CN105806669A - 一种便携式大气颗粒物稀释通道采样器及采样方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种便携式大气颗粒物稀释通道采样器，包括稀释系统和采样系统，稀释系统包括依次连接的一级稀释仓、二级稀释仓和停留室，一级稀释仓的颗粒物入口通过取样管连接有取样探头，一级稀释仓上设有一级洁净空气导入口，二级稀释仓上设有二级洁净空气导入口和二级旁路出口，停留室上设有采样口和冷凝液收集口；采样系统包括与采样口连接的多根采样分管和与多根采样分管均连接的采样总管，每根采样分管上均设有采样切割器、采样流量控制阀和采样流量计，采样总管上设有采样泵；本发明还公开了一种便携式大气颗粒物稀释通道采样方法。本发明提高了大气颗粒物的稀释比，提高了采样精度，实用性强。

Description

一种便携式大气颗粒物稀释通道采样器及采样方法
技术领域
本发明属于环境监测技术领域，具体涉及一种便携式大气颗粒物稀释通道采样器及采样方法。
背景技术
传统的应用于环境监测的大气颗粒物采样器其优缺点主要表现在以下方面：
(1)国内自主研发的气体采样器由于研究周期短，测试气体成分单一，而且精度、稳定性都不是很高；国外用于环境大气监测的气体采样器，无论是测单一气体还是多种气体成分，其系统具有气体采样参数可增减、采样精度高、稳定可靠的优点。
上述讨论的国内大气用于气体采样装置与国外大气气体采样器都存在着系统体积庞大，不利于移动或者不方便携带；同时，其系统成本高昂也是导致仪器设备一直没有在中小城市推广开的主要原因。
(2)对于气体颗粒物的采样，现阶段较为认可的有两种方法进行采样：即直接采样法和稀释采样法。直接采样法采样器便携，可以在不同采样地工作，该方式比较适合环境管理部门和环境监测部门；稀释采样法其仪器工艺能稍微复杂一些，但是该方法是模拟环境颗粒物稀释的过程进行采样，更能代表固定源排放的PM2.5和PM10的颗粒物在实际大气中的真实状态，利于环境大气质量和健康效应评估。
直接采样法存在的问题相对来说准确性较差；稀释采样法目前比较直观和突出的问题表现在以下方面：
A、设计的仪器设备体积比较庞大，难以移动；
B、稀释比较小，难以与实际大气颗粒物扩散过程比拟；
C、固定源或移动源中的颗粒物在停留室停留时间短，不足以使气体中的颗粒物长大凝结成核、冷凝和凝聚；
D、稀释比和气体颗粒物在停留室的停留时间相互影响；
E、传统的稀释采样器二级泵流量高，不易控制，严重影响采样精度；
F、国际上目前稀释器都面临着一个比较严峻的问题，就是如何更好的解决采样过程中冷凝水的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构紧凑、体积小、携带方便、使用操作方便、实用性强、使用效果好、便于推广使用的便携式大气颗粒物稀释通道采样器。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种便携式大气颗粒物稀释通道采样器，其特征在于：包括稀释系统和采样系统，所述稀释系统包括依次连接的一级稀释仓、二级稀释仓和停留室，所述一级稀释仓的外部包裹有保温材料，所述一级稀释仓的颗粒物入口通过取样管连接有用于伸入源中取样的取样探头，所述一级稀释仓上设置有一级洁净空气导入口，所述一级洁净空气导入口上连接有一级洁净空气导入管，所述一级洁净空气导入管的洁净空气入口端连接有空气加热器，所述一级洁净空气导入管上设置有一级洁净空气流量控制阀；所述二级稀释仓的外部缠绕有电伴热带，所述二级稀释仓上设置有二级洁净空气导入口和二级旁路出口，所述二级洁净空气导入口上连接有二级洁净空气导入管，所述二级洁净空气导入管上设置有二级洁净空气流量控制阀，所述二级旁路出口上连接有出风管，所述出风管上设置有出风流量控制阀；所述停留室的外部包裹有保温材料，所述停留室上设置有采样口和冷凝液收集口；所述采样系统包括与采样口连接的多根采样分管和与多根采样分管均连接的采样总管，每根采样分管上均设置有采样切割器、采样流量控制阀和采样流量计，所述采样总管上设置有采样泵。
上述的一种便携式大气颗粒物稀释通道采样器，其特征在于：所述停留室上设置有温湿度传感器和绝对压力传感器。
上述的一种便携式大气颗粒物稀释通道采样器，其特征在于：所述采样总管上设置有真空压力表。
上述的一种便携式大气颗粒物稀释通道采样器，其特征在于：所述取样探头为等速采样头。
上述的一种便携式大气颗粒物稀释通道采样器，其特征在于：所述采样分管的数量为四根，相应所述采样切割器的数量为四个，其中两个采样切割器为PM10切割器，另两个采样切割器为PM2.5切割器。
上述的一种便携式大气颗粒物稀释通道采样器，其特征在于：所述源为固定源，所述取样管为伴热管。
上述的一种便携式大气颗粒物稀释通道采样器，其特征在于：所述源为移动源。
本发明还提出了一种方法步骤简单、实现方便、提高了大气颗粒物的稀释比、提高了采样精度的便携式大气颗粒物稀释通道采样方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将取样探头伸入源的采样口中；
步骤二、分稀释比为10:1以下和10:1以上两种情况对采样流量进行控制，对源中的颗粒物进行采样，具体过程为：
当稀释比为10:1以下时，先启动采样泵，并同时打开一级洁净空气流量控制阀，源中的颗粒物先经过取样管进入一级稀释仓内，洁净空气经过空气加热器加热为30℃～100℃后经过一级洁净空气导入管导入一级稀释仓内，进入一级稀释仓内的颗粒物在洁净空气的作用下进行稀释和冷却后再经过二级稀释仓进入停留室内，并在停留室内长大成核、冷凝和凝聚，在停留室内停留10s～90s后，打开多个采样流量控制阀，停留室内的颗粒物通过多根采样分管进入采样总管；采样过程中，调节一级洁净空气流量控制阀、二级洁净空气流量控制阀和多个采样流量控制阀的开度，使取样流量Q3、一级洁净空气流量控制阀控制的一级洁净空气流量Q1和采样流量控制阀控制的采样流量Q4满足关系式Q1+Q3＝Q4；
当稀释比为10:1以上时，先启动采样泵，并同时打开一级洁净空气流量控制阀、二级洁净空气流量控制阀和出风流量控制阀，源中的颗粒物先经过取样管进入一级稀释仓内，洁净空气经过空气加热器加热为30℃～100℃后经过一级洁净空气导入管导入一级稀释仓内，进入一级稀释仓内的颗粒物在洁净空气的作用下进行稀释和冷却后再进入二级稀释仓内，在由二级洁净空气导入管导入的洁净空气的作用下进行稀释和冷却，稀释和冷却过程中电伴热带加热温度为20℃～50℃，混合气体中的一小部分颗粒物通过出风管排出，其余大部分进入停留室内长大成核、冷凝和凝聚，在停留室内停留10s～90s后，打开多个采样流量控制阀，停留室内的颗粒物通过多根采样分管进入采样总管；采样过程中，调节一级洁净空气流量控制阀、二级洁净空气流量控制阀、出风流量控制阀和多个采样流量控制阀的开度，使取样流量Q3、一级洁净空气流量控制阀控制的一级洁净空气流量Q1、二级洁净空气流量控制阀控制的二级洁净空气流量Q2、出风流量控制阀控制的出风流量Q5和采样流量控制阀控制的采样流量Q4满足关系式Q1+Q2+Q3-Q5＝Q4。
上述的方法，其特征在于：步骤二中导入一级稀释仓内的洁净空气和导入二级稀释仓内的洁净空气均为标准空气洁净度分级ISO14644-1标准中的1级洁净空气。
上述的方法，其特征在于：所述源为固定源或移动源，当所述源为固定源时，所述取样管为伴热温度为100℃～150℃的伴热管。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明便携式大气颗粒物稀释通道采样器的结构紧凑，体积小，携带方便。
2、本发明便携式大气颗粒物稀释通道采样器的使用操作方便。
3、本发明便携式大气颗粒物稀释通道采样方法的方法步骤简单，实现方便。
4、本发明提高了大气颗粒物的稀释比，而且稀释比与气体颗粒物在停留室的停留时间独立控制。
5、本发明提出了更为精确的流量控制方法，提高了采样精度。
6、本发明能够对整个采样过程中一级、二级稀释的温度进行控制，降低了冷凝水的产生，提高了采样效率和采样样品的真实性。
7、本发明的实用性强，使用效果好，便于推广使用。
综上所述吧，本发明实现方便，提高了大气颗粒物的稀释比，提高了采样精度，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明便携式大气颗粒物稀释通道采样器的结构示意图。
附图标记说明:
1—取样探头；2—取样管；3—取样流量计；
4—一级洁净空气导入口；5—一级稀释仓；
6—二级洁净空气导入口；7—二级稀释仓；8—二级旁路出口；
9—停留室；10—采样口；11—采样切割器；
12—采样流量计；13—采样泵；14—源；
15—取样流量控制阀；16—一级洁净空气导入管；
17—一级洁净空气流量控制阀；18—二级洁净空气导入管；
19—二级洁净空气流量控制阀；20—出风管；21—采样分管；
22—采样总管；23—采样流量控制阀；24—出风流量控制阀；
25—绝对压力传感器；26—真空压力表；27—温湿度传感器；
28—空气加热器；29—电伴热带；30—冷凝液收集口。
具体实施方式
如图1所示，本发明的便携式大气颗粒物稀释通道采样器，包括稀释系统和采样系统，所述稀释系统包括依次连接的一级稀释仓5、二级稀释仓7和停留室9，所述一级稀释仓5的外部包裹有保温材料，所述一级稀释仓5的颗粒物入口通过取样管2连接有用于伸入源14中取样的取样探头1，所述一级稀释仓5上设置有一级洁净空气导入口4，所述一级洁净空气导入口4上连接有一级洁净空气导入管16，所述一级洁净空气导入管16的洁净空气入口端连接有空气加热器28，所述一级洁净空气导入管16上设置有一级洁净空气流量控制阀17；所述二级稀释仓7的外部缠绕有电伴热带29，所述二级稀释仓7上设置有二级洁净空气导入口6和二级旁路出口8，所述二级洁净空气导入口6上连接有二级洁净空气导入管18，所述二级洁净空气导入管18上设置有二级洁净空气流量控制阀19，所述二级旁路出口8上连接有出风管20，所述出风管20上设置有出风流量控制阀24；所述停留室9的外部包裹有保温材料，所述停留室9上设置有采样口10和冷凝液收集口30；所述采样系统包括与采样口10连接的多根采样分管21和与多根采样分管21均连接的采样总管22，每根采样分管21上均设置有采样切割器11、采样流量控制阀23和采样流量计12，所述采样总管22上设置有采样泵13。
如图1所示，本实施例中，所述停留室9上设置有温湿度传感器27和绝对压力传感器25。
如图1所示，本实施例中，所述采样总管22上设置有真空压力表26。
本实施例中，所述取样探头1为等速采样头。
如图1所示，本实施例中，所述采样分管21的数量为四根，相应所述采样切割器11的数量为四个，其中两个采样切割器11为PM10切割器，另两个采样切割器11为PM2.5切割器。
如图1所示，本实施例中，所述源14为固定源，所述取样管2为伴热管。或者，所述源14为移动源。
本发明的便携式大气颗粒物稀释通道采样方法，包括以下步骤：
步骤一、将取样探头1伸入源14的采样口中；
步骤二、分稀释比为10:1以下和10:1以上两种情况对采样流量进行控制，对源14中的颗粒物进行采样，具体过程为：
当稀释比为10:1以下时，先启动采样泵13，并同时打开一级洁净空气流量控制阀17，源14中的颗粒物先经过取样管2进入一级稀释仓5内，洁净空气经过空气加热器28加热为30℃～100℃后经过一级洁净空气导入管16导入一级稀释仓5内，进入一级稀释仓5内的颗粒物在洁净空气的作用下进行稀释和冷却后再经过二级稀释仓7进入停留室9内，并在停留室9内长大成核、冷凝和凝聚，在停留室9内停留10s～90s后，打开多个采样流量控制阀23，停留室9内的颗粒物通过多根采样分管21进入采样总管22；采样过程中，调节一级洁净空气流量控制阀17、二级洁净空气流量控制阀19和多个采样流量控制阀23的开度，使取样流量Q3、一级洁净空气流量控制阀17控制的一级洁净空气流量Q1和采样流量控制阀23控制的采样流量Q4满足关系式Q1+Q3＝Q4；
当稀释比为10:1以上时，先启动采样泵13，并同时打开一级洁净空气流量控制阀17、二级洁净空气流量控制阀19和出风流量控制阀24，源14中的颗粒物先经过取样管2进入一级稀释仓5内，洁净空气经过空气加热器28加热为30℃～100℃后经过一级洁净空气导入管16导入一级稀释仓5内，进入一级稀释仓5内的颗粒物在洁净空气的作用下进行稀释和冷却后再进入二级稀释仓7内，在由二级洁净空气导入管18导入的洁净空气的作用下进行稀释和冷却，稀释和冷却过程中电伴热带29加热温度为20℃～50℃，混合气体中的一小部分颗粒物通过出风管20排出，其余大部分进入停留室9内长大成核、冷凝和凝聚，在停留室9内停留10s～90s后，打开多个采样流量控制阀23，停留室9内的颗粒物通过多根采样分管21进入采样总管22；采样过程中，调节一级洁净空气流量控制阀17、二级洁净空气流量控制阀19、出风流量控制阀24和多个采样流量控制阀23的开度，使取样流量Q3、一级洁净空气流量控制阀17控制的一级洁净空气流量Q1、二级洁净空气流量控制阀19控制的二级洁净空气流量Q2、出风流量控制阀24控制的出风流量Q5和采样流量控制阀23控制的采样流量Q4满足关系式Q1+Q2+Q3-Q5＝Q4。
本实施例中，步骤二中导入一级稀释仓5内的洁净空气和导入二级稀释仓7内的洁净空气均为标准空气洁净度分级ISO14644-1标准中的1级洁净空气。
本实施例中，所述源14为固定源或移动源，当所述源14为固定源时，所述取样管2为伴热温度为100℃～150℃的伴热管。
本发明中，通过设置冷凝液收集口30，能够方便地收集冷凝液，并对冷凝液的pH值进行检测。
本发明中，通过在一级稀释仓5的外部包裹保温材料，在一级洁净空气导入管16的洁净空气入口端连接空气加热器28，在二级稀释仓7的外部缠绕电伴热带29，并在停留室9的外部包裹保温材料，并将空气加热器28的加热温度定为30℃～100℃，将电伴热带的加热温度定为20℃～50℃，能够大大降低冷凝水的产生，提高了采样效率和采样的真实度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种便携式大气颗粒物稀释通道采样器，其特征在于：包括稀释系统和采样系统，所述稀释系统包括依次连接的一级稀释仓(5)、二级稀释仓(7)和停留室(9)，所述一级稀释仓(5)的外部包裹有保温材料，所述一级稀释仓(5)的颗粒物入口通过取样管(2)连接有用于伸入源(14)中取样的取样探头(1)，所述一级稀释仓(5)上设置有一级洁净空气导入口(4)，所述一级洁净空气导入口(4)上连接有一级洁净空气导入管(16)，所述一级洁净空气导入管(16)的洁净空气入口端连接有空气加热器(28)，所述一级洁净空气导入管(16)上设置有一级洁净空气流量控制阀(17)；所述二级稀释仓(7)的外部缠绕有电伴热带(29)，所述二级稀释仓(7)上设置有二级洁净空气导入口(6)和二级旁路出口(8)，所述二级洁净空气导入口(6)上连接有二级洁净空气导入管(18)，所述二级洁净空气导入管(18)上设置有二级洁净空气流量控制阀(19)，所述二级旁路出口(8)上连接有出风管(20)，所述出风管(20)上设置有出风流量控制阀(24)；所述停留室(9)的外部包裹有保温材料，所述停留室(9)上设置有采样口(10)和冷凝液收集口(30)；所述采样系统包括与采样口(10)连接的多根采样分管(21)和与多根采样分管(21)均连接的采样总管(22)，每根采样分管(21)上均设置有采样切割器(11)、采样流量控制阀(23)和采样流量计(12)，所述采样总管(22)上设置有采样泵(13)。
2.按照权利要求1所述的一种便携式大气颗粒物稀释通道采样器，其特征在于：所述停留室(9)上设置有温湿度传感器(27)和绝对压力传感器(25)。
3.按照权利要求1所述的一种便携式大气颗粒物稀释通道采样器，其特征在于：所述采样总管(22)上设置有真空压力表(26)。
4.按照权利要求1所述的一种便携式大气颗粒物稀释通道采样器，其特征在于：所述取样探头(1)为等速采样头。
5.按照权利要求1所述的一种便携式大气颗粒物稀释通道采样器，其特征在于：所述采样分管(21)的数量为四根，相应所述采样切割器(11)的数量为四个，其中两个采样切割器(11)为PM10切割器，另两个采样切割器(11)为PM2.5切割器。
6.按照权利要求1所述的一种便携式大气颗粒物稀释通道采样器，其特征在于：所述源(14)为固定源，所述取样管(2)为伴热管。
7.按照权利要求1所述的一种便携式大气颗粒物稀释通道采样器，其特征在于：所述源(14)为移动源。
8.一种利用如权利要求1所述便携式大气颗粒物稀释通道采样器对大气颗粒物进行采样的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将取样探头(1)伸入源(14)的采样口中；
步骤二、分稀释比为10:1以下和10:1以上两种情况对采样流量进行控制，对源(14)中的颗粒物进行采样，具体过程为：
当稀释比为10:1以下时，先启动采样泵(13)，并同时打开一级洁净空气流量控制阀(17)，源(14)中的颗粒物先经过取样管(2)进入一级稀释仓(5)内，洁净空气经过空气加热器(28)加热为30℃～100℃后经过一级洁净空气导入管(16)导入一级稀释仓(5)内，进入一级稀释仓(5)内的颗粒物在洁净空气的作用下进行稀释和冷却后再经过二级稀释仓(7)进入停留室(9)内，并在停留室(9)内长大成核、冷凝和凝聚，在停留室(9)内停留10s～90s后，打开多个采样流量控制阀(23)，停留室(9)内的颗粒物通过多根采样分管(21)进入采样总管(22)；采样过程中，调节一级洁净空气流量控制阀(17)、二级洁净空气流量控制阀(19)和多个采样流量控制阀(23)的开度，使取样流量Q3、一级洁净空气流量控制阀(17)控制的一级洁净空气流量Q1和采样流量控制阀(23)控制的采样流量Q4满足关系式Q1+Q3＝Q4；
当稀释比为10:1以上时，先启动采样泵(13)，并同时打开一级洁净空气流量控制阀(17)、二级洁净空气流量控制阀(19)和出风流量控制阀(24)，源(14)中的颗粒物先经过取样管(2)进入一级稀释仓(5)内，洁净空气经过空气加热器(28)加热为30℃～100℃后经过一级洁净空气导入管(16)导入一级稀释仓(5)内，进入一级稀释仓(5)内的颗粒物在洁净空气的作用下进行稀释和冷却后再进入二级稀释仓(7)内，在由二级洁净空气导入管(18)导入的洁净空气的作用下进行稀释和冷却，稀释和冷却过程中电伴热带(29)加热温度为20℃～50℃，混合气体中的一小部分颗粒物通过出风管(20)排出，其余大部分进入停留室(9)内长大成核、冷凝和凝聚，在停留室(9)内停留10s～90s后，打开多个采样流量控制阀(23)，停留室(9)内的颗粒物通过多根采样分管(21)进入采样总管(22)；采样过程中，调节一级洁净空气流量控制阀(17)、二级洁净空气流量控制阀(19)、出风流量控制阀(24)和多个采样流量控制阀(23)的开度，使取样流量Q3、一级洁净空气流量控制阀(17)控制的一级洁净空气流量Q1、二级洁净空气流量控制阀(19)控制的二级洁净空气流量Q2、出风流量控制阀(24)控制的出风流量Q5和采样流量控制阀(23)控制的采样流量Q4满足关系式Q1+Q2+Q3-Q5＝Q4。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤二中导入一级稀释仓(5)内的洁净空气和导入二级稀释仓(7)内的洁净空气均为标准空气洁净度分级ISO14644-1标准中的1级洁净空气。
10.按照权利要求8所述的方法，其特征在于：所述源(14)为固定源或移动源，当所述源(14)为固定源时，所述取样管(2)为伴热温度为100℃～150℃的伴热管。
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