CN103776666B - 一种六通道空气颗粒物采样器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种六通道空气颗粒物采样器。该采样器采用分流装置将采集到的TSP颗粒物按照各向同性分为六份，六路气体可分为直管、PM10和PM10切割器-PM2.5切割器的任意组合，则得到的颗粒物可为TSP、PM10和PM2.5的任意组合，六路气体经过滤膜过滤后经流量控制装置与采样泵抽气端连接，并通过过滤器排出。本发明体积小、重量轻，便于移动、维护，巧妙的利用了中流量切割器采样流量与六倍小流量切割器采样流量相等的特性，实现真正的意义上的同源平行采样，且采用的切割器均为标准切割器，且利用一个TSP切割器实现多路TSP或（和）PM10或（和）PM2.5同源平行采样，最多可实现六组平行采样。
Description
技术领域
本发明涉及空气颗粒物采样领域，具体涉及一种六通道空气颗粒物采样器。
背景技术
随着我国工业化进程的加快和国民经济的高速发展，大气颗粒物对大气环境的影响越来越大，大气颗粒物指的是分散在大气中的固态或液态颗粒状物质的总称，其粒径范围约为0.1-100微米，对它的监测、分析和研究是当前环境保护工作的重点。在环境监测领域中，针对不同的研究对象，空气颗粒物的监测范围主要包括空气动力学直径小于或等于100μm的总悬浮颗粒物TSP（TotalSuspendedParticulate）、空气动力学直径小于或等于10μm的可吸入颗粒物PM10（ParticleswithDiametersof10μmorless）和空气动力学直径小于或等于2.5μm的细颗粒物PM2.5三种。为分析不同颗粒物的组成成分，需要对同一时段、同一地点环境空气中的颗粒物进行平行采样。
为保证采样结果的准确性和可靠性，在2013年8月1日实施的《HJ656-2013环境空气颗粒物（PM2.5）手工监测方法（重量法）技术规范》中明确要求“当多台采样器平行采样时，若采样器的采样流量≤200L/min时，相互之间的距离为1m左右；若采样器的采样流量＞200L/min时，相互之间的距离为（2~4）m”。若采用多台采样器实现平行采样会增加工作成本，而且多个采样器的性能差异会影响后续颗粒物分析结果的准确性。更显而易见的是同时操作多台采样器进行颗粒物采样也是极不方便的。
专利201010208349.6三通道大气颗粒物采样器提到一种多通道采样器，采用一台主机配置多个采样头进行采样。这种仪器多个采样头之间间距必须符合HJ656-2013的要求，每个采样头经过长连接杆（即整流杆）与滤膜连接，采集到的颗粒物在到达滤膜之前经过如此长的采样头支杆会造成一定损失从而影响采样结果的正确性。除此之外还会造成仪器体积庞大、操作不方便的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种六通道空气颗粒物采样器。该采样器的TSP部分为中流量（100L/min）标准TSP切割器，采用分流装置将采集到的TSP颗粒物按照各向同性分为六份，每路流量16.67L/min（小流量空气颗粒物采样器流量），为满足不同的分析目的，六路气体可分为直管、PM10和PM10切割器-PM2.5切割器的任意组合，则得到的颗粒物可为TSP、PM10和PM2.5的任意组合。
本发明为了实现上述目的，采用的技术解决方案是：
一种六通道空气颗粒物采样器，其顶部为一支流量为100L/min的中流量TSP切割器；TSP切割器下方连接一个分流装置，环境空气经过该TSP切割器后，大于100μm的颗粒物被阻隔在切割器之外不能进入采样器中，包含TSP颗粒的气体通过连接杆进入特制的分流装置，分流装置将100L/min流量均分为六路，每路流量16.67L/min；所述分成的六路气体分别通过直接与滤膜夹连接、或通过PM10切割器与滤膜夹连接、或通过PM10切割器-PM2.5切割器与滤膜夹连接；六路经过滤膜夹过滤的气体流经流量控制装置分别与采样泵抽气端连接，并通过过滤器过滤后排出。
进一步地，所述分流装置包括上端盖、下端盖、分流腔、气流入口、气流出口、分流罩，所述分流腔为上端盖和下端盖形成的密封腔体，所述分流罩安装在分流腔内，所述分流罩固定在下端盖的中心位置，所述分流罩为圆锥形，所述上端盖上设有气流入口，所述下端盖的圆周上均布有多个气流出口，每个气流出口上连接有整流杆；所述气流入口与采样器顶部的TSP切割器连接；所述整流杆与分流装置下方的滤膜夹或PM10切割器连接。
更进一步地，所述分流装置的内壁和分流罩的外表面均光滑、平整，且分流装置的内壁和分流罩的外表面上均设有惰性材料层，该惰性材料层由低吸附性的惰性材料制成。
更进一步地，所述分流罩为硬质铝合金材质，该硬质铝合金的表面经过阳极氧化处理。
更进一步地，所述分流罩为圆锥形，圆锥形分流罩顶角为60°~100°。
更进一步地，整流杆上沿分别与上端盖的内表面和分流罩的下表面相切。
更进一步地，整流杆为直通型连接杆或倒锥形连接杆。
更进一步地，所述分流装置分流成的气体为六路；所述每路气体通过整流杆直接与滤膜夹连接，或通过整流杆与PM10切割器、滤膜夹依次连接，或通过整流杆与PM10切割器、PM2.5切割器、滤膜夹依次连接。
进一步地，所述流量控制装置为气体流量计，所述采样泵为真空泵。
本发明与现有技术相比，其优点在于：
1、仪器巧妙的利用了中流量切割器采样流量与六倍小流量切割器采样流量相等的特性，实现真正的意义上的同源平行采样，且采用的切割器均为标准切割器。
2、利用一个TSP切割器实现多路TSP或（和）PM10或（和）PM2.5同源平行采样，最多可实现六组平行采样。
3、仪器体积小、重量轻，便于移动、维护。
附图说明
附图1为实施例1所述的本发明的结构示意图。
附图2为实施例2所述的本发明的机构示意图。
附图3为多通道空气颗粒物采样分流装置的剖面图。
附图4为去除上端盖后的多通道空气颗粒物采样分流装置俯视图。
其中：1、气流入口；2、分流腔；3、上端盖；4、分流罩；5、下端盖；6、整流杆；θ、分流罩顶角。
具体实施方式
以下结合附图1~4的具体实施方式对本发明的结构组成与工作原理做进一步详细的说明。
实施例一
如图1所示，采样泵118以100L/min流量将包含颗粒物的环境空气吸入TSP切割器11，在此流量下，该TSP切割器11将空气动力学粒径大于100μm的颗粒物排除在采样器之外，而空气动力学直径≤100μm的颗粒物随气流进入分流装置12中。流量控制装置117精确控制进入六条气路的流量为16.67L/min，采样滤膜为直径47mm标准滤膜，分流装置12确保进入每条气路的气流为按各向同性原则均匀分配的气流。连接杆13和连接杆14直接与滤膜111和滤膜112相连，则截留在滤膜111和滤膜112上的颗粒物为TSP。PM10切割器15和PM10切割器16直接与滤膜113和滤膜114相连。PM10切割器15和PM10切割器16将空气动力学直径大于10μm的颗粒物截留下来，则截留在滤膜113和滤膜114上的颗粒为空气动力学直径≤10μm的PM10。PM10切割器17和PM10切割器18与PM2.5切割器110和PM2.5切割器19相连（PM10切割器和PM2.5切割器相连形成PM10切割器-PM2.5切割器）。PM2.5切割器110和PM2.5切割器19将空气动力学直径大于2.5μm的颗粒物截留下来，空气动力学直径≤2.5μm的颗粒物随气流冲击在滤膜115和滤膜116上，即滤膜115和滤膜116截留的颗粒物为PM2.5。
六路经过滤膜夹上的滤膜过滤的气体流经流量控制装置117分别与采样泵118抽气端连接，并通过过滤器过滤后排出，颗粒物不会再次进入切割器对采样结果造成影响。所述流量控制装置117为气体流量计，所述采样泵118为六路小型真空泵。
所用TSP切割器11为中流量TSP切割器，该TSP切割器完全符合《HJ/T374-2007总悬浮颗粒物采样器技术要求及检测方法》中规定的中流量TSP采样器尺寸。所用PM10切割器16、17、18和小流量PM2.5切割器19、110完全符合《HJ93-2013环境空气颗粒物（PM10和PM2.5）采样器技术要求及检测方法》附录B小流量撞击式切割器设计要求。
如图3、4所示，所述分流装置包括上端盖3、下端盖5、分流腔2、气流入口1、气流出口、分流罩4，分流腔2为上端盖3与下端盖5形成的密封腔体，分流罩4安装在分流腔2内，分流罩4固定在下端盖5的中心位置，分流罩4为圆锥形。上端盖3上设置有气流入口1，气流入口1与TSP切割器相连。端盖5的圆周上均布有6个气流出口，每个气流出口上均连接有整流杆6。进入分流腔2的气体经过分流罩4分流后进入六个整流杆6中。分流罩4表面光滑、平整，为硬质铝合金材质，该硬质铝合金的表面经过阳极氧化处理。气体进入分流腔2后沿圆锥形分流罩4的表面流动，避免了气流直接冲击到下端盖4上时大颗粒物的截留，同时也避免了进入大空腔后气体流速突然降低造成的颗粒物沉降，保证了采样结果的准确性。整流杆6上沿分别与上端盖的内表面3和分流罩4的下表面相切，以保证其最大限度的接收被分流罩4分流的气体。二次整流杆6与PM10切割器相连或直接与滤膜夹相连。为在结构上实现可连接性，二次整流杆可为直通型连接杆或如附图3所示的倒锥形连接杆。为保证各向同性分流效果，分流罩顶角θ的最优取值范围为60°至100°，可降低颗粒物冲击到分流罩4表面后垂直于锥形面的分解力，从而保证采样效果的准确性和可靠性。该分流装置结构简单、体积小，便于操作、维护。气体进入分流腔后沿圆锥形分流罩的表面流动，避免了气流直接冲击到下端盖上时大颗粒物的截留，同时也避免了进入大空腔后气体流速突然降低造成的颗粒物沉降，保证了采样结果的准确性。可实现在同源同动力情况下同时采集多种不同粒径颗粒物，充分考虑空气动力学因素对颗粒物运动轨迹的影响，提高了同源颗粒物采样的准确性，减少了颗粒物损失。利用一台所述分流装置即可实现对同一时段、同一地点环境空气中的颗粒物进行平行采样，既可以节省产品成本又可以提高仪器操作的便利性。
所述分流装置的内壁和分流罩4的外表面均光滑、平整，且分流装置的内壁和分流罩4的外表面上均设有惰性材料层，该惰性材料层由低吸附性的惰性材料制成，可保证随气流进入分流装置的所有颗粒物按照各向同性进入多个采样通道。除此之外，气流出口通径应尽可能地大，以减少气体流动的死腔面积。气流出口连接整流杆沿气流方向将大通径气流出口转换为小通径连接杆，减少了直接变径对气体颗粒物的截留，保证采样效果的准确性，同时也方便与下游切割器或滤膜夹相连。
该实施例可实现两路TSP、两路PM10和两路PM2.5同源平行采样。
实施例二
如图2所示，采样泵219以100L/min流量将包含颗粒物的环境空气吸入TSP切割器21，在此流量下，该TSP切割器21将空气动力学粒径大于100μm的颗粒物排除在采样器之外，而空气动力学直径≤100μm的颗粒物随气流进入分流装置22中。流量控制装置218精确控制进入六条气路的流量为16.67L/min，采样滤膜为直径47mm标准滤膜，分流装置22确保进入每条气路的气流为按各向同性原则均匀分配的气流。PM10切割器23、PM10切割器24和PM10切割器25直接与滤膜212、滤膜213和滤膜214相连。PM10切割器23、PM10切割器24和PM10切割器25将空气动力学直径大于10μm的颗粒物截留下来，则截留在滤膜212、滤膜213和滤膜214上的颗粒为空气动力学直径≤10μm的PM10。PM10切割器26、PM10切割器27和PM10切割器28与PM2.5切割器29、PM2.5切割器211和PM2.5切割器210相连。PM2.5切割器29、PM2.5切割器211和PM2.5切割器210将空气动力学直径大于2.5μm的颗粒物截留下来，空气动力学直径≤2.5μm的颗粒物随气流冲击在滤膜215、滤膜216和滤膜217上，即滤膜215、滤膜216和滤膜217截留的颗粒物为PM2.5。
六路经过滤膜过滤的气体流经流量控制装置218分别与采样泵219抽气端连接，并通过过滤器过滤后排出，颗粒物不会再次进入切割器对采样结果造成影响。所述流量控制装置218为气体流量计，所述采样泵219为六路小型真空泵。
所用TSP切割器21为中流量TSP切割器，该TSP切割器完全符合《HJ/T374-2007总悬浮颗粒物采样器技术要求及检测方法》中规定的中流量TSP采样器尺寸。所用PM10切割器23、24、25、26、27、28和小流量PM2.5切割器29、210、211完全符合《HJ93-2013环境空气颗粒物（PM10和PM2.5）采样器技术要求及检测方法》附录B小流量撞击式切割器设计要求。
如图3、4所示，所述分流装置包括上端盖3、下端盖5、分流腔2、气流入口1、气流出口、分流罩4，分流腔2为上端盖3与下端盖5形成的密封腔体，分流罩4安装在分流腔2内，分流罩4固定在下端盖5的中心位置，分流罩4为圆锥形。上端盖3上设置有气流入口1，气流入口1与TSP切割器相连。端盖5的圆周上均布有6个气流出口，每个气流出口上均连接有整流杆6。进入分流腔2的气体经过分流罩4分流后进入六个整流杆6中。分流罩4表面光滑、平整，为硬质铝合金材质，该硬质铝合金的表面经过阳极氧化处理。气体进入分流腔2后沿圆锥形分流罩4的表面流动，避免了气流直接冲击到下端盖4上时大颗粒物的截留，同时也避免了进入大空腔后气体流速突然降低造成的颗粒物沉降，保证了采样结果的准确性。整流杆6上沿分别与上端盖的内表面3和分流罩4的下表面相切，以保证其最大限度的接收被分流罩4分流的气体。二次整流杆6与PM10切割器相连或直接与滤膜夹相连。为在结构上实现可连接性，二次整流杆可为直通型连接杆或如附图3所示的倒锥形连接杆。为保证各向同性分流效果，分流罩顶角θ的最优取值范围为60°至100°，可降低颗粒物冲击到分流罩4表面后垂直于锥形面的分解力，从而保证采样效果的准确性和可靠性。
所述分流装置的内壁和分流罩4的外表面均光滑、平整，且分流装置的内壁和分流罩4的外表面上均设有惰性材料层，该惰性材料层由低吸附性的惰性材料制成，可保证随气流进入分流装置的所有颗粒物按照各向同性进入多个采样通道。除此之外，气流出口通径应尽可能地大，以减少气体流动的死腔面积。气流出口连接整流杆沿气流方向将大通径气流出口转换为小通径连接杆，减少了直接变径对气体颗粒物的截留，保证采样效果的准确性，同时也方便与下游切割器或滤膜夹相连。
该实施例可实现三路PM10和三路PM2.5同源平行采样。
同时本发明还设有智能操纵系统，通过一个操作系统控制多路同时采样，操作简便、采样结果准确性高。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种六通道空气颗粒物采样器，其特征在于，其顶部为一支流量为100L/min的中流量TSP切割器；TSP切割器下方连接一个分流装置，环境空气经过该TSP切割器后，大于100μm的颗粒物被阻隔在切割器之外不能进入采样器中，包含TSP颗粒的气体通过连接杆进入特制的分流装置，分流装置将100L/min流量均分为六路，每路流量均为16.67L/min；所述分成的六路气体分别通过直接与滤膜夹连接、或通过PM10切割器与滤膜夹连接、或通过PM10切割器-PM2.5切割器与滤膜夹连接；六路经过滤膜夹过滤的气体流经流量控制装置分别与采样泵抽气端连接，并通过过滤器过滤后排出；
所述分流装置包括上端盖、下端盖、分流腔、气流入口、气流出口、分流罩，所述分流腔为上端盖和下端盖形成的密封腔体，所述分流罩安装在分流腔内，所述分流罩固定在下端盖的中心位置，所述分流罩为圆锥形，所述上端盖上设有气流入口，所述下端盖的圆周上均布有多个气流出口，每个气流出口上连接有整流杆；所述气流入口与采样器顶部的TSP切割器连接；所述整流杆与分流装置下方的滤膜夹或PM10切割器连接。
2.根据权利要求1所述一种六通道空气颗粒物采样器，其特征在于，所述分流装置的内壁和分流罩的外表面均光滑、平整，且分流装置的内壁和分流罩的外表面上均设有惰性材料层，该惰性材料层由低吸附性的惰性材料制成。
3.根据权利要求1所述一种六通道空气颗粒物采样器，其特征在于，所述分流罩为硬质铝合金材质，该硬质铝合金的表面经过阳极氧化处理。
4.根据权利要求1所述一种六通道空气颗粒物采样器，其特征在于，所述分流罩为圆锥形，圆锥形分流罩顶角为60°～100°。
5.根据权利要求1所述一种六通道空气颗粒物采样器，其特征在于，整流杆上沿分别与上端盖的内表面和分流罩的下表面相切。
6.根据权利要求1所述一种六通道空气颗粒物采样器，其特征在于，整流杆为直通型连接杆或倒锥形连接杆。
7.根据权利要求1所述一种六通道空气颗粒物采样器，其特征在于，所述分流装置分流成的气体为六路；所述每路气体通过整流杆直接与滤膜夹连接，或通过整流杆与PM10切割器、滤膜夹依次连接，或通过整流杆与PM10切割器、PM2.5切割器、滤膜夹依次连接。
8.根据权利要求1所述一种六通道空气颗粒物采样器，其特征在于，所述流量控制装置为气体流量计，所述采样泵为真空泵。
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