CN103913353B - 一种适用于机载测量的气体常压采样装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于机载测量的气体常压采样装置，其特征在于：它包括一采样外管、一取气管、一压力传感器、一步进电机和两多孔板；采样外管由一体设置的细管和粗管两部分组成，细管和粗管之间采用扩散型结构衔接，粗管的侧壁上具有一向下延伸的分支管；取气管的一端贯穿分支管后连通粗管的内腔；取气管的另一端连接一三通接头的第一端，三通接头的第二端连接一气体浓度检测仪器的采样总管，第三端连接压力传感器，压力传感器电连接步进电机；步进电机固定在位于外侧的多孔板上，其转轴贯穿位于外侧的多孔板后转动连接位于内侧的多孔板。本发明可以广泛用于航测气体采样。
Description
技术领域
本发明涉及一种气体常压采样装置，特别是关于一种适用于机载测量的气体常压采样装置。
背景技术
近年来，人们对环境质量的关注逐年增加，大气污染的研究也受到更多学者的重视。针对大气污染国内外进行大量观测和研究，结果表明：大气污染物浓度分布除了与污染源的分布特征和源强大小有直接关系外，还与气象条件密不可分。局地大气污染与不同气象条件下该地的大气边界层条件有关，比如：垂直方向上的湍流变化就会影响污染物浓度的时空分布。如果开展区域性、多尺度的污染特征研究，就需要分析污染物的垂直分布特征以及垂直方向的气象条件。
为了研究不同气象条件下污染物浓度随时间、高度的变化特征，则需要进行高空采样。高空采样分为高空离线采样和高空在线采样。高空离线采样存在以下两方面的问题：1）时间分辨率低，难以满足实时性监测的需要；2）运输过程会对采样样品造成不确定的影响。虽然高空在线采样能够提高时间分辨率、使样品在保存和输送过程中不受到干扰，但由于采样通常在几百甚至上千米的高空进行，采集到的气体压强会随飞行状态变化而改变，如果直接进行大气采样会存在以下问题：1）样品的采样压强会随飞行状态变化而改变，为气体浓度的定量带来不便；2）当外界气体流速过低时，采样体积量可能不满足气体浓度检测仪器的要求，从而影响观测结果。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种实现采样气体压强不随飞行状态变化而改变的适用于机载测量的气体常压采样装置。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种适用于机载测量的气体常压采样装置，其特征在于：它包括一采样外管、一取气管、一压力传感器、一步进电机和两多孔板；所述采样外管由一体设置的细管和粗管两部分组成，所述细管和所述粗管之间采用扩散型结构衔接，所述粗管的侧壁上具有一向下延伸的分支管；所述取气管的一端贯穿所述分支管后连通所述粗管的内腔，且所述取气管与所述分支管为密封连接；所述取气管的另一端连接一三通接头的第一端，所述三通接头的第二端连接一气体浓度检测仪器的采样总管，第三端连接所述压力传感器，所述压力传感器电连接所述步进电机；两所述多孔板重叠设置在所述采样外管的出口处，且位于外侧的所述多孔板与所述采样外管紧固连接，所述多孔板沿周向均匀设置若干通气孔；所述步进电机固定在位于外侧的所述多孔板上，其转轴贯穿位于外侧的所述多孔板后转动连接位于内侧的所述多孔板。
所述取样管上紧固连接有一固定接头，所述取样管通过所述固定接头螺纹连接所述分支管，并在所述取气管与所述分支管的连接处设置一Ｏ型密封圈。
所述分支管的外壁具有外螺纹，所述固定接头为内部具有一圆形凹槽的圆管，所述圆形凹槽壁上具有与所述分支管的外螺纹相配合的内螺纹；所述固定接头为聚四氟乙烯材质。
所述采样外管为石英玻璃材质，所述细管的内管径为20mm，长为80mm；所述粗管的内管径为76mm，长为120mm；所述分支管的内管径为7.5mm。
所述取气管为聚四氟乙烯材质。
所述多孔板采用直径为76mm的圆形钢板,在距圆心32.5mm的圆周均匀设置16个直径为6mm的圆形通气孔，每相邻两个所述通气孔的圆心之间的夹角为22.5°。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用在取气管一端设置采样外管，另一端连接压力传感器，且压力传感器连接步进电机，步进电机的转轴贯穿采样外管出口处设置的两块多孔板中内侧的一块，外侧的一块与采样外管紧固连接，从而通过压力传感器和步进电机控制两块多孔板之间的错位角距离调节采样外管内气体流量。通过压力传感器和步进电机不断进行的反馈调节，最终实现采样外管内的气压为所在飞行高度的正常气压，上述此种设置有效保证了采样气体压强不会随飞行状态变化而改变。另外，本发明利用压力传感器的电脉冲信号带动步进电机转动，省去了传统的质量流量控制器对采样外管的进气流量调节，并且通过压力传感器实时反馈，提高了数据在线采集的灵敏度。2、本发明采用在取气管外设置采样外管，有效解决了当外界气体流速过低时，常规取气管内压强大于外界气体压强而导致气体不进入取气管的缺点，从而保证了取气管采样的体积量，以满足气体浓度检测仪器的要求。3、本发明利用分支管和固定接头直接固定取气管，避免了在采样外管的内外两侧使用固定支架，简化了整套装置的部件，便于携带、安装和拆卸，并且采样外管为石英玻璃材质，气体的吸附小，而取气管、固定接头均为聚四氟乙烯材质，使得本发明整体重量轻，便于在飞机上使用，因此本发明可以广泛用于航测气体采样。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图
图2是本发明的采样外管横截面示意图
图3是本发明的多孔板平面结构示意图
图4是本发明的固定接头结构示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明包括一采样外管1、一取气管2、一压力传感器3、一步进电机4和两多孔板5。
如图1、图2所示，采样外管1由一体设置的细管11和粗管12两部分组成，细管11和粗管12之间采用扩散型结构衔接。粗管12的侧壁上具有一向下延伸的分支管121，分支管121的外壁具有外螺纹。取气管2的一端贯穿分支管121后连通至粗管12的内腔，取样管2上紧固连接有一固定接头6，取样管2通过固定接头6螺纹连接分支管121，并在取气管2与分支管121的连接处设置一Ｏ型密封圈7。取气管2的另一端连接一三通接头8的第一端，三通接头8的第二端连接气体浓度检测仪器的采样总管9，第三端连接压力传感3，压力传感器3电连接步进电机4。两多孔板5重叠设置在采样外管1的出口处，且位于外侧的多孔板5与采样外管1紧固连接，多孔板5还沿周向均匀设置若干通气孔。步进电机4固定在位于外侧的多孔板5上，其转轴贯穿该多孔板5后转动连接位于内侧的多孔板5。
上述实施例中，采样外管1为石英玻璃材质，细管11的内管径为20mm，长为80mm；粗管12的内管径为76mm，长为120mm；分支管121的内管径为7.5mm。
上述实施例中，取气管2为聚四氟乙烯材质。
上述实施例中，如图3所示，多孔板5采用直径为76mm的圆形钢板,在距圆心32.5mm的圆周上均匀设置16个直径为6mm的圆形通气孔，每相邻两个通气孔的圆心之间的夹角为22.5°。
上述实施例中，如图4所示，固定接头6为内部具有一圆形凹槽的圆管，其圆形凹槽壁上具有与分支管121的外螺纹相配合的内螺纹，固定接头6与分支管121螺纹连接以进一步实现分支管121与取气管2的紧固连接；固定接头6为聚四氟乙烯材质。
本发明工作时：
1）进行航空气体采样时，本发明设置于飞机外部，采样外管1进口与气流方向相对，气体从细管11的管口处进入粗管12内，一部分气体滞留在粗管12的腔体内，另一部分气体经由取气管2传送给压力传感器3，同时经由取气管2后经采样总管9传送给气体浓度检测仪器；
2）气体浓度检测仪器实时检测气体浓度；当压力传感器3所采集的气体为非对应飞行高度的常压状态时，压力传感器3将测量的气体压力转化成电脉冲信号反馈给步进电机4；
3）步进电机4根据所得的电脉冲信号带动位于内侧的多孔板5转动，从而改变两块多孔板5的错位程度，进而控制流出采样外管1的气体流量，使得采样外管1腔体内的气压发生改变；
4）虽然飞机在同一飞行高度进行气体采样，但是气体气压也在不断变化，因此需要重复步骤2）～3），使得压力传感器3与步进电机4形成的反馈调节过程不断循环，直至压力传感器3所测的压力达到常压或者接近常压水平，此时气体浓度检测仪器的检测结果为飞机所在飞行高度常压状态下的气体浓度。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (9)
1.一种适用于机载测量的气体常压采样装置，其特征在于：它包括一采样外管、一取气管、一压力传感器、一步进电机和两多孔板；
所述采样外管由一体设置的细管和粗管两部分组成，所述细管和所述粗管之间采用扩散型结构衔接，所述粗管的侧壁上具有一向下延伸的分支管；所述取气管的一端贯穿所述分支管后连通所述粗管的内腔，且所述取气管与所述分支管为密封连接；所述取气管的另一端连接一三通接头的第一端，所述三通接头的第二端连接一气体浓度检测仪器的采样总管，第三端连接所述压力传感器，所述压力传感器电连接所述步进电机；两所述多孔板重叠设置在所述采样外管的出口处，且位于外侧的所述多孔板与所述采样外管紧固连接，所述多孔板沿周向均匀设置若干通气孔；所述步进电机固定在位于外侧的所述多孔板上，其转轴贯穿位于外侧的所述多孔板后转动连接位于内侧的所述多孔板。
2.如权利要求1所述的一种适用于机载测量的气体常压采样装置，其特征在于：所述取气管上紧固连接有一固定接头，所述取气管通过所述固定接头螺纹连接所述分支管，并在所述取气管与所述分支管的连接处设置一O型密封圈。
3.如权利要求2所述的一种适用于机载测量的气体常压采样装置，其特征在于：所述分支管的外壁具有外螺纹，所述固定接头为内部具有一圆形凹槽的圆管，所述圆形凹槽壁上具有与所述分支管的外螺纹相配合的内螺纹；所述固定接头为聚四氟乙烯材质。
4.如权利要求1或2或3所述的一种适用于机载测量的气体常压采样装置，其特征在于：所述采样外管为石英玻璃材质，所述细管的内管径为20mm，长为80mm；所述粗管的内管径为76mm，长为120mm；所述分支管的内管径为7.5mm。
5.如权利要求1或2或3所述的一种适用于机载测量的气体常压采样装置，其特征在于：所述取气管为聚四氟乙烯材质。
6.如权利要求4所述的一种适用于机载测量的气体常压采样装置，其特征在于：所述取气管为聚四氟乙烯材质。
7.如权利要求1或2或3或6所述的一种适用于机载测量的气体常压采样装置，其特征在于：所述多孔板采用直径为76mm的圆形钢板,在距圆心32.5mm的圆周均匀设置16个直径为6mm的圆形通气孔，每相邻两个所述通气孔的圆心之间的夹角为22.5°。
8.如权利要求4所述的一种适用于机载测量的气体常压采样装置，其特征在于：所述多孔板采用直径为76mm的圆形钢板,在距圆心32.5mm的圆周均匀设置16个直径为6mm的圆形通气孔，每相邻两个所述通气孔的圆心之间的夹角为22.5°。
9.如权利要求5所述的一种适用于机载测量的气体常压采样装置，其特征在于：所述多孔板采用直径为76mm的圆形钢板,在距圆心32.5mm的圆周均匀设置16个直径为6mm的圆形通气孔，每相邻两个所述通气孔的圆心之间的夹角为22.5°。
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