CN103091132A - 外载式无动力大气颗粒物采样器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种外载式无动力大气颗粒物采样器，在采样器的输入端设置有采样口，输出端设置有多孔排气管，采样口与多孔排气管之间的气流通道上设置有颗粒物切割器，外载式无动力大气颗粒物采样器，还包括压差传感器、主控制器、设置在所述多孔排气管上的电动阀以及采样器输出端处设置的尾翼调节部件，主控制器，通过导线与所述压差传感器相连；外载式无动力大气颗粒物采样器安装在飞行器上。本发明无需配置动力设备，利用外界气流产生的动力实现大气颗粒物采样，并通过压差传感器实时检测采样器输入端与输出端处空气压力差值，主控制器，根据所述空气压力差值，智能调节电动阀和尾翼调节部件保持采样气体流速恒定,实现等速采样。

Description

外载式无动力大气颗粒物采样器
技术领域
本发明涉及一种大气环境监测仪器，尤其涉及一种外载式无动力大气颗粒物采样器。
背景技术
颗粒物采样器，是开展空气质量监测的重要设备，主要用于采集空气中的悬浮颗粒物，为获得空气中的悬浮颗粒物含量提供数据分析基础。撞击式采样器其工作原理为：利于抽气泵提供一个吸气动力，使空气以一定的速度流入采样器，由于粒径的大小不同而具有的动量不同，当气溶胶颗粒物随着空气流通过切割器时，大粒径的颗粒物被阻留在切割器的收集板上，小粒径的颗粒物则被空气流带动绕过收集板到达滤膜并被采集，因此达到分离不同粒径颗粒物的目的。
环境监测需要得到比较精确的空气中颗粒物的含量，在采集空气中颗粒物的同时，需要保持采样气体流速的恒定，以得到准确的采样空气量。但由于多种因素的影响，切割器内的阻力会发生变化，从而使气流的流速相应变化。现有的颗粒物采样器大多都配备相应的气泵或风机等动力设备，通过改变电机的转速来保持采样器气流的流速恒定。
采样装置本身引起流量变化的主要因素是采样滤膜阻力的变化，随着滤膜上集聚的样品量增加，阻力增大，如果不加控制，采样气体流量就会降低。目前，大气采样器多采用限流孔（管）来控制采样流量，其原理是，在采样主气路中人为串联限流孔，增加很大的阻力，其数值远大于滤膜阻力变化值，这样可使由于滤膜阻力变化引起的流量变化处于允许范围。但这种方法的动力消耗较大，大部分能量用于克服限流孔阻力，需要的抽气泵压头较高，多用于小流量采样器，而对于中流量或大流量采样器来说，由于单位时间内采样量成级数上升，滤膜阻力的变化很大，如果继续采用限流孔法，对电机的要求就很高，动力浪费十分严重，而且直接影响电机的使用寿命。
目前，颗粒物采样大多通过流量控制器来控制气泵或风机的电机转速，以实现维持流量恒定的目的。传统的颗粒物采样器自身均装有动力设备，虽然可以提供稳定的动力源，保证采样速度恒定，但不能有效利用气流本身的动力，气泵等动力装置在提供颗粒物采样动力的同时还消耗了更多的动力来平衡采样器自身的阻力。
发明内容
本发明实施例的目的在于提出一种外载式无动力大气颗粒物采样器，自身无需配置动力装置，利用外界气流产生的动力，智能调节采样器输入端口与输出端口处的空气压差以保持恒定，实现等速采样的目的。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
外载式无动力大气颗粒物采样器，在采样器的输入端设置有采样口，输出端设置有多孔排气管，采样口与多孔排气管之间的气流通道上设置有颗粒物切割器，所述外载式无动力大气颗粒物采样器，还包括采样气体流速检测机构与采样气体流速调节机构；所述采样气体流速检测机构，内部设置有用于检测采样器输入端与输出端处空气压力差值的压差传感器；所述采样气体流速调节机构，内部设置有主控制器、设置在所述多孔排气管上的电动阀以及采样器输出端处设置的尾翼调节部件，主控制器，通过导线与所述压差传感器相连，并根据所述压差传感器采集到的空气压力差值，调节所述电动阀和尾翼调节部件保持采样气体流速恒定；所述外载式无动力大气颗粒物采样器安装在飞行器上。
优选地，所述压差传感器通过导管分别连接到所述采样器的输入端和输出端上，并实时采集采样器的输入端和输出端处的空气压力值。
优选地，所述采样器的外壳上设置有安装支架，将所述外载式无动力大气颗粒物采样器安装在飞行器上。
优选地，所述飞行器的飞行速度为20～60m/s，等速采样流量为30～92L/min。
优选地，所述外载式无动力大气颗粒物采样器，还包括有对环境温湿度进行实时监测的温湿度传感器，该温湿度传感器与所述主控器相连。
优选地，所述主控制器通过串行通信接口与远端计算机实现数据传输。
本发明的优点是：
本发明述及的外载式无动力大气颗粒物采样器，自身无需配置动力设备，跟随飞行器前行，利用外界气流产生的压力，实现大气颗粒物采样，通过利用压差传感器，实时采集采样器输入端与输出端处的空气压力值，并由此计算出输入端与输出端处的空气压力差值，然后将该空气压力差值信息传递给主控制器，主控制器，根据压差信号的变化调节电动阀与尾翼调节部件，以实现对多孔排气管和尾翼的控制，保证采样器前后空气压差的恒定，进而实现外载式无动力大气颗粒物采样器的等速采样。
附图说明
图1为本发明实施例中外载式无动力大气颗粒物采样器的结构示意图；
图2为图1中外载式无动力大气颗粒物采样器的原理框图。
具体实施方式
结合图1、图2所示，外载式无动力大气颗粒物采样器，在采样器的输入端设置有采样口1，输出端设置有多孔排气管3，采样口与多孔排气管之间的气流通道上设置有颗粒物切割器2，外载式无动力大气颗粒物采样器，通过采样器外壳上设置的安装支架10固定安装在飞行器上。外载式无动力大气颗粒物采样器，还设置有压差传感器6、主控制器7、电动阀4与尾翼调节部件5，其中，压差传感器，通过导管8、11分别连接到采样器的输入端和输出端上，用于实时采集采样器的输入端和输出端处的空气压力值，进而检测出采样器输入端与输出端处的空气压力差值，优选地，导管8、11分别与输入端处的采样口1、输出端处的多孔排气管3连通。电动阀，设置在多孔排气管上，用于调节阻力大小，尾翼调节部件，设置在采样器的输出端，主控制器，通过导线9与所述压差传感器相连，并根据所述压差传感器采集到的空气压力差值信息，调节所述电动阀和尾翼调节部件保持采样器前后空气压差恒定。
优选地，飞行器的飞行速度为20～60m/s，等速采样流量为30～92L/min。外载式无动力大气颗粒物采样器在此速度下能够达到较好的采样效果；当然，外载式无动力大气颗粒物采样器也并不仅仅限于安装在飞行器上，也可以安装在汽车等路面交通工具上。
优选地，外载式无动力大气颗粒物采样器，还包括有对环境温湿度进行实时监测的温湿度传感器，该温湿度传感器与所述主控器相连。温湿度传感器的设置，使得外载式无动力大气颗粒物采样器能够充分考虑不同温湿度环境下颗粒物采样情况，增加了采样结果的准确性。
本发明中外载式无动力大气颗粒物采样器工作时，跟随飞行器的向前推进，一方面，气流本身的动压使得采样器输入端与输出端之间形成压差迫使气体进入采样口，另一方面，当气流渡过扩大的尾翼时，气流速度增加，进而在尾翼后部产生一定的抽力，促使含颗粒物的大气进入采样口，然后依次经过颗粒物切割器、多孔排气孔排出。在采样过程中，颗粒物切割器收集大气中的颗粒物，随着颗粒物的聚集，阻力逐渐增大，导致采样器的输入端与输出端压差变大，并通过压差传感器传递到主控制器上，主控制器根据压差的变化调节电动阀和尾翼调节部件，以实现对多孔排气管和尾翼的调节，保证采样器前后压差的恒定，进而使得采样器能够进行等速采样。本发明通过更换颗粒物切割器可以实现多种粒径的颗粒物采样。
本发明中主控制器7除了可以实时控制采样器的流速、流量之外，还具备环境温湿度实时监测、采样时间控制、实时采样数据记录等功能，通过RS232等串行通信接口与远端计算机实现数据传输。
当然，以上说明仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (6)

1.外载式无动力大气颗粒物采样器，在采样器的输入端设置有采样口，输出端设置有多孔排气管，采样口与多孔排气管之间的气流通道上设置有颗粒物切割器，其特征在于，所述外载式无动力大气颗粒物采样器，还包括采样气体流速检测机构与采样气体流速调节机构；所述采样气体流速检测机构，内部设置有用于检测采样器输入端与输出端处空气压力差值的压差传感器；所述采样气体流速调节机构，内部设置有主控制器、设置在所述多孔排气管上的电动阀以及采样器输出端处设置的尾翼调节部件，主控制器，通过导线与所述压差传感器相连，并根据所述压差传感器采集到的空气压力差值，调节所述电动阀和尾翼调节部件保持采样气体流速恒定；所述外载式无动力大气颗粒物采样器安装在飞行器上。
2.根据权利要求1所述的外载式无动力大气颗粒物采样器，其特征在于，所述压差传感器通过导管分别连接到所述采样器的输入端和输出端上，并实时采集采样器的输入端和输出端处的空气压力值。
3.根据权利要求1所述的外载式无动力大气颗粒物采样器，其特征在于，所述采样器的外壳上设置有安装支架，将所述外载式无动力大气颗粒物采样器安装在飞行器上。
4.根据权利要求1所述的外载式无动力大气颗粒物采样器，其特征在于，所述飞行器的飞行速度为20～60m/s，等速采样流量为30～92L/min。
5.根据权利要求1至4任一项所述的外载式无动力大气颗粒物采样器，其特征在于，所述外载式无动力大气颗粒物采样器，还包括有对环境温湿度进行实时监测的温湿度传感器，该温湿度传感器与所述主控器相连。
6.根据权利要求5所述的外载式无动力大气颗粒物采样器，其特征在于，所述主控制器通过串行通信接口与远端计算机实现数据传输。
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