凝结核计数器(CondensationNucleus Counter一CNC),主要应用于测量悬浮在大气中的凝结核(气溶胶)浓度,是最基本的测量气溶胶的仪器之一。在实际大气中,起凝结作用的气溶胶粒子最小直径有时只有几纳米,即使用最先进的激光探测技术也无法直接测量到。凝结核计数器克服了这一难题,它利用先使测量气体凝结,再测量凝结粒子浓度的方法,以达到间接测量凝结核浓度的目的。 凝结核计数器发明于上世纪,从最早简易的爱根核计数器,到现在各种精密仪器CPC,已有超过100年的历史。凝结核计数器的类型如下: 爱根核计数器
爱根核计数器(Aitken Nucleus Counter)是最早的凝结核计数器,由爱根于1888年研究成功。仪器为一个与抽气筒相连的小室,室上有一放大镜供观察读数。小室内壁附一层浸湿的多孔纸,以保持室内空气接近饱和。小室内装入一定体积的待测气体,然后用抽气筒抽气,使室内降压而达到很高的过饱和度,空气中的水汽便在悬浮的气溶胶质点(即凝结核上)凝结增长成水滴,沉降在小室底部上刻有尺寸网格的玻璃板上,用放大镜读出小水滴的数,乘以仪器的校正系数即为凝结核浓度。该仪器的工作量程为100-15000cm,误差为10-20%。爱根核计数器实际上是一种体积极小的云室,容积只有几十立方厘米(而大型云室可达3000m) ,控制要素只有压力一项,结构也非常简单。 N一P计数器
N一P计数器(Nolan一PollakCounter)最初由诺兰和波拉克于1955年制造,因此得名。它是世界第一台能够快速又较准确测量出凝结核浓度的计数器,并在几十年内得到广泛应用。
N-P计数器的工作原理是通过膨胀使原本被压缩的空气迅速冷却,以实现过饱并凝结的目的。最早的压缩空气与大气压的比率固定为1. 21。快速降压产生近似绝热膨胀的效果,使空气冷却产生凝结。
声学粒子计数器APC
声学粒子计数器APC (AcousticParticle Counter)发明于上世纪五六十年代,后曾被用于测量雾粒子浓度,尺度范围为5-30,APC小属于凝结核计数器,可是其设计原理独特,运用声学技术完成计数,是计数器设计原理的又一次创新。
APC由纯净空气组成的超薄气流通过探测器。当一个粒子进入该超薄气流时,由于粒子与其环绕气流存在密度差异,气流就会产生涡旋,变得动荡。这个动荡增加了流动阻力,产生一个暂时的气压差,导致气流发出一次嘀嗒的声响,这个声响被麦克风放大后,由自动粒子计数器记录卜来,就完成了一次计数。
凝结粒子计数器CPC
凝结粒子计数器C P C(CondensationParticle Counter)是现在最主流的凝结核计数器,它的出现取代了N-P计数器。仪器首先让空气饱和凝结,随后再由激光探测器计算出粒子个数,载有凝结粒子的气流通过激光传感器,由于激光器腔内直径很小,一次只有一个凝结粒子通过激光探头,因此此类凝结核计数器被又称为单粒子计数器。 电子低压撞击计数器ELPI
电子低压撞击计数器ELPI(Electrical Low Pressure Itnpactor)是凝结核计数器设计的又一次新尝试。最小测量粒径范围为7nm--10 um,仪器主要由级联撞击器、线管级电晕、多通道静电计三个部分组成。