***煙霧質量濃度測試系統(tǒng)主要包括激光源、準直透鏡、煙霧測試腔、接收透鏡、光電接收器、信號處理電路、測試分析軟件等。對于一定體積的氣溶膠, 其煙霧質量濃度W與顆粒尺度譜分布n(r)的關系見公式(1)

式中:W—煙霧質量濃度, mg/cm³; n(r)—顆粒尺度譜分布, 個/(cm³·μm); ρ_m—氣溶膠顆粒密度, mg/cm³; r —粒徑, μm。ρ_m=ρ₀·ρ_r, 其中, ρ₀—假定顆粒標準密度, 可取1.0×10³ mg/cm³ ρ_r—相對密度。

根據光在氣溶膠中傳輸的一般方程和透光率定義, 可得公式(2)。

式中:T—透光率, %; I—透過光強, cd; I₀—入射光強, cd; G_ext—消光系數, 1/m; L—光程, cm。由Mie理論可知, 顆粒尺度譜分布n(r)與消光系數G_ext滿足關系式(3)。

式中:λ—入射光波長, μm; C—與波長相關的經驗常數。

將公式(2)兩邊取自然對數并聯(lián)立公式(1)和(3)可得公式(4)。

式中:k—常數, k=2λ/3πCL。

公式(4)反映了***煙霧質量濃度W與透光率T的關系。

***煙霧質量濃度測試系統(tǒng)由下位機煙霧質量濃度測試儀和PC端上位機測試分析軟件組成, 兩者通過串口或以太網方式實現數據傳輸, 系統(tǒng)相關參數:λ=5.3 μm, C=0.58, L=20 cm。測試系統(tǒng)通過步進電機帶動絲杠, 拉伸注射器活塞桿使測量腔內形成負壓, 觸發(fā)***產生煙霧。激光光束經準直后照射煙霧測量腔, 入射光源經氣溶膠消光后到達接收透鏡, 再由光電接收器采集信號發(fā)送至信號處理電路, 處理后的數據在PC端實時顯示。

測試開始前, 對測試儀進行原點復位; 將測試樣品牢固安裝于夾持器端口; 打開測試儀并設置抽吸參數; 點擊“開始”啟動測試。

在電池桿滿電狀態(tài)下, 分別向2#霧化器內添加煙液A、B、C, 設置抽吸容量為35和55 mL, 測定并比較8、30 s兩種抽吸間隔下每口氣溶膠的煙霧質量濃度, 以電池桿電量耗盡作為測試終點。霧化器注液后靜置0.5 h以使導油棉充分浸潤, 后續(xù)研究均采用相同的靜置處理方法。為了減小誤差, 均平行測定3次, 取平均值。

使用直流穩(wěn)壓電源供電, 向2#霧化器內分別添加1, 2-丙二醇(ρr=1.036)、甘油(ρ_r=1.263)和混合溶劑(1, 2-丙二醇與甘油質量比2:1, ρ_r=1.105)。設置工作電壓為3.7和5.2 V, 采用CORESTA No.81抽吸參數(抽吸容量55 mL, 抽吸持續(xù)時間3 s, 抽吸間隔30 s)進行抽吸， 測定并比較每口氣溶膠的煙霧質量濃度。

影響***工作狀態(tài)的電學參數包括電阻值與工作電壓。選用煙液C, 測定并記錄每口的煙霧質量濃度。設置抽吸參數:抽吸容量55 mL, 抽吸持續(xù)時間3 s, 抽吸間隔30 s。使用1#、2#、3#霧化器和滿電電池桿考察電阻對煙霧質量濃度的影響。使用2#霧化器和直流穩(wěn)壓電源考察工作電壓對煙霧質量濃度的影響, 工作電壓分別設置為3.7、4.2、4.7和5.2 V。

在35和55 mL抽吸容量條件下, 8和30 s兩種抽吸間隔下的煙霧質量濃度測試結果。可知, 對于不同煙堿含量的煙液, 抽吸容量和抽吸持續(xù)時間一定時, 抽吸間隔越短, 煙霧質量濃度越大。原因是:電池僅在持續(xù)抽吸時放電, 抽吸間隔短, 霧化器內發(fā)熱絲的冷卻時間相應縮短, 累積熱量使發(fā)熱絲溫度更高, 煙液霧化更加充分。抽吸容量為55 mL時的測試結果與35 mL抽吸容量下的測試結果類似。不同抽吸參數下各煙堿含量煙液穩(wěn)態(tài)過程的煙霧質量濃度顯示, 煙霧質量濃度大小同時受抽吸容量和抽吸間隔的影響, 與煙堿含量高低無相關性。

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