CN104132831B - 可调式等速采样系统 - Google Patents

Abstract

本发明的可调式等速采样系统，包括机舱板、固定于机舱板下方的托架、安装在托架上的等速采样装置、与等速采样装置连通的主采样管和与等速管连通的颗粒物监测采样仪器，主采样管由多个节管道组成，节管道上设有等速采样接头，等速采样接头通过多分支管与颗粒物监测采样仪器相连，等速管的竖向管穿过托架并通过安装座安装在托架上，托架上的第一电机驱动竖向管绕自身轴线转动，机舱板上的第二电机驱动竖向管绕安装座与竖向管相交点所在的直线摆动，在飞行器飞行过程中，可以根据测速管所测得测压孔(两两对称)的静压，来调节等速管横向管的位置和角度使之正对气流，内部压强可以通过调控装置来调整，保证了采样装置测得数值的精确度。

Description

可调式等速采样系统

技术领域

本发明涉及了一种采样装置，特别是一种颗粒物等速采样装置。

背景技术

目前，极端污染天气频发，颗粒物污染备受公众关注，政府也出台了系列政策治理颗粒物污染。为与地面监测数据作比对研究，需要开展航测，但目前航测PM_2.5和PM₁₀通常是用装在飞行器上的采样器进行采集的，而现有采样器中的等速管通常不具有调整机构，无法使等速管的端口正对着气流，往往与气流形成一个夹角，导致等速管的进气量不能达到最大，测得的粒径谱分布和颗粒的浓度不均匀，直接影响采样的精确度。由此，提高PM_2.5和PM₁₀的监测数据精密度，保证数据的可靠性，是当前急需解决的问题。

此外，在空中采样时，现有的采样装置内部气压会随着飞行高度的增加而不断改变，一方面会造成内部气压和外部气压不等而造成采样装置流量变化，影响采样的精准度，另一方面，地面监测和空中监测时，气压不一致，在比对研究时标准不统一。

发明内容

本申请的发明目的在于解决目前采样器中的主采样管位置不能进行调整、采样装置内部气压不稳定的问题，而提供一种可调式等速采样系统。

为了完成本申请的发明目的，本申请采用以下技术方案：

本发明的可调式等速采样系统，包括机舱板、固定于所述机舱板下方的托架、安装在所述托架上的等速采样装置、与所述采样装置连通的主采样管和与所述等速管连通的颗粒物监测采样仪器，所述等速采样装置包括等速头和等速管，所述等速管为“L”形管，所述等速头可拆卸地安装于所述等速管的横向管的端口，所述等速管的竖向管穿过托架并通过安装座可旋转地安装在所述托架上，所述托架上还安装有第一电机，所述第一电机驱动所述竖向管绕自身轴线转动，所述机舱板具有用于所述竖向管穿过和摆动的通口，所述机舱板上还安装有第二电机，所述第二电机驱动所述竖向管绕连接安装座与竖向管的销轴摆动，所述竖向管的上端口通过旋转机械密封件连通于所述主采样管的一端，所述主采样管上开有用于连接颗粒物监测采样仪器的通孔，所述主采样管的另外一端连接有调控装置，所述调控装置包括流量计、比例调节阀和真空泵，所述主采样管通过通气管道与所述真空泵连接，所述通气管道上安装流量计和比例调节阀，所述调控装置还包括测速管和PC机，所述测速管连通于所述横向管上，所述测速管前端管壁上开有测压孔，所述PC机分别与所述测速管、流量计、比例调节阀、真空泵、第一电机、第二电机和颗粒物监测采样仪器相连。

本发明所述安装座包括轴承座、轴承和用于夹持等速管的转动架，所述轴承座固定于托架上，所述转动架通过轴承连接于所述轴承座上，所述转动架可相对于轴承座旋转，所述转动架通过销轴夹持所述等速管的竖向管，所述转动架在第一电机的驱动下使所述等速管绕竖向管中心轴线旋转。

本发明所述第一电机通过第一推杆驱动所述竖向管，所述第一推杆的一端铰接于所述转动架上，另外一端连接于所述第一电机上。

本发明所述第二电机驱动所述等速管绕所述销轴轴线转动，所述第二电机通过第二推杆驱动所述竖向管，所述竖向管上套有管箍，所述竖向管可相对于所述管箍转动，所述第二推杆的一端固定于所述管箍上，另外一端连接于所述第二电机上。

本发明所述主采样管由至少两个节管道组成，所述节管道之间采用丝扣连接、法兰连接或卡箍连接，所述节管道侧壁上设有用于连接颗粒物监测采样仪器的等速采样接头，等速采样接头通过多分支管与颗粒物监测采样仪器相连，所述等速采样接头呈交错分布。

本发明所述测速管通过两根气管与所述PC机相连，用于检测空气的动压和静压，所述测速管上设有2n个测压孔，n为大于1的自然数，其中至少有两个测压孔对称分布于测速管的上下管面，同时至少有两个测压孔对称分布于测速管左右侧面上。

本发明所述流量计和比例阀可用流量控制器替换。

本发明所述通气管道为软质管材。

本发明的可调式等速采样系统与现有技术相比具有以下优点：可调式等速采样系统的转动架通过轴承与托架连接，转动架可自由转动，同时转动架通过销轴夹持竖向管，竖向管的上端是由旋转机械密封件连接在主采样管上，所以竖向管可自由转动，竖向管带动横向管摆动，从而实现横向管水平角度的调节，上述等速管可以通过第一电机驱动竖向管绕自身轴线转动，从而调节横向管水平方向上与气流形成的角度，并通过第二电机驱动竖向管绕销轴摆动，从而调节横向管竖直方向上与气流形成的角度，而PC机根据测速管上测压孔测得的压力来时时调整横向管，使之与气流方向相对，从而提高等速管的进气量，并使测得的粒径谱分布和颗粒的浓度均匀，保证采样的精确度；此外，上述调控装置可以通过控制流量来调节采样系统内部气压，使内部气压与外界气压相等，避免内部气压和外部气压不等而造成采样装置的震动，同时调控装置也可以使内部气压恒定，使进样比对研究时标准统一。

上述管箍可相对于竖向管转动，避免管箍限制竖向管的转动，同时管箍在第二电机推动下带动竖向管前后摆动，竖向管带动横向管也作前后摆动，从而实现横向管垂直角度的调节。

上述节管道的数量可以根据具体需求来确定，当需要加装颗粒物监测采样仪器时，可以通过加装节管道，将颗粒物监测采样仪器连通到主采样管上，节管道上的等速采样接头交错分布，可以避免等速采样接头气流进入时相互之间形成干扰。

通过上述测速管上下表面上的测压孔可以测得测速管上下两面的静压，当上下测压孔的静压不等时，可通过调节横向管在垂直方向上与气流形成角度，直至上下静压相等，使用同样的方法使测速管左右静压相等，此时便可确定横向管正对气流方向。

本发明的可调式等速采样系统放置飞行器上，在飞行器的飞行过程中，等速管的位置可以根据测速管所测得进气口(两两对称)的静压，来进行调节，内部压强可以通过调控装置来调整，保证了采样装置测得数值的精准度，本发明的可调式等速采样系统可以安装在不同飞行器中，并且适用于在不同风速条件下进行采样。

附图说明

图1为本发明的可调式等速采样系统的主视图；

图2为图1中的“Ⅰ”处局部放大图；

图3为图1中主采样管的整体结构示意图；

图4是图1中A-A处的剖面示意图；

图5是图1中B-B处的剖面示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的可调式等速采样系统，包括机舱板1、固定于机舱板1下方的托架2、安装在托架2上的等速采样装置3、与等速采样装置3连通的主采样管4和与主采样管4连通的颗粒物监测采样仪器13，主采样管4由多个节管道41组成，节管道41上设有等速采样接头42，主采样管4通过等速采样接头42与颗粒物监测采样仪器13相连。

等速采样装置3包括等速头31和等速管32，等速管32为“L”形管，等速头31可拆卸地安装于等速管32的横向管321的端口，等速管32的竖向管322穿过托架2并通过安装座5可旋转地安装在托架2上，托架2上还安装有第一电机6，第一电机6驱动竖向管322绕自身轴线转动。

机舱板1具有用于竖向管322穿过和摆动的通口，机舱板1上还安装有第二电机7，第二电机7驱动竖向管322绕销轴51摆动，竖向管322的上端口通过旋转机械密封件43连通于主采样管4的一端，主采样管4通过通孔与颗粒物监测采样仪器相连，主采样管4的另外一端连接有调控装置8。

调控装置8包括流量计81、比例调节阀82和真空泵83，主采样管4通过通气管道9与真空泵83连接，通气管道9上安装流量计81和比例调节阀82，通气管道9为软质管材。

调控装置8还包括测速管84和PC机85，测速管84连通于横向管321上，测速管84前端管壁上开有测压孔841，PC机85分别与测速管84、流量计81、比例调节阀82、真空泵83、第一电机6、第二电机7和颗粒物监测采样仪器相连，优选的，测速管84通过两根气管与所述PC机相连，用于检测空气的动压和静压，测速管84与横向管321平行，如图5所示，测速管84上设有2n个测压孔841，n为大于1的自然数，其中至少有两个测压孔841位于测速管84的上下管面，同时至少有两个测压孔841位于测速管84左右侧面上，优选的，位于测速管84的上下管面上的两个测压孔841相对设置，位于测速管84的左右侧面上的两个测压孔841相对设置。

如图1和图4所示，安装座5包括轴承座52、轴承53和转动架54，轴承座52固定于托架2上，转动架54通过轴承53连接于轴承座52上，转动架54可相对于竖向管322轴线旋转，转动架54通过销轴51夹持等速管32的竖向管322，转动架54在第一电机6的驱动下使等速管32绕竖向管322中心轴线旋转。

优选的，第一电机6通过第一推杆10驱动竖向管322，第一推杆322的一端铰接于转动架54上，另外一端连接于第一电机6上。

优选的，第二电机7驱动等速管32绕销轴51轴线转动，第二电机7通过第二推杆11驱动竖向管32，竖向管32上套有管箍12，竖向管32可相对于管箍12转动，第二推杆11的一端固定于管箍12上，另外一端连接于第二电机7上。

如图2-3所示，主采样管4的由三个节管道41组成，节管道41之间采用丝扣连接、法兰连接或卡箍连接，节管道41上设有等速采样接头42，等速采样接头42通过多分支管与颗粒物监测采样仪器13相连，优选的，节管道41上的等速采样接头42呈上下交错状分布。

本实施例中的流量计81和比例调节阀82也可用流量控制器替换。

上述可调式等速采样系统的使用过程为：进行航测时，将可调式等速采样系统安装在机舱板1上，PC机85根据测速管84测得的静压来控制调整等速管32的位置，具体方法为：测速管84竖直方向的测压孔841测得的静压传输给PC机，如果竖直方向的测压孔测得的静压不相等，则PC机85控制第二电机7驱动竖向管322绕销轴51旋转，直至竖直方向的测压孔841测得的静压的一致，同时，测速管84水平方向的测压孔841测得的静压传输给PC机85，如果水平方向的测压孔841测得的静压不相等，则PC机85控制第一电机6驱动竖向管322绕自身轴线旋转，直至水平方向的测压孔841测得的静压的一致，通过上述方法可以使与等速管32平行的测速管84的端口正对气流，因此等速管32的端口也正对气流。

在航测时，飞机飞行的高度变化时，测速管84会把动压传输给PC机85，同时流量计81测得的内部压强也会传输给PC机85，当内外部气压不一致时，PC机85控制真空泵83抽取内部气体，同时PC机85可以控制比例调节阀82控制装置内部气流流量，直至采样系统内部外部压强一致。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种可调式等速采样系统，包括机舱板(1)、固定于所述机舱板(1)下方的托架(2)、安装在所述托架(2)上的等速采样装置(3)、与所述等速采样装置(3)相连的颗粒物监测采样仪器(13)，所述颗粒物监测采样仪器(13)通过主采样管(4)上的等速采样接头(42)与所述等速采样装置(3)连通，所述等速采样装置(3)包括等速头(31)和等速管(32)，所述等速管(32)为“L”形管，所述等速头(31)可拆卸地安装于所述等速管(32)的横向管(321)的端口，其特征在于：所述等速管(32)的竖向管(322)穿过托架(2)并通过安装座(5)可旋转地安装在所述托架(2)上，所述竖向管(322)通过销轴(51)连接安装座(5)，所述托架(2)上还安装有第一电机(6)，所述第一电机(6)驱动所述竖向管(322)绕自身轴线转动，所述机舱板(1)具有用于所述竖向管(322)穿过和摆动的通口，所述机舱板(1)上还安装有第二电机(7)，所述第二电机(7)驱动所述竖向管(322)绕所述销轴(51)轴线摆动，所述竖向管(322)的上端口通过旋转机械密封件(43)连通于所述主采样管(4)的一端，所述主采样管(4)的另外一端连接有调控装置(8)，所述调控装置(8)包括流量计(81)、比例调节阀(82)和真空泵(83)，所述主采样管(4)通过通气管道(9)与所述真空泵(83)连接，所述通气管道(9)上安装流量计(81)和比例调节阀(82)，所述调控装置(8)还包括安装在所述横向管(321)上的测速管(84)和PC机(85)，所述测速管(84)与所述横向管(321)平行设置，所述测速管(84)前端管壁上开有测压孔(841)，所述PC机(85)分别与所述测速管(84)、流量计(81)、比例调节阀(82)、真空泵(83)、第一电机(6)、第二电机(7)和颗粒物监测采样仪器(13)相连。

2.如权利要求1所述的可调式等速采样系统，其特征在于：所述安装座(5)包括轴承座(52)、轴承(53)和用于夹持等速管(32)的转动架(54)，所述轴承座(52)固定于托架(2)上，所述转动架(54)通过轴承(53)连接于所述轴承座(52)上，所述转动架(54)可绕所述竖向管(322)中心轴线旋转，所述转动架(54)在第一电机(6)的驱动下使所述等速管(32)绕竖向管(322)中心轴线旋转。

3.如权利要求2所述的可调式等速采样系统，其特征在于：所述第一电机(6)通过第一推杆(10)推动所述转动架(54)，所述第一推杆(10)的一端铰接于所述转动架(54)上，另外一端连接所述第一电机(6)。

4.如权利要求3所述的可调式等速采样系统，其特征在于：所述第二电机(7)通过第二推杆(11)推动所述竖向管(322)进行摆动，所述竖向管(322)上套有管箍(12)，所述竖向管(322)可相对于所述管箍(12)转动，所述第二推杆(11)的一端固定于所述管箍(12)上，另外一端连接所述第二电机(7)。

5.如权利要求1、2、3或4所述的可调式等速采样系统，其特征在于：所述主采样管(4)由至少两个节管道(41)组成，所述节管道(41)之间采用丝扣连接、法兰连接或卡箍连接，所述节管道(41)侧壁上设有等速采样接头(42)，等速采样接头(42)通过多分支管连接颗粒物监测采样仪器(13)，所述等速采样接头(42)呈交错分布。

6.如权利要求5所述的可调式等速采样系统，其特征在于：所述测速管(84)通过两根气管与所述PC机(85)相连，用于检测空气的动压和静压，所述测速管(84)上设有2n个测压孔(841)，n为大于1的自然数，其中至少有两个测压孔(841)对称分布于测速管(84)的上下管面，同时至少有两个测压孔(841)对称分布于测速管左右侧面上。

7.如权利要求6所述的可调式等速采样系统，其特征在于：所述流量计(81)和比例调节阀(82)可用流量控制器替换。

8.如权利要求7所述的可调式等速采样系统，其特征在于：所述通气管道(9)为软质管材。