CN104568519A - 恒流控温大气采样设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种恒流控温大气采样设备，包括：采样内箱；吸收瓶模组；控制系统，包括控制器、温度传感器、半导体制冷片，控制器根据温度传感器检测到的吸收瓶容器内的温度进而控制半导体制冷片工作，半导体制冷片为片式结构且可将制冷一面或发热一面贴紧于吸收瓶容器底部，根据控制器对吸收瓶容器进行制冷或者加热；采样管路，采样管路包括气泵、气管与电磁阀组，电磁阀组受控制器控制，通过气管打开或关闭给对应的吸收瓶泵气，气管之进气部分为双层管结构，外层管为硬质结构而内层管为软质结构，且外层管与内层管之间间隔有间隙。本发明为一种能够精确控制气体流量，且能够控制采样内箱内部温度的大气采样设备。

Description

恒流控温大气采样设备

技术领域

本发明涉及大气采样领域，尤其涉及一种能够精确控制气体流量，且能够控制采样内箱内部温度的大气采样设备。

背景技术

大气采样是采集大气中污染物样品或受污染空气样品的过程。现场采样方法有两类：一类是使大量空气通过液体吸收剂或固体吸附剂，将大气中浓度较低的污染物富集起来，如抽气法、滤膜法。另一类是用容器(玻璃瓶、塑料袋等)采集含有污染物的空气。前者测得的是采样时间内大气中污染物的平均浓度；后者测得的是瞬时浓度或短时间内的平均浓度。采样的方式应根据采样的目的和现场情况而定。所采样品应有代表性。采样效率要高，操作务求简便，并便于进行随后的分析测定，以获得可靠的大气污染的基本数据。采集大气中污染物的样品或受污染空气的样品，以期获得大气污染的基本数据。

大气采样是大气环境监测的重要步骤，对于监测数据的可靠性关系极大。采集大气样品的方法，主要有两类：一类是使大量空气通过液体吸收剂或固体吸附剂，以吸收或阻留污染物，把原来大气中浓度较低的污染物富集起来，如抽气法、滤膜法。用这类方法测得的结果是采样时间内大气中污染物的平均浓度。另一类是用容器(玻璃瓶、塑料袋、橡皮球胆、注射器等)采集含有污染物的空气。这类方法适用于下述情况：大气中污染物的浓度较高；或测定方法的灵敏度较高；不易被液体吸收剂吸收或固体吸附剂吸附的污染气体和蒸汽。用此法测得的结果为大气中污染物的瞬时浓度或短时间内的平均浓度。此外，还有低温冷冻法，可用于采集挥发性气体和蒸汽，如烷基铅。采样器中的液体吸收剂主要用于吸收气态和蒸汽态物质。常用的吸收剂有：水、化合物水溶液、有机溶剂等。吸收剂必须能与污染物发生快速的化学反应或能把污染物迅速地溶解，并便于进行分析操作。例如空气中的氟化氢、氯化氢可用水作为吸收剂；二氧化硫可用四氯汞钠作为吸收剂；甲拌磷(3911)、内吸磷(1059)等有机磷农药可用5％甲醇作为吸收剂等。固体吸附剂有颗粒状吸附剂和纤维状吸附剂两种。常用的颗粒状吸附剂有硅胶、素陶瓷等，用于气态、蒸汽态和颗粒物的采样。纤维状吸附剂有滤纸、滤膜、脱脂棉、玻璃棉等，吸附作用主要是物理性的阻留，用于采集颗粒物。有时吸附剂先用某种化学试剂浸渍处理，使污染物同它发生化学作用而被吸附，主要用于采集气态或蒸汽态污染物。

大气采样要根据采样的目的和现场情况，选择合适的采样方式。如连续或瞬时采样，在地面定点采样或流动采样,用气球、飞机进行空中采样,以及环境采样、室内采样和污染源采样等。采样目的和采样方式不同，所用的采样方法和采样器也有所不同。如烟囱内颗粒物采样，可根据烟囱形状、高度，选定适当位置打孔，把采样器的收集器伸入孔内，用等动力速度抽气采集。这种方法称为等动力采样法。

大气采样所采集的样品应具有代表性。采样的效率要高，操作务求简便，并便于进行随后的化学分析测定。影响样品的代表性的因素有采样器和吸收剂的效率，采样点的位置和采样器对气流的干扰等。

近年来，大气采样技术正逐渐与分析测试技术结合起来，构成一种能够连续自动地进行采样、分析测定、记录所测结果的装置。这种装置可直接进行现场监测，称为监测分析仪。

大气采样器对于空气以及环境中有害气体的检测起到了很好的作用。随着科学技术的不断进步，大气采样器也是不断推出新品，如：智能型大气采样器、防爆大气采样器、双气路大气采样器等等产品，大大丰富了大气采样器的分类。

在大气采样领域，在不同地区，地区的温度差异可能比较大，例如在北方冬天寒冷的气候，或者在南方地带夏天酷热的气候中，采样设备由于受到低温或高温的影响，不利于吸收瓶内的吸收液对所采到的气体进行最佳的吸收，直接造成了后续化学分析的精确度。同时，在无人值守的多仓位分时自动采样过程中，已经采样完成的需要保存的吸收瓶中的吸收液，如果处于高的温度，会使得已经吸收的目标化学物质，其中有部分以比较快的速度重新挥发到环境中，也导致影响后续化学分析结果的精确度。

如果要做到吸收瓶内的液体的最佳吸收，则需要对采样设备内部的气温进行控制，此外还须确保进入吸收瓶内的气流为恒定气流。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够精确控制气体流量，且能够控制采样内箱内部温度的大气采样设备。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案为：提供一种恒流控温大气采样设备，其包括：

采样内箱，所述采样内箱包括可密封安装的箱体及上盖，且所述箱体及上盖均为通过保温材料制成；

吸收瓶模组，包括支架、吸收瓶容器及吸收瓶，所述支架固定在所述采样内箱内，所述支架上表面设置有通孔，所述吸收瓶容器的侧壁为橡胶保温材料，并可拆卸地套设于所述通孔内与所述通孔密封配合，所述吸收瓶容器内装有吸收瓶；

控制系统，所述控制系统包括控制器、温度传感器、半导体制冷片，所述温度传感器的探针为设于所述吸收瓶容器内，所述控制器根据所述温度传感器检测到的所述吸收瓶容器内的温度进而控制所述半导体制冷片工作，所述半导体制冷片为片式结构且可将制冷一面或发热一面贴紧于所述吸收瓶容器底部，根据所述控制器对所述吸收瓶容器进行制冷或者加热；

采样管路，所述采样管路包括气泵、气管与电磁阀组，所述电磁阀组受所述控制器控制，通过所述气管打开或关闭给对应的吸收瓶泵气，所述气管之进气部分为双层管结构，外层管为硬质结构而内层管为软质结构，且所述外层管与内层管之间间隔有间隙。

所述间隙与外界之间设有进出气通道，所述进出气通道内设流量传感器；当所述内层管内的气流压力增大或减小时，则所述内层管膨胀或缩小以保持所述内层管内的气压稳定，而使得所述间隙内的气体通过所述进出气通道向外排气或吸气，所述流量传感器检测流经所述进出气通道的气体流量，反馈回控制系统，所述控制系统调整所述气泵的功率以保持所述气管内的气流压力稳定。

绕所述通孔内壁一周设有卡环，所述半导体制冷片设于所述卡环上，所述吸收瓶容器置于所述通孔时位于所述半导体制冷片之上。

绕所述通孔内壁一周设有卡环，所述吸收瓶容器底部设置有供所述半导体制冷片嵌入的卡口。

还设有用于连通所述采样内箱内与外的气嘴组，所述气嘴组设于所述上盖。

所述箱体的底部为开口结构，所述支架置于所述采样内箱时，所述通孔贯穿所述采样内箱内部空间与外界空间。

所述通孔设成上大下小倒圆台形结构或倒棱台形结构，对应设有可卡合在所述通孔内的圆形或矩形的垫片，所述半导体制冷片为承载于所述垫片上。

所述内层管为软胶材质，且所述外层管与内层管之间设置有连接筋进行连接。

从所述电磁阀组出来的所述气管为单层管结构，且在连接所述气泵之前连接有缓冲腔体，所述缓冲腔体为通过导热材料制成，且所述缓冲腔体的外壁设置有用于增大表面积的鳍片。

所述支架为可脱离地卡设于所述箱体内壁，所述支架的侧壁上设有卡舌，而在所述箱体内壁设有对应的卡口。

与现有技术相比，本发明恒流控温大气采样设备中，由于所述采样管路中，所述气管之进气部分为双层管结构，因此在进入吸收瓶的气流的气压如果突然增大时，由于所述内层管为软质结构，会迅速膨胀而使得所述外层管与内层管之间的所述间隙内的气压增大，所述流量传感器检测到流经所述进出气通道的气体流量，反馈回所述控制器，所述控制器调整所述气泵的功率以保持所述气管内的气流压力稳定。因此能够最大限度地确保所述气管内的气流为恒流。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

图1为本发明恒流控温大气采样设备的一个实施例的示意图。

图2a为如图1所示的恒流控温大气采样设备的采样内箱的剖面结构示意图。

图2b为本发明恒流控温大气采样设备的采样内箱的另一个实施例的剖面结构示意图。

图3所示为本发明恒流控温大气采样设备的吸收瓶容器的一个实施例的示意图。

图4为本发明恒流控温大气采样设备的一个实施例的电路原理模块图。

图5为本发明恒流控温大气采样设备的气管之进气部分的剖视图。

图6为本发明恒流控温大气采样设备的采样管路的一个实施例的示意图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，如图1所示，本发明实施例提供的恒流控温大气采样设备100，其包括：

采样内箱1，所述采样内箱1包括可密封安装的箱体11及上盖12，且所述箱体11及上盖12均为通过保温材料制成。

吸收瓶模组2，包括支架21，所述支架21固定在所述采样内箱1内，所述支架21上表面设置有通孔22，所述通孔22为贯穿所述支架21上表面及下表面，所述通孔22可拆卸地装设有吸收瓶容器23，所述吸收瓶容器23内装有吸收瓶24，所述吸收瓶容器23为通过保温材料制成。

吸收瓶模组2，包括支架21、吸收瓶容器23及吸收瓶24，所述支架21固定在所述采样内箱1内，所述支架21上表面设置有通孔22，所述吸收瓶容器23的侧壁为橡胶保温材料，并可拆卸地套设于所述通孔22内与所述通孔22密封配合，所述吸收瓶容器23内装有吸收瓶24。

如图4所示，控制系统3，所述控制系统3包括控制器31、温度传感器32、半导体制冷片33，所述温度传感器32的探针为设于所述吸收瓶容器23内，所述控制器31根据所述温度传感器32检测到的所述吸收瓶容器23内的温度进而控制所述半导体制冷片33工作，所述半导体制冷片33为片式结构且可将制冷一面或发热一面贴紧于所述吸收瓶容器23底部，根据所述控制器31对所述吸收瓶容器23进行制冷或者加热。

实施例一，如图4、5、6所示，采样管路4包括气泵41、气管42与电磁阀组43，所述电磁阀组43受所述控制器31控制，通过所述气管42打开或关闭给对应的吸收瓶24泵气，所述气管42之进气部分为双层管结构，外层管422为硬质结构而内层管423为软质结构，且所述外层管422与内层管423之间间隔有间隙424。所述气泵41为通过所述控制器31进行控制，具体控制手段为通过PID调节单元，脉冲调制单元，功率单元对所述半导体制冷片33进行控制，而脉冲调制单元为包括脉冲宽度调制单元及脉冲频率调制单元；恒流控制方案为通过传感器检测到的所述气泵41内的气流变化而反馈给控制器31，控制气泵41的功率，达到恒流控制；在本发明中，所述内层管423为软胶材质，由于软件材质的化学性质比较稳定，而且比较柔软，当所述内层管423内的气压增大时迅速膨胀时，而保持所述内层管423内的气压稳定，所述外层管422与内层管423之间设置有连接筋425进行连接，所述连接筋425的作用是固定所述内层管423。特别地，所述连接筋425的设计方案为所述连接筋425不对称设置，且尽量让所述内层管423在正常使用状态时，不会碰撞到所述外层管422，其目的是当所述内层管423内的气压突然增大时，不会由于所述连接筋425对称设置，受到较为均衡的张力，而阻止所述内层管423向所述间隙424方向膨胀，因此所述连接筋425不对称设置的目的是让所述内层管423具有更好的受压膨胀能力。

在实际应用中，气管在出厂前需要经过严格的测试，由于气泵在工作过程中，其功率并能做到一直恒定，由于气泵的功率处于一个波动范围，因此气泵通过气管进行泵气时，气管内的气体流量同样处于一个波动范围，给气泵设定一个功率变化范围，这个设定的范围比气泵在实际应用中，其功率实际变化的范围稍大，通过压力传感器测试气管内层管内的气压变化，而气管内层管内的气压，并将该内层管的张力忽略的情况下，内层管内的气压约等于大气压。

如图5所示，标号412为流量传感器设置的示意图，所述进出气通道426设有流量传感器412；若所述内层管423内的气流量增大，则所述内层管423膨胀而保持所述内层管423内的气压稳定，使得所述间隙424内的气体通过所述进出气通道426向外排气，所述流量传感器412检测流出所述进出气通道426的气体流量，反馈回所述控制器31，所述控制器31调整所述气泵41的功率以保持所述气管42内的气流压力稳定；而当所述内层管423内的所述气流压力减小时，则所述内层管423的体积缩小而保持所述内层管423的气压稳定，使得外部空气从所述进出气通道426进入所述间隙424，所述流量传感器412检测到流出所述进出气通道426的气体流量，反馈回所述控制器31，所述控制器31调整所述气泵41的功率以保持所述气管42内的气流压力稳定。而实际上当所述内层管423的张力在不能忽略的情况下，所述控制器31在调整所述气泵41功率时，还必须辅于所述内层管423的张力进行修正，而所述内层管423的张力在一定的范围内由其材料和膨胀的体积决定，其修正的主要指导思路为考虑所述内层管423内的气体与外界空气的密度差，这个密度差是由于所述内层管423的张力确定的。

实施例二，如图6所示，所述气管42之出气部分为单层管结构，内部设置有压力传感器411，压力传感器411为设置于气泵41内部管路中，用于将所述气管42内的气流压力实时反馈给所述控制器31，实现反馈控制；而同时在所述气管42之进气部分设成双层管结构，包括外层管422及内层管423，所述外层管422为硬质结构而内层管423为软质结构，且所述外层管422与内层管423之间间隔有间隙424，并在所述间隙424内部设有压力传感器411，压力传感器412的工作原理与压力传感器411的工作原理相同，均是将所检测到的压力反馈回所述控制器31，通过压力传感器411和流量传感器412的共同作用，能够最大限度地确保所述气管42内的气流压力保持稳定。

实施例三，如图2a所示，绕所述通孔22内壁一周设有卡环221，所述半导体制冷片33设于所述卡环221上，所述吸收瓶容器23置于所述通孔22时位于所述半导体制冷片33之上。在实际设计过程中，所述半导体制冷片33将会另外设置一个片式结构的套板(图上未示)，所述半导体制冷片33为套于所述套板上，所述套板为承载于所述卡环221上，所述卡套的作用为能够保护所述半导体制冷片33不受到所述吸收瓶容器23的破坏，此外必须确保所述半导体制冷片33能与所述吸收瓶容器23的底部抵触，以进行良好的热传递。

实施例四，如图3所示，绕所述通孔22内壁一周设有卡环221，所述吸收瓶容器23底部设置有供所述半导体制冷片33嵌入的卡口222。所述吸收瓶容器23为置于所述卡环221上部，而所述半导体制冷片33为嵌入于所述卡口222处，并使得所述半导体制冷片33在嵌入至所述卡口222时与所述吸收瓶容器23抵触，且为了确保所述吸收瓶容器23内的温度能受到均匀的制冷或者加温，所述吸收瓶容器23的材质为通过导热性能良好的材料制成，如金属铝或铜，必要时候可在其内部预先加入水，让所述吸收瓶24浸泡入水中进行采样，考虑到水的比热容较大，如此则能够确保所述吸收瓶容器23的温度保持的比较平稳。

实施例五，如图1、4所示，还设有用于连通所述采样内箱1内与外的气嘴组5，所述气嘴组5设于所述上盖12的前表面，所述气嘴组5的材质为化学性质稳定的金属。在所述采样内箱1的外部还嵌套有采样外箱(图上未示)，而所述电磁阀组43则是设于所述采样内箱1的外部位于所述采样外箱与所述采样内箱1之间的空间，这个空间则是用来放置控制系统3和采样管路4的部件，如所述控制器31、气泵41、气管42、电磁阀组43等。此外，所述采样外箱的设计需要考虑到通风透气的同时还需要考虑防止雨水进入所述采样外箱与所述采样内箱1之间的空间。

实施例六，所述箱体11的底部为开口结构，所述支架21置于所述采样内箱1时，所述通孔22贯穿所述采样内箱1内部空间与外界空间。如此设计则能更好地让所述半导体制冷片33的温度与外界气温进行热传递，而且还能更好地从所述箱体11的底部更换所述半导体制冷片33。

实施例七，如图2b所示，所述通孔22设成上大下小倒圆台形结构或倒棱台形结构，对应设有可卡合在所述通孔22内的圆形或矩形的垫片223，所述半导体制冷片33为承载于所述垫片上。通过设置所述垫片，能足够稳定地承载所述半导体制冷片33，此外还能比较稳定地承载所述吸收瓶容器23。

实施例八，如图6所示，从所述电磁阀组43出来的所述气管42为单层管结构，且在连接所述气泵41之前连接有一个缓冲腔体6，所述缓冲腔体6为通过导热材料制成，且所述缓冲腔体6的外壁设置有用于增大表面积的鳍片。所述缓冲腔体6的输入口与输出口分别设置在其下部和上部，设计时，充分考虑所述缓冲腔体6与外界温度的热传递能力，适当时候可以在所述缓冲腔体6内加水，若在所述缓冲腔体6内加水，则需要在所述缓冲腔体内必须设置导气管，并让所述导气管置于水中，与水充分接触，而所述导气管为导热性能良好的金属制成，充分考虑到采样所进行的时间，而在这个时间范围之内，无论所述半导体制冷片33是要对所述吸收瓶容器23进行制冷或加热，加水的目的是，确保进入所述气泵41的气流温度不会太高，也不会太低，符合所述气泵41所能承受的温度范围。

实施例九，所述支架21为可脱离地卡设于所述箱体11内壁，所述支架21的侧壁上设有卡舌，而在所述箱体11内壁设有对应的卡口。

结合图1-6，由于所述采样管路4中，所述气管42之进气部分为双层管结构，因此在进入所述吸收瓶24的气流的气压如果突然增大时，由于所述内层管423为软质结构，会迅速膨胀而使得所述外层管422与内层管423之间的所述间隙424内的气压增大，所述流量传感器412检测到所述间隙424内的气体流入或流出的流量，反馈回所述控制器31，所述控制器31调整所述气泵41的功率以保持所述气管42内的气流压力稳定。因此能够最大限度地确保所述气管42内的气流为恒流。

本发明恒流控温大气采样设备的实施例中，每个所述吸收瓶容器23内的温度均可通过所述控制器31进行调节，每个所述吸收瓶容器23的采样温度和采样时间均可以进行设置，由工作人员在其输入装置35中进行输入，输入装置35可以为触摸输入屏。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种恒流控温大气采样设备，其特征在于，包括：

采样内箱，所述采样内箱包括可密封安装的箱体及上盖，且所述箱体及上盖均为通过保温材料制成；

吸收瓶模组，包括支架、吸收瓶容器及吸收瓶，所述支架固定在所述采样内箱内，所述支架上表面设置有通孔，所述吸收瓶容器的侧壁为橡胶保温材料，并可拆卸地套设于所述通孔内与所述通孔密封配合，所述吸收瓶容器内装有吸收瓶；

控制系统，所述控制系统包括控制器、温度传感器、半导体制冷片，所述温度传感器的探针为设于所述吸收瓶容器内，所述控制器根据所述温度传感器检测到的所述吸收瓶容器内的温度进而控制所述半导体制冷片工作，所述半导体制冷片为片式结构且可将制冷一面或发热一面贴紧于所述吸收瓶容器底部，根据所述控制器对所述吸收瓶容器进行制冷或者加热；

采样管路，所述采样管路包括气泵、气管与电磁阀组，所述电磁阀组受所述控制器控制，通过所述气管打开或关闭给对应的吸收瓶泵气，所述气管之进气部分为双层管结构，外层管为硬质结构而内层管为软质结构，且所述外层管与内层管之间间隔有间隙。

2.如权利要求1所述的恒流控温大气采样设备，其特征在于：所述间隙与外界之间设有进出气通道，所述进出气通道内设流量传感器；当所述内层管内的气流压力增大或减小时，则所述内层管膨胀或缩小以保持所述内层管内的气压稳定，而使得所述间隙内的气体通过所述进出气通道向外排气或吸气，所述流量传感器检测流经所述进出气通道的气体流量，反馈回控制系统，所述控制系统调整所述气泵的功率以保持所述气管内的气流压力稳定。

3.如权利要求1所述的恒流控温大气采样设备，其特征在于：绕所述通孔内壁一周设有卡环，所述半导体制冷片设于所述卡环上，所述吸收瓶容器置于所述通孔时位于所述半导体制冷片之上。

4.如权利要求1所述的恒流控温大气采样设备，其特征在于：绕所述通孔内壁一周设有卡环，所述吸收瓶容器底部设置有供所述半导体制冷片嵌入的卡口。

5.如权利要求1所述的恒流控温大气采样设备，其特征在于：还设有用于连通所述采样内箱内与外的气嘴组，所述气嘴组设于所述上盖。

6.如权利要求1所述的恒流控温大气采样设备，其特征在于：所述箱体的底部为开口结构，所述支架置于所述采样内箱时，所述通孔贯穿所述采样内箱内部空间与外界空间。

7.如权利要求1所述的恒流控温大气采样设备，其特征在于：所述通孔设成上大下小倒圆台形结构或倒棱台形结构，对应设有可卡合在所述通孔内的圆形或矩形的垫片，所述半导体制冷片为承载于所述垫片上。

8.如权利要求1所述的恒流控温大气采样设备，其特征在于：所述内层管为软胶材质，且所述外层管与内层管之间设置有连接筋进行连接。

9.如权利要求1所述的恒流控温大气采样设备，其特征在于：从所述电磁阀组出来的所述气管为单层管结构，且在连接所述气泵之前连接有缓冲腔体，所述缓冲腔体为通过导热材料制成，且所述缓冲腔体的外壁设置有用于增大表面积的鳍片。

10.如权利要求1所述的恒流控温大气采样设备，其特征在于：所述支架为可脱离地卡设于所述箱体内壁，所述支架的侧壁上设有卡舌，而在所述箱体内壁设有对应的卡口。