CN103196735B - 环境水体原位监测仪水样全自动过滤装置 - Google Patents

Abstract

本发明的环境水体原位监测仪水样全自动过滤装置，是将卷筒状的过滤膜带安置在装置外壳外侧的送过滤膜盒中，过滤膜带的带头穿过装置而固定在装置外壳另一外侧的收过滤膜盒中与收膜步进电机连接的卷轴上，装置内设置过滤膜传送机构，装置内的过滤膜带的一部分处于可严密接合也可完全分离的一对中心孔相对应的椎体之间，水样进出口分别与椎体的中心孔连接。收过滤膜盒中的收膜步进电机与过滤膜传送机构的膜传送驱动步进电机同步转动，收膜步进电机扯动过滤膜向收过滤膜盒一方移动。同时膜传送驱动步进电机带动传送带移动，使位于传送带上的压膜槽和压膜辊随着传送带移动，并重合而夹紧过滤膜带平面，也使过滤膜向收过滤膜盒一方移动。椎体完全分离时过滤膜带移动而自动更换，椎体严密结合时过滤膜固定而起过滤作用。该装置实现了无人值守实时原位水体的全自动过滤，解决了原位水体监测的关键技术问题。

Description

环境水体原位监测仪水样全自动过滤装置

技术领域

本发明涉及环境水体原位监测，具体是环境水体原位监测仪水样处理，更具体是环境水体原位监测仪水样全自动过滤装置。

背景技术

水体中的硝酸盐-氮、亚硝酸盐-氮、铵氮和磷酸盐等易被植物吸收的无机盐通常称为营养盐。当水体中的营养盐含量过高时，称为水体的富营养化。水体的富营会引起水体中的某一优势浮游生物尤其是藻类大量繁殖，消耗大量溶解氧，水质恶化，鱼虾等水生动物无法生存，水体的生态平衡遭破坏，从而产生水华或赤潮。随着工业化进程的加快，湖泊、河流和近岸海域等水体的富营养化现象时有发生，已成为困扰全球的水环境问题之一，所以对水体中营养盐的监测已成为环境监测的重要组成部分。

对环境水体中氮磷营养盐的测定时，均采用经典的湿化学方法，此方法要求对被测定的水样需经0.45 μm滤膜过滤，使浑浊的水样变为清洁的水，方可进行后续化学反应。过滤一些悬浮物含量高的水样时，滤膜负载（截留颗粒物质量）大，滤膜易被堵塞，有时一个水样的过滤常需更换几张滤膜方可完成，不同水质，过滤水样所需的滤膜数不同，更换滤膜的时间点也不同。在实验室条件下，一般用手工的方法易对水样进行过滤。人工判断滤膜堵塞和更换滤膜，并非难事。但在实际水体采集的水样，若经长途运输和长期存储，会产生样品玷污和变质等问题，因此要求在现场完成采样、过滤和化学测定过程，即原位测量。为了实现无人值守的实时原位营养盐监测，对水样必须实现全自动过滤，并非易事，这已为能否实现原位监测的关键。

发明内容

本发明提供环境水体原位监测仪水样全自动过滤装置。

本发明的环境水体原位监测仪水样全自动过滤装置，是将卷筒状的过滤膜带安置在装置外壳外侧的送过滤膜盒中，过滤膜带的带头穿过装置而固定在装置外壳另一外侧的收过滤膜盒中与收膜步进电机连接的卷轴上，装置内设置过滤膜传送机构，装置内的过滤膜带的一部分处于可严密接合也可完全分离的一对中心孔相对应的椎体之间，水样进出口分别与椎体的中心孔连接。

这里，过滤膜带最好呈水平带地穿过装置，这样便于简化装置结构。为了方便程序设计和使装置整体结构紧凑，本发明的过滤膜传送机构采用以膜传送驱动步进电机为核心的齿轮结构，膜传送驱动步进电机与收膜步进电机同步转动。

过滤膜传送机构可以有很多技术方案。本发明采用的方案具体如下：  过滤膜传送机构的两端分别靠近装置外壳的安置送过滤膜盒和收过滤膜盒两个侧壁，过滤膜传送机构的主动端安置膜传送驱动步进电机，膜传送驱动步进电机带动的驱动齿轮咬合着过滤膜传送第一齿轮，过滤膜传送第一齿轮咬合着过滤膜传送第二齿轮，过滤膜传送第一齿轮的轴和过滤膜传送第二齿轮的轴这两根主动轴各安置两个间距大于过滤膜带宽度的主传送轮；

过滤膜传送机构的从动端安置分别与过滤膜传送第一齿轮的轴和过滤膜传送第二齿轮的轴平行的两根对应的从动轴，两根从动轴中间的中位线和两根主动轴中间的中位线连成的平面与过滤膜带平面重叠，两根从动轴各安置两个间距等于对应的主传送轮间距的从传送轮；

主传送轮与对应的从传送轮上安置传送带，一根主动轴的两个主传送轮上的两条传送带的相同位置处安置压膜槽，另一根主动轴的两个主传送轮上的两条传送带的相同位置且与安置压膜槽相对应的位置处安置与压膜槽相吻合的压膜辊。

所述的过滤膜传送机构的主动端，是指安置膜传送驱动步进电机的一端。主动端可以靠近安置送过滤膜盒的那个侧壁，也可以靠近安置收过滤膜盒的那个侧壁。

为了使装置结构紧凑简单安装方便，本发明将过滤膜传送第一齿轮和过滤膜传送第二齿轮装配在一个立面上，即使得过滤膜传送第一齿轮和过滤膜传送第二齿轮的中心连线呈垂直线。这样，支架就可以制作得比较简单。

更进一步，也将驱动齿轮、过滤膜传送第一齿轮和过滤膜传送第二齿轮装配在一个立面上，即使得驱动齿轮、过滤膜传送第一齿轮和过滤膜传送第二齿轮的中心连线呈垂直线。同时，使两根主动轴和电机轴处于一个立面即主动端立面。

同样道理，从动端最好也是使两根从动轴处于一个立面上，且保持这个从动端立面与前述的主动端立面平行。

事实上，只要两根从动轴中间的中位线和两根主动轴中间的中位线连成的平面与过滤膜带平面重叠，就可以确保过滤膜传送机构对过滤膜的传送效果。这时，主传送轮与从传送轮的直径是可以不相等的。但从安装方便、替换、支架的统一等方面考虑，最好是使主传送轮与从传送轮的直径相等。

传送带上的压膜槽与压膜辊吻合，就可以夹紧过滤膜，并使之随着传送带移动。压膜槽与压膜辊的数量有一套即可达到应有的效果。但是显然，只有一套时，就必须要等传送带循环走一周才能完成一次传送过程。这个过程中，至少在一半以上的行程里，压膜槽与压膜辊是不能吻合的，是不能夹紧过滤膜并使之移动的，这时如果膜传送驱动步进电机与收膜步进电机同步转动，那么单靠收膜步进电机转动牵引就容易扯断过滤膜。如果让单靠收膜步进电机停止转动进行等待，显然会增加控制的难度。因此本发明设置均匀分布的数量为4~6套的传送带上的压膜槽及与之相吻合的压膜辊，这样就大大提高了工作效率和降低了控制难度。

为了使得装置内的一对中心孔相对应的椎体可严密接合也可完全分离，也有很多种技术方案可以考虑。本发明的方法是在两个椎体上都设置与装置外壳内的立柱相配套的滑块装置和与装置外壳内的丝杆相配套的螺旋装置，丝杆与丝杆驱动步进电机连接；并且一对椎体的接合面均安置密封装置；为了减少水样流过时水流对过滤膜的冲击防止过滤膜破损，本发明在水流过过滤膜之后进入的椎体的中心孔设置与过滤膜接触的盖住中心孔的筛板。

这里所述的椎体的滑块装置为一个可将立柱放入的缺口，或者为一个可将立柱穿过的通孔，或者为一个可塞入立柱预留的槽的凸出部分；

所述的椎体的螺旋装置为螺孔；

所述的丝杆为上部丝杆配合上部椎体螺旋装置、下部丝杆配合下部椎体螺旋装置的两根螺纹螺旋方向相同的丝杆，或者为一根上下两段螺纹螺旋方向相反的丝杆。

从结构简单和加工方便装配方便上考虑，椎体的滑块装置和螺旋装置设置在同一块侧板上。

更进一步，最简单的方法是，在这块侧板上开一个通孔和一个螺孔，通孔中套入立柱，螺孔中旋入一根上下两段螺纹螺旋方向相反的丝杆。这样就只需要配一台丝杆驱动步进电机来带动丝杆。

本发明的环境水体原位监测仪水样全自动过滤装置工作时，收过滤膜盒中的收膜步进电机与过滤膜传送机构的膜传送驱动步进电机同步转动，收过滤膜盒中的收膜步进电机带动卷轴旋转，从而扯动过滤膜向收过滤膜盒一方移动。过滤膜传送机构的膜传送驱动步进电机转动带动驱动齿轮转动，顺次带动过滤膜传送第一齿轮和过滤膜传送第二齿轮转动，这两个齿轮带动各自的主动轴转动进而带动主传送轮转动，主传送轮带动传送带走动，带动位于从动端的从传送轮转动。主传送轮、传送带和从传送轮形成稳定的运行系统，每根传送带在任意时刻都会被分成四个部分：主传送轮一部分、从传送轮一部分、处于两根从动轴中间的中位线和两根主动轴中间的中位线连成的平面的部分和远离两根从动轴中间的中位线和两根主动轴中间的中位线连成的平面的部分，位于传送带上的压膜槽和压膜辊会随着传送带移动，当移动到处于两根从动轴中间的中位线和两根主动轴中间的中位线连成的平面的部分的位置时，压膜槽和压膜辊重合，正好夹紧与两根从动轴中间的中位线和两根主动轴中间的中位线连成的平面重叠的过滤膜带平面，也使过滤膜向收过滤膜盒一方移动。当传送带上的压膜槽及与之相吻合的压膜辊数量为均匀分布的4~6套时，夹紧过滤膜带平面的重合的压膜槽和压膜辊就会有两套或者三套，这样就会更好地保持过滤膜带平稳移动。

当然过滤膜带的移动必须是在一对中心孔相对应的椎体完全分离的情况下实现的。丝杆驱动步进电机转动，带动丝杆转动，丝杆在与丝杆配合的椎体螺旋装置中转动，就可以带动由椎体的滑块装置在水平方向限制、在垂直方向自由的椎体上下移动。当上部椎体向上移动、下部椎体向下移动时，这一对椎体就实现了完全分离。当上部椎体向下移动、下部椎体向上移动，直至这一对椎体的接合面完全接触并由均安置的密封装置密封后，这一对椎体就实现了严密结合。这一对椎体严密结合时，也就将过滤膜紧紧地压住在这两个椎体的接合面，椎体的筛板在过滤水样时对过滤膜起到支撑作用。

过滤装置使用一段时间后，这一片被椎体压住的过滤膜脏污，且阻挡水样流过，这时，各步进电机会按照设定程序的指令启动，先使这一对椎体完全分离，然后使过滤膜带向收过滤膜盒一方移动，那片已经脏污的过滤膜离开椎体的中心孔位置，新的过滤膜进入椎体的中心孔位置，两个椎体又会严密结合。这样就实现了过滤膜的自动更新。然后在泵的作用下，新的水样进入过滤装置，经过过滤膜过滤，干净新鲜的原位水样就可以进入检测模块进行检测了。

附图说明

图1是本发明的环境水体原位监测仪水样全自动过滤装置的内部结构前正视图；

图2是本发明的环境水体原位监测仪水样全自动过滤装置的内部结构后视图；

图3是锥体结构示意图。

图中，有下部锥体1，压膜槽2，从传送轮3，收过滤膜盒4，侧壁5，传送带6，压膜辊7，进水口8，上部锥体9，过滤膜带10，侧壁11，送过滤膜盒12，主传送轮13，过滤膜传送机构14，膜传送驱动步进电机15，

出水口16，丝杆驱动步进电机17，膜传送机构齿轮18，丝杆19，立柱20，滑块装置21，螺旋装置22，密封胶圈23，筛板24。

具体实施方式

见图1。本发明的环境水体原位监测仪水样全自动过滤装置，是将卷筒状的过滤膜带10安置在装置外壳外侧的送过滤膜盒12中，过滤膜带10的带头穿过装置而固定在装置外壳另一外侧的收过滤膜盒4中与收膜步进电机（图中未画出）连接的卷轴（图中未画出）上，装置内设置过滤膜传送机构14，装置内的过滤膜带10的一部分处于可严密接合也可完全分离的一对中心孔相对应的椎体（上部椎体9、下部椎体1）之间，水样进出水口（进水口8和出水口16，见图2）分别与椎体的中心孔连接。

这里，过滤膜带10呈水平带地穿过装置。过滤膜传送机构14采用以膜传送驱动步进电机15为核心的齿轮结构，膜传送驱动步进电机15与收膜步进电机同步转动。

过滤膜传送机构14的两端分别靠近装置外壳的安置送过滤膜盒12和收过滤膜盒4两个侧壁5、11，过滤膜传送机构14的主动端安置膜传送驱动步进电机15，膜传送驱动步进电机15带动的驱动齿轮咬合着过滤膜传送第一齿轮，过滤膜传送第一齿轮咬合着过滤膜传送第二齿轮（见图2），过滤膜传送第一齿轮的轴和过滤膜传送第二齿轮的轴这两根主动轴各安置两个间距大于过滤膜带宽度的主传送轮13；

过滤膜传送机构14的从动端安置分别与过滤膜传送第一齿轮的轴和过滤膜传送第二齿轮的轴平行的两根对应的从动轴，两根从动轴中间的中位线和两根主动轴中间的中位线连成的平面与过滤膜带平面重叠，两根从动轴各安置两个间距等于对应的主传送轮13间距的从传送轮3；

主传送轮13与对应的从传送轮3上安置传送带6，一根主动轴的两个主传送轮13上的两条传送带6的相同位置处安置压膜槽2，另一根主动轴的两个主传送轮13上的两条传送带6的相同位置且与安置压膜槽2相对应的位置处安置与压膜槽2相吻合的压膜辊7。

过滤膜传送机构14的主动端，是指安置膜传送驱动步进电机15的一端。主动端靠近安置送过滤膜盒12的那个侧壁11。

将驱动齿轮、过滤膜传送第一齿轮和过滤膜传送第二齿轮装配在一个立面上，即使得驱动齿轮、过滤膜传送第一齿轮和过滤膜传送第二齿轮的中心连线呈垂直线（见图2）。同时，使两根主动轴和电机轴处于一个立面即主动端立面。

从动端两根从动轴处于一个立面上，且保持这个从动端立面与前述的主动端立面平行。

四个主传送轮13与四个从传送轮3的直径均相等，两根主动轴与两根从动轴的安装高度也一致。膜传送机构齿轮18的三个齿轮的直径、齿数、模数均相同。

设置均匀分布的数量为4套的传送带6上的压膜槽2及与之相吻合的压膜辊7。

见图3。椎体的滑块装置21和螺旋装置22设置在同一块侧板上。在这块侧板上开一个缺口和一个螺孔。椎体的接合面均安置密封胶圈23；下部椎体1的中心孔设置盖住中心孔的筛板24。

缺口中套入立柱20，螺孔中旋入一根上下两段螺纹螺旋方向相反的丝杆19，这样就只需要配一台丝杆驱动步进电机17来带动丝杆19（见图2）。丝杆19顺时针转动，使上部椎体9向上移动的同时下部椎体1向下移动，从而是两个椎体完全分开；丝杆19逆时针转动，使上部椎体9向下移动的同时下部椎体1向上移动，从而是两个椎体完全结合。

Claims (8)

1.环境水体原位监测仪水样全自动过滤装置，包括过滤膜，其特征在于：卷筒状的过滤膜带安置在装置外壳外侧的送过滤膜盒中，过滤膜带的带头穿过装置而固定在装置外壳另一外侧的收过滤膜盒中与收膜步进电机连接的卷轴上，装置内设置过滤膜传送机构，装置内的过滤膜带的一部分处于可严密接合也可完全分离的一对中心孔相对应的椎体之间，水样进出口分别与椎体的中心孔连接；

过滤膜带呈水平带地穿过装置，装置内设置以与收膜步进电机同步转动的膜传送驱动步进电机为核心的齿轮结构的过滤膜传送机构；

过滤膜传送机构的两端分别靠近装置外壳的安置送过滤膜盒和收过滤膜盒两个侧壁，过滤膜传送机构的主动端安置膜传送驱动步进电机，膜传送驱动步进电机带动的驱动齿轮咬合着过滤膜传送第一齿轮，过滤膜传送第一齿轮咬合着过滤膜传送第二齿轮，过滤膜传送第一齿轮的轴和过滤膜传送第二齿轮的轴这两根主动轴各安置两个间距大于过滤膜带宽度的主传送轮；

过滤膜传送机构的从动端安置分别与过滤膜传送第一齿轮的轴和过滤膜传送第二齿轮的轴平行的两根对应的从动轴，两根从动轴中间的中位线和两根主动轴中间的中位线连成的平面与过滤膜带平面重叠，两根从动轴各安置两个间距等于对应的主传送轮间距的从传送轮；

主传送轮与对应的从传送轮上安置传送带，一根主动轴的两个主传送轮上的两条传送带的相同位置处安置压膜槽，另一根主动轴的两个主传送轮上的两条传送带的相同位置且与安置压膜槽相对应的位置处安置与压膜槽相吻合的压膜辊。

2.根据权利要求1的环境水体原位监测仪水样全自动过滤装置，其特征在于：过滤膜传送第一齿轮和过滤膜传送第二齿轮的中心连线呈垂直线。

3.根据权利要求1的环境水体原位监测仪水样全自动过滤装置，其特征在于：驱动齿轮、过滤膜传送第一齿轮和过滤膜传送第二齿轮的中心连线呈垂直线。

4.根据权利要求1的环境水体原位监测仪水样全自动过滤装置，其特征在于：主传送轮与从传送轮的直径相等。

5.根据权利要求1的环境水体原位监测仪水样全自动过滤装置，其特征在于：传送带上的压膜槽及与之相吻合的压膜辊数量为均匀分布的4~6套。

6.根据权利要求1的环境水体原位监测仪水样全自动过滤装置，其特征在于：椎体设置与装置外壳内的立柱相配套的滑块装置和与装置外壳内的丝杆相配套的螺旋装置，丝杆与丝杆驱动步进电机连接；

一对椎体的接合面均安置密封装置；

水流过过滤膜之后进入的椎体的中心孔设置与过滤膜接触的盖住中心孔的筛板。

7.根据权利要求6的环境水体原位监测仪水样全自动过滤装置，其特征在于：椎体的滑块装置为一个可将立柱放入的缺口，或者为一个可将立柱穿过的通孔，或者为一个可塞入立柱预留的槽的凸出部分；

椎体的螺旋装置为螺孔；

丝杆为上部丝杆配合上部椎体螺旋装置、下部丝杆配合下部椎体螺旋装置的两根螺纹螺旋方向相同的丝杆，或者为一根上下两段螺纹螺旋方向相反的丝杆。

8.根据权利要求6或7的环境水体原位监测仪水样全自动过滤装置，其特征在于：椎体的滑块装置和螺旋装置设置在同一块侧板上。