征、及优点，附图中，类似的标号指代所有不同视图中的相同部件。附图可能不成比例，而重点在于示出实施例，原理，概念等。
图1为根据本发明实施例的流体样本中颗粒物的老化系统的示意图；
图2为根据本发明实施例的流体样本中颗粒物的老化系统的示意图；
图3为根据本发明实施例的示出沉淀速度与颗粒物空气动力学当量直径之比的理论示意图；
图4为根据本发明实施例的包括控制流体样本的相对湿度或露点之组件的颗粒监视系统的示意图；
图5为根据本发明实施例的示意颗粒监视方法的流程图；
图6为根据本发明实施例的颗粒物分离的流程图；
图7为示出执行软件指令以减小根据本发明实施例之操作的计算机的示意图；
图8为现有喷嘴的示意图；
图9为根据本发明实施例的颗粒物提取系统的示意图；
图10为根据本发明实施例的颗粒物提取系统的示意俯视图；
图11为根据本发明实施例的颗粒物提取系统的示意俯视图；
图12为根据本发明实施例的喷嘴的示意剖视图；
图13为根据本发明实施例的颗粒物提取系统的示意俯视图；
图14为根据本发明实施例的喷嘴的示意竖直剖视图。
具体实施方式
示例颗粒监视系统包括流体样本流过的管道。颗粒监视系统接收从输入口输入管道的流体样本。流体样本可包括不同尺寸的颗粒物。颗粒监视系统对流体样本的流过管道的流动进行控制，以使得颗粒物老化。驻留在管道中时，颗粒物的特性会发生变化。与流体样本的朝向输出口的流体流动相反，重力致使流体样本中的一部分颗粒物落入底部，而没有经由输出口向外排除。管道中，输出口位于在竖直方向上比输入口高的位置。颗粒监视系统从输出口输出流体样本中的一部分原始颗粒物(例如，未因重力落入底部的颗粒物)以供分析。
更具体地，图1为示出本实施例颗粒监视系统100的示意图。如图所示，颗粒监视系统100包括输入口105，管道108，及输出口110。
作为一般实施例的本实施例，颗粒监视系统100接收流体样本120。流体样本120经由输入口105输入并且流过管道108而流至输出口110。当颗粒物125流过或驻留于管道108时，管道108用作颗粒物125的老化容器。
应注意，流体样本120可包括液体及/或气体，以及不同尺寸的任何合适类型的颗粒物。例如，一实施例中，流体样本120可作为i)烟气样本(例如，从烟囱接收的)和ii)稀释气体的混合物接收。烟气样本可包括用于分析的颗粒物。
一实施例中，颗粒监视系统100控制被接收入输入口105的流体样本120的流速。一实施例中，将流体样本120的流速控制在所需范围内以保证流体样本120的颗粒物125驻留在管道108至少达到最短的阈值时间。
根据另一实施例，对流体样本120的流速进行控制，以选择流过管道108通过输出口110的流体样本120中颗粒物的尺寸。
例如，如定向流135所示，流体样本120中的气体及/或液体以大致竖直的方向流过管道108而流至输出口110。流体样本120中的气体及/或液体对颗粒物施加向上的力，以推动颗粒物经过管道108并且将颗粒物推出输出口110以供分析。
输出口110设置在管道108中在竖直方向上比输入口105高的位置。如下文将详述地，输出口110包括质量监视系统，以判定与流体样本中的颗粒物相关的质量浓度。一实施例中，本文所述的所述系统包括或可用于检测颗粒物中一或多种颗粒的尺寸分布。例如，监视系统可测量流过管道108和输出口110的阈值以上颗粒物的不同尺寸。本实施例所述的颗粒物可为单颗粒或多颗粒。
如前所述，流体样本120中的存在的气体及/或液体定向流135向流体样本120中的颗粒物125施加向上的力。沿与大致相反的方向，重力150朝着底部155对颗粒125施加向下的力。若颗粒物上的重力150大于由流体样本120的流动所施加的力，所述颗粒物则不会排出管道的输出口而是落入底部155。若由流体样本120的流动所施加的力大于重力150，所述颗粒物则排出管道108的输出口110。
一实施例中，取决于颗粒物的有效空气动力学当量尺寸，颗粒物125流过管道108并排出输出口110，或者落入底部155。例如，空气动力学当量直径小于阈值的较轻颗粒物或颗粒物125‑1中的大部分流过管道108并排出输出口110。空气动力学当量直径大于阈值的较重颗粒物或颗粒物125‑2中的大部分无法流过管道108并排出输出口110。因此，颗粒监视系统100使用重力150和流体样本120的气体流动力，以分离较重的颗粒物125‑2和较轻的颗粒物125‑1。
施加于颗粒物125的重力150相对恒定。颗粒物监视系统100可控制流过管道108的流体样本120的速率(例如，体积)，以控制不同尺寸颗粒物的哪一部分克服重力并且流过管道的输出口。
例如，流过管道108的流体样本120的速率越高，流体样本120中有更多颗粒通过输出口110排出管道108。流过管道108的流体样本120的速率越低，导致流体样本120中有更多颗粒落入底部155而不是从输出口110排出。
再次应注意，流体样本120中的颗粒物125在流过管道的同时老化。当流体样本中的颗粒物驻留于管道108的过程中，老化的过程导致其中某些类型的颗粒物变得更重，从而使其因重力150掉入底部155。
当流体样本120中的颗粒物驻留于管道108的过程中，流体样本120中颗粒物的老化还可使得某些颗粒物125变得更轻，从而使其流过输出口110以进行质量监视。可对管道108中的流体样本120的环境参数进行控制，从而对流体样本120中的各颗粒物125进行不同类型的老化。
由颗粒监视系统100所控制的环境参数可包括管道中流体样本的温度；流体样本120的相对湿度；流过管道108的流体样本120的速度等。通过对管道108中的流体样本120的环境参数进行控制，颗粒监视系统100能够模拟颗粒物125只有排入大气环境才会发生的老化。
一实施例中，尽管管道108中的流体样本120的压力可为任何合适的值，但颗粒监视系统100将管道108内的压力控制在诸如1.0+/‑.5大气压的范围内。
根据另一实施例，在TPP类型的模拟过程中，颗粒监视系统100将管道108中的温度控制为约30度。
根据再一实施例，颗粒监视系统100将管道108中的温度控制为诸如25～180摄氏度范围内的任何合适的温度。
图2为根据本发明的对被接收的气体样本中的颗粒物进行老化的系统200的示意图。
并非作为一种限制，应注意，管道108，输出口110，质量监视器240之类的组件或者其一部分可放置在绝缘封罩290内。
如图所示，颗粒监视系统200经由探头215从烟道之类的源接收气体样本205。可对探头205进行加热。一实施例中，探头215位于在各烟道中(例如，烟囱或其他相关输出颗粒物的排出系统)。颗粒监视系统200可包括稀释气源210，其用于提供不含颗粒的干燥空气、氮气等，以稀释气体样本205。
颗粒物监视系统200包括流控器255(例如，一或多个控制阀，控制管等)，以控制气体样本205的流动及/或控制接收自稀释气源210的稀释气体对气体样本205的稀释。流体样本120为气体样本205与接收自稀释气源210的稀释气体的混合或组合。
颗粒监视系统200可包括温控器268。温控器268可配置为监视管道108中的流体样本120的温度，并且在所需的范围内调节管道108中的流体样本120的温度。
并非作为一种限制，颗粒监视系统200可包括流控器255以根据10∶1(例如，将十份稀释气体加入一份气体样本205)～25∶1(例如，将二十五份稀释气体加入一份气体样本205)的比率稀释气体样本205。由此，可使用10～25份的稀释气体对1份气体样本205进行稀释。根据本发明的其他实施例，应注意，可使用任何合适比率对气体样本205进行稀释，以进行本发明所述的颗粒质量监视。
根据再一实施例，接收自稀释气源210的稀释气体的露点为‑40～‑70摄氏度。然而，应注意，稀释气体的露点可为任何适用于各颗粒监视系统200应用的值。
如前所述，流体样本120流过管道108。颗粒物125在流过管道108的同时老化。流体样本120中的第一颗粒物部分125‑1流过输出口110，同时第二颗粒物部分125‑2落入底部155。
根据本实施例，管道108可由任何合适的材料制成，诸如不锈钢，塑料等。管道108的内壁(流体样本暴露至该内壁)可包括玻璃、环氧树脂之类材料的涂层245。某些类型的涂层可防止颗粒物在流过管道108的同时粘附于其上。
一实施例中，输出口110及/或管道108的各部分可包括锥形部220，以聚集流体样本120，从而通过质量监视器240进行颗粒监视。
质量监视器240监视从管道108的输出口110输出的颗粒物存在。质量监视器240可采用任何合适的技术来监视流体样本120中颗粒物的存在。例如，质量监视器240可配置为使得光学信号穿过流动的流体样本120并且对散射、反射、吸收进行分析等，以判定一或多类不同尺寸颗粒物各自的分布密度。可使用任何合适的技术来分析颗粒物。
利用质量监视器240对流动的流体样本120的分析可包括测量流体样本120中颗粒物的颗粒尺寸分布以及生成各颗粒分布信息260。可能性分布信息260可表示落入第一尺寸范围内的一组颗粒物的密度；可能性分布信息260可表示落入第二尺寸范围内的一组颗粒物的密度；等等。
根据另一实施例，如前所述，管道108中的流体样本120可为稀释气体与接收的包括颗粒物的烟气样本205的混合物。颗粒监视系统200可配置为监视管道108中流体样本的相对湿度。根据该实施例，颗粒监视系统200控制混合有接收的气体样本205的稀释气体(接收自稀释气源210)的相对湿度，以将管道108中的流体样本120的相对湿度维持在所需的范围内。
一实施例中，颗粒监视系统200使得流体样本120以大致恒定的速率输入管道108。
作为其中一种用处，本发明所述的颗粒监视系统可用于模拟烟气排出烟囱并且暴露至大气环境之后的烟羽状态(plume conditions)。离开烟囱之后的颗粒形成可包括一系列的过程，例如，凝结生长、液滴蒸发、凝并、团聚、富集、及饱和蒸汽压。这些过程系颗粒物“老化”过程的一部分。对环境参数及流体样本在管道108中的流动进行控制可模拟颗粒物发生在开放的大气下才会发生的老化。由此，即使其未排入烟囱上方的大气环境，也可对老化的颗粒物进行分析。
一实施例中，为了保持发生老化的一致性，可选择基准条件‑类似于测量环境PM2.5样本的实验室基准条件。管道108中流体样本的温度和相对湿度可选择为恒定值，因为这些参数的变化会影响老化。
如前所述，通过颗粒监视系统200，所述颗粒在从排放源(例如，烟气)提取出之后进入探头内的稀释区，从而在更下游将这些颗粒干燥至参考条件。流体样本120(包括各颗粒)被传送至管道108。一实施例中，管道108系称为垂直淘析器的容器。
如前所述，管道108利用重力分离并且去除大于给定空气动力学当量尺寸(或尺寸范围)的非目标颗粒。垂直管道108使得剩余的目标颗粒(例如，未因重力而落入底部155的颗粒物)流过输出口110以进行质量测量。
如前所述，可将管道108中流体样本120的温度、相对湿度、及垂直流速条件之类的参数保持为大致恒定的条件(例如，30摄氏度，70％RH，及0.00299m/s)，同时在管道108中对流体样本120(例如，经稀释的气体样本)老化所需的驻留时间。
如前所述，本发明的实施例中，可通过改变流体样本120流向质量监视器240的垂直速度，来获得可变的颗粒分离。例如，颗粒监视系统200可将流速设为第一速度，即，大多数的第一阈值以上的颗粒流过输出口110并且由质量监视器240进行分析而生成第一组可能性分布信息260；颗粒监视系统200可将流速设为第二速度，即，大多数的第二阈值以上的颗粒流过输出口110并且由质量监视器进行分析而生成第二组可能性分布信息260；等等。
一实施例中，管道108使得气体样本205中的颗粒物与稀释气体进行混合及/或反应并持续大于10秒。根据另一实施例，流体样本120的流速可控制为，驻留时间使得颗粒物在流体样本中的老化时间为约1分钟或更多分钟。
图3为根据本发明实施例的在50摄氏度温度及约1大气压的条件下，颗粒物的空气动力学当量直径与沉淀时间之比的假想图。
总体上，图300示出了大空气动力学当量直径的颗粒物的沉淀速度高于小空气动力学当量直径的颗粒物。应注意，图300考虑了幂回归(power regression)。为了推动流体样本120中较大尺寸颗粒物使其流过输出口，流体样本120中的气体及/或液体需有适当的较高速度。
图300可用于判定使流体样本120流过管道108的流速。例如，使用者首先判定流体样本120中要进行分析的目标颗粒的尺寸。然后，使用者将流体样本120的速率设定为高于目标颗粒物的相应沉淀速度，以将所述颗粒物推出输出口110。应注意，流体样本120中不同尺寸的颗粒驻留在管道108中的驻留时间不同。
示意实施例
应注意，仅以非示意性的方式示出了本示意实施例的各种不同参数，并且此类参数可根据实施例设为任何合适的值。
颗粒监视系统的一非限制性示意实施例中，以约1.88升每分钟(0.000031立方米每秒)的流速将流体样本120(例如，经稀释的样本)吸入或推入管道108的输入口105。
颗粒监视系统的管道108(例如，颗粒物分离室)可配置为内径约为0.118米并且高度为至少0.03米，以达成10秒的最小驻留时间。
可利用该内径计算管道108的截面积(从流135的方向观察)。例如，本示意实施例中，截面积为0.011平方米。将样本流速除以截面积以计算流体样本120的向上速度。本示例中，流体样本120的向上速度等于0.00284米每秒。
这样，该速度基本等于10微米空气动力学当量直径(AED)颗粒物的沉淀速度(见图300和400)。由此，大部分AED大于10微米的颗粒物都向下沉淀而未继续流动以被测量，但大部分AED小于10微米的颗粒物都被传送从而被测量。AED与沉淀速度之间的这一关系并非绝对的分离。一般地，可达成50％颗粒分界点，由此，流体样本120中50％的10微米AED颗粒将沉淀到底部155。剩余的颗粒被输出，以进行颗粒物分析。
随着颗粒的尺寸变得大于10微米空气动力学当量直径，流体样本120中越来越多比例的此种颗粒物会沉淀入底部155，并且那些小于10微米AED的颗粒的沉淀比例越来越小(有越来越多比例从输出口110排出)。可通过下列公示表示这一关系：