***烟雾质量浓度测试系统主要包括激光源、准直透镜、烟雾测试腔、接收透镜、光电接收器、信号处理电路、测试分析软件等。对于一定体积的气溶胶, 其烟雾质量浓度W与颗粒尺度谱分布n(r)的关系见公式(1)

式中:W—烟雾质量浓度, mg/cm³; n(r)—颗粒尺度谱分布, 个/(cm³·μm); ρ_m—气溶胶颗粒密度, mg/cm³; r —粒径, μm。ρ_m=ρ₀·ρ_r, 其中, ρ₀—假定颗粒标准密度, 可取1.0×10³ mg/cm³ ρ_r—相对密度。

根据光在气溶胶中传输的一般方程和透光率定义, 可得公式(2)。

式中:T—透光率, %; I—透过光强, cd; I₀—入射光强, cd; G_ext—消光系数, 1/m; L—光程, cm。由Mie理论可知, 颗粒尺度谱分布n(r)与消光系数G_ext满足关系式(3)。

式中:λ—入射光波长, μm; C—与波长相关的经验常数。

将公式(2)两边取自然对数并联立公式(1)和(3)可得公式(4)。

式中:k—常数, k=2λ/3πCL。

公式(4)反映了***烟雾质量浓度W与透光率T的关系。

***烟雾质量浓度测试系统由下位机烟雾质量浓度测试仪和PC端上位机测试分析软件组成, 两者通过串口或以太网方式实现数据传输, 系统相关参数:λ=5.3 μm, C=0.58, L=20 cm。测试系统通过步进电机带动丝杠, 拉伸注射器活塞杆使测量腔内形成负压, 触发***产生烟雾。激光光束经准直后照射烟雾测量腔, 入射光源经气溶胶消光后到达接收透镜, 再由光电接收器采集信号发送至信号处理电路, 处理后的数据在PC端实时显示。

测试开始前, 对测试仪进行原点复位; 将测试样品牢固安装于夹持器端口; 打开测试仪并设置抽吸参数; 点击“开始”启动测试。

在电池杆满电状态下, 分别向2#雾化器内添加烟液A、B、C, 设置抽吸容量为35和55 mL, 测定并比较8、30 s两种抽吸间隔下每口气溶胶的烟雾质量浓度, 以电池杆电量耗尽作为测试终点。雾化器注液后静置0.5 h以使导油棉充分浸润, 后续研究均采用相同的静置处理方法。为了减小误差, 均平行测定3次, 取平均值。

使用直流稳压电源供电, 向2#雾化器内分别添加1, (ρr=1.036)、甘油(ρ_r=1.263)和混合溶剂(1, 与甘油质量比2:1, ρ_r=1.105)。设置工作电压为3.7和5.2 V, 采用CORESTA No.81抽吸参数(抽吸容量55 mL, 抽吸持续时间3 s, 抽吸间隔30 s)进行抽吸， 测定并比较每口气溶胶的烟雾质量浓度。

影响***工作状态的电学参数包括电阻值与工作电压。选用烟液C, 测定并记录每口的烟雾质量浓度。设置抽吸参数:抽吸容量55 mL, 抽吸持续时间3 s, 抽吸间隔30 s。使用1#、2#、3#雾化器和满电电池杆考察电阻对烟雾质量浓度的影响。使用2#雾化器和直流稳压电源考察工作电压对烟雾质量浓度的影响, 工作电压分别设置为3.7、4.2、4.7和5.2 V。

在35和55 mL抽吸容量条件下, 8和30 s两种抽吸间隔下的烟雾质量浓度测试结果。可知, 对于不同烟碱含量的烟液, 抽吸容量和抽吸持续时间一定时, 抽吸间隔越短, 烟雾质量浓度越大。原因是:电池仅在持续抽吸时放电, 抽吸间隔短, 雾化器内发热丝的冷却时间相应缩短, 累积热量使发热丝温度更高, 烟液雾化更加充分。抽吸容量为55 mL时的测试结果与35 mL抽吸容量下的测试结果类似。不同抽吸参数下各烟碱含量烟液稳态过程的烟雾质量浓度显示, 烟雾质量浓度大小同时受抽吸容量和抽吸间隔的影响, 与烟碱含量高低无相关性。