CN103149060A - 一种实现自动等速恒流采集流动气体内的不同粒径颗粒物的采样器 - Google Patents
一种实现自动等速恒流采集流动气体内的不同粒径颗粒物的采样器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种实现自动等速恒流采集流动气体内的不同粒径颗粒物的采样器，包括：采样嘴、Q气路、q气路、单片机、外接检测装置、外接设备和后端气路。本发明所述一种自动等速恒流PM2.5颗粒物采样器，可用于含尘气流中颗粒物的分级采样，其技术方案还可以用于不同粒径颗粒物自动监测仪器对气体样品的前处理。一机多用途，除可用于含尘气路中颗粒物样品采样外，还可以用于烟尘采样(Q＝0时)；当去掉采样嘴后，还可以用于环境空气颗粒物采样(q＝0时)。
Description
技术领域
本发明涉及一种流动气体中颗粒物的采样装置，特别涉及一种实现自动等速恒流采集流动气体内的不同粒径颗粒物的采样器，属于环保监测领域。
背景技术
从烟气中采集烟尘颗粒物的方法，是采用等速采样的原理，采样器工作时选用流速范围内相适用的采样嘴，将采样嘴置于排气管道中，正对气流方向，使采样嘴的采样流速与该采样点位处的气体流速值Vs相等。与此同时，抽取一定量的含尘气体，根据过滤器上所采集到的颗粒物的量和采样气体的体积，计算出排气中颗粒物浓度。但此采样方法，不能将烟尘中的颗粒物按粒径大小进行分级采集。所采集的样品中，含有大小不同的颗粒物。
在环境空气中，采集PM2.5等颗粒物样品时，需借用专门设计的颗粒物粒径分级器(简称颗粒物切割器)和采样器。当含尘气流以设计的切割点流速，恒速的通过颗粒物切割器时，不同粒径的颗粒物因惯性大小不同被分离，气流中的PM2.5颗粒物样品，经切割器分离后被收集在过滤器(滤膜或滤筒)上。
从含尘气流中采集PM2.5颗粒物样品，是环境保护的新需求，如监测废气排放管道中PM2.5颗粒物的排放量、沙尘暴中PM2.5颗粒物的浓度、在低空中用飞行器航测气溶胶等，但由于现有的技术与新的需求存在矛盾，现有技术及仪器均不能满足其要求，主要原因是：从含尘气流中采样PM2.5样品，须在等速采样下进行采样，由于采样点位的气体流速会经常变化，进入采样嘴的气体流速在单片机控制下也跟踪其变化而变化，以符合等速采样的要求，但变化的气体流速不符合PM2.5切割器的工作点流量对气流速度要求恒定的技术条件。所以，用烟尘采样器只能采用采集“总尘”样品，分离不出PM2.5样品；现有的PM2.5采样器，只能进行恒流采样，没有等速采样功能，所以也不适用于采集流动气体中的PM2.5样品，综上所述，现有的采样器均不能满足从含尘气流中等速采集PM2.5样品的需求。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种实现从流动气体中采集颗粒物的采样器，适用于采集含尘气流中PM2.5样品。当采用不同颗粒物切割器时，还可从含尘气流中采集TSP、PM10、PM5、PM1等颗粒物样品。
本发明采用如下技术方案：
一种实现自动等速恒流采集流动气体内的不同粒径颗粒物的采样器，包括：采样嘴、Q气路、q气路、单片机、外接检测装置、外接设备和后端气路；
所述Q气路包括颗粒物切割器、Q气路流量传感器和过滤器；
所述q气路包括q气路压力传感器、q气路流量传感器、q气路温度传感器和流量调节阀；
所述外接检测装置包括流速仪、大气压力传感器和温度传感器；
所述外接设备包括键盘、显示器和打印机；
所述后端气路包括抽气泵、电磁阀和排气口；
所述q气路与Q气路的前端通过进气三通并联于所述采样嘴的后端；所述q气路与Q气路的末端通过排气三通并联于所述抽气泵的进气端；
所述Q气路流量传感器、抽气泵、电磁阀、流速仪、大气压力传感器、温度传感器、键盘、显示器、打印机、q气路压力传感器、q气路流量传感器、q气路温度传感器和流量调节阀分别与所述单片机电连接；
采样时，流速仪、大气压力传感器和温度传感器将测得的采样点位的气体流速值Vs、压力、温度数据传至单片机；
单片机根据所述采样嘴的直径，以及等速的采样流速Vs’，计算出等速采样流量Qr
根据Q气路流量传感器和q气路流量传感器所测得流量值传送到单片机，由单片机控制抽气泵的转速和流量调节阀开度的大小，使通过Q气路的气体流量值Q等于该气路中颗粒物切割器的工作点流量并维持恒流；使通过q气路的气体流量值q＝Qr-Q，并随采样点位的流速变化而相对变化；即通过采样嘴的气体流量Qr＝Q+q；
当采样点位气体流速增加时，所述单片机根据Q气路流量传感器和q气路流量传感器所测流量值，控制抽气泵转速增加，并控制流量调节阀的开度变大，使通过采样嘴的流量值Qr＝Q+q，从而使通过采样嘴的气体流速与采样点位的气体流速相等，并动态变化维持等速采样；反之，当采样点位气体流速减少时，单片机根据Q气路流量传感器和q气路流量传感器所测流量值，控制抽气泵转速减少，并控制流量调节阀的开度变小，使通过采样嘴的流量值Qr＝Q+q，从而实现了在气体流场随时变化的环境中，自动等速恒流采集气体内颗粒物样品。
在上述方案的基础上，所述采样器用于采集TSP、PM10PM5、PM2.5或PM1等颗粒物样品时，只需变换Q气路中的颗粒物切割器，即可采集相应的颗粒物样品。
在上述方案的基础上，所述采样器在Q气路的气体流量值Q＝0时，用于烟尘采样。
在上述方案的基础上，所述采样器在去掉所述采样嘴后，在q气路的气体流量值q＝0时，用于环境空气颗粒物采样。
本发明的有益效果是：
本发明所述一种自动实现从流动气体中采集颗粒物的采样器，可用于含尘气流中不同粒径的颗粒物的采样，其技术方案还可以用于不同粒径颗粒物自动监测仪器对气体样品的前处理。本采样器一机多用途，除可用于含尘气路中颗粒物样品采样外，还可以用于烟尘采样(Q＝0时)；当去掉采样嘴后，还可以用于环境空气颗粒物采样(q＝0时)。
附图说明
本发明有如下附图：
图1本发明结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明所述的一种实现自动等速恒流采集流动气体内的不同粒径颗粒物的采样器，包括：采样嘴1、Q气路、q气路、单片机15、外接检测装置、外接设备和后端气路；
所述Q气路包括颗粒物切割器3、Q气路流量传感器4和过滤器20；
所述q气路包括q气路压力传感器18、q气路流量传感器17、q气路温度传感器19和流量调节阀16；
所述外接检测装置包括流速仪9、大气压力传感器11和温度传感器10；
所述外接设备包括键盘12、显示器13和打印机14；
所述后端气路包括抽气泵6、电磁阀7和排气口8；
所述q气路与Q气路的前端通过进气三通2并联于所述采样嘴1的后端；所述q气路与Q气路的末端通过排气三通5并联于所述抽气泵6的进气端；
所述Q气路流量传感器4、抽气泵6、电磁阀7、流速仪9、大气压力传感器11、温度传感器10、键盘12、显示器13、打印机14、q气路压力传感器18、q气路流量传感器17、q气路温度传感器19和流量调节阀16分别与所述单片机15电连接；
采样时，流速仪9、大气压力传感器11和温度传感器10将测得的采样点位的气体流速值Vs、压力、温度数据传至单片机15；
单片机15根据所述采样嘴1的直径，以及等速的采样流速Vs’，计算出等速采样流量Qr；
根据Q气路流量传感器4和q气路流量传感器17所测得流量值传送到单片机15，由单片机15控制抽气泵6的转速和流量调节阀16开度的大小，使通过Q气路的气体流量值Q等于该气路中颗粒物切割器3的工作点流量并维持恒流；使通过q气路的气体流量值q＝Qr-Q，并随采样点位的流速变化而相对变化；即通过采样嘴1的气体流量Qr＝Q+q；
当采样点位气体流速增加时，所述单片机15根据Q气路流量传感器4和q气路流量传感器17所测流量值，控制抽气泵6转速增加，并控制流量调节阀16的开度变大，使通过采样嘴的流量值Qr＝Q+q，从而使通过采样嘴1的气体流速与采样点位的气体流速相等，并动态变化维持等速采样；反之，当采样点位气体流速减少时，单片机根据Q气路流量传感器和q气路流量传感器所测流量值，控制抽气泵转速减少，并控制流量调节阀的开度变小，使通过采样嘴的流量值Qr＝Q+q，从而实现了在气体流场随时变化的环境中，自动等速恒流采集气体内颗粒物样品。
实施例2
在其他结构保持不变的情况下，更换颗粒物切割器3，可以根据需要采集TSP、PM10、PM5、PM2.5或PM1等颗粒物样品。
实施例3
在结构不变的情况下，所述采样器在Q气路的气体流量值Q＝0时，用于烟尘采样。
实施例4
在结构不变的情况下，所述采样器在去掉所述采样嘴1后，在q气路的气体流量值q＝0时，用于环境空气颗粒物采样。
Claims (4)
1.一种实现自动等速恒流采集流动气体内的不同粒径颗粒物的采样器，其特征在于包括：采样嘴(1)、Q气路、q气路、单片机(15)、外接检测装置、外接设备和后端气路；
所述Q气路包括颗粒物切割器(3)、Q气路流量传感器(4)和过滤器(20)；
所述q气路包括q气路压力传感器(18)、q气路流量传感器(17)、q气路温度传感器(19)和流量调节阀(16)；
所述外接检测装置包括流速仪(9)、大气压力传感器(11)和温度传感器(10)；
所述外接设备包括键盘(12)、显示器(13)和打印机(14)；
所述后端气路包括抽气泵(6)、电磁阀(7)和排气口(8)；
所述q气路与Q气路的前端通过进气三通(2)并联于所述采样嘴(1)的后端；所述q气路与Q气路的末端通过排气三通(5)并联于所述抽气泵(6)的进气端；
所述Q气路流量传感器(4)、抽气泵(6)、电磁阀(7)、流速仪(9)、大气压力传感器(11)、温度传感器(10)、键盘(12)、显示器(13)、打印机(14)、q气路压力传感器(18)、q气路流量传感器(17)、q气路温度传感器(19)和流量调节阀(16)分别与所述单片机(15)电连接；
采样时，流速仪(9)、大气压力传感器(11)和温度传感器(10)将测得的采样点位的气体流速值Vs、压力、温度数据传至单片机(15)；
单片机(15)根据所述采样嘴(1)的直径，等速的采样流速Vs’，计算出等速采样流量Qr；
根据Q气路流量传感器(4)和q气路流量传感器(17)所测得流量值传送到单片机(15)，由单片机(15)控制抽气泵(6)的转速和流量调节阀(16)开度的大小，使通过Q气路的气体流量值Q等于该气路中颗粒物切割器(3)的工作点流量并维持恒流；使通过q气路的气体流量值q＝Qr-Q，并随采样点位的流速变化而相对变化；即通过采样嘴(1)的气体流量Qr＝Q+q；
当采样点位气体流速增加时，所述单片机(15)根据Q气路流量传感器(4)和q气路流量传感器(17)所测流量值，控制抽气泵(6)转速增加，并控制流量调节阀(16)的开度变大，使通过采样嘴的流量值Qr＝Q+q，从而使通过采样嘴(1)的气体流速与采样点位的气体流速相等，并动态变化维持等速采样，实现了在气体流场随时变化的环境中，自动等速恒流采集气体内颗粒物样品。
2.一种根据权利要求1所述的实现自动等速恒流采集流动气体内的不同粒径颗粒物的采样器的应用，其特征在于所述采样器用于采集TSP、PM10、PM5、PM2.5或PM1等颗粒物样品。
3.一种根据权利要求1所述的实现自动等速恒流采集流动气体内的不同粒径颗粒物的采样器的应用，所述采样器在Q气路的气体流量值Q＝0时，用于烟尘采样。
4.一种根据权利要求1所述的实现自动等速恒流采集流动气体内的不同粒径颗粒物的采样器的应用，所述采样器在去掉所述采样嘴(1)后，在q气路的气体流量值q＝0时，用于环境空气颗粒物采样。
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