CN105842017A - 空气颗粒物采样自动换膜装置及安装有该装置的采样器 - Google Patents

空气颗粒物采样自动换膜装置及安装有该装置的采样器 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种空气颗粒物采样自动换膜装置及安装有该装置的采样器，包括机架、滤膜夹仓、滤膜夹仓升降机构、滤膜夹旋转机构及推膜机构。所述滤膜夹仓包括中心轴，中心轴上套装有多个滤膜夹托盘。所述滤膜夹仓升降机构包括直线导轨及使滤膜夹仓沿直线导轨上下运动的升降驱动装置。所述滤膜夹旋转机构包括推动滤膜夹托盘水平转动的旋转驱动装置。所述推膜机构的推杆电机推动压紧板向上移动使下管接头将滤膜夹抵靠在气流入口上。本发明滤膜夹仓体积小、容量大，一次可加入十几个滤膜，可满足长时间采样需求。无需人员值守，减轻了操作人员的劳动强度。升降机构、旋转机构及推膜机构均具有高定位精度，因此可靠性较高。

Description

空气颗粒物采样自动换膜装置及安装有该装置的采样器
技术领域
本发明属于空气颗粒物采样技术，尤其涉及一种空气颗粒物采样自动换膜装置及安装有该装置的采样器。
背景技术
空气颗粒物采样器通过滤膜称重法捕集环境大气中的总悬浮微粒和可吸入微粒，用于对气溶胶的常规检测。目前空气颗粒物采样器主要是采用人员值守，需要通过人工现场更换滤膜。当需要连续长时间采样或者进行多滤膜间隔采样时，需要定时到采样现场更换滤膜，这给操作人员带来大量的重复劳动，同时也大大增加了操作人员的劳动强度。对于采样单位来说，现场值守还增加了人员投入。因此，需要一种能进行定时采样或者间隔采样，具有自动换膜功能的空气颗粒物采样器。
中国发明专利CN103776665 A中公开了一种自动换膜空气颗粒物采样器，该采样器包括壳体和安装在壳体内的滤膜存储机构、升降夹持旋转机构、检测机构、控制装置，所述滤膜存储机构包括安装在壳体内板上的待测滤膜库和已测滤膜库；所述升降夹持旋转机构包括安装在壳体内板上升降装置和安装在升降机构上的夹持装置和旋转装置；所述控制装置连接检测机构和升降夹持旋转机构。
上述现有技术中，虽然可通过机械结构多自由度的运动将人工换膜用机械运动来代替，但是该采样器受体积限制容纳的滤膜数量少，目前仅能承载大约7张滤膜，难以实现长时间的自动采样。因滤膜在更换时，需要通过夹紧手指从滤膜孔中取膜、传送到采样器中、放置到采样气路中、从采样气路中取膜、传送回并可靠放置在滤膜孔中，每张滤膜在滤膜孔中都要求很高的定位精度，并且传送中间步骤多，需要的定位精度高，因此可靠性较低。
发明内容
本发明针对上述的自动换膜空气颗粒物采样器容纳的滤膜数量少，可靠性较低的技术问题，提出一种体积小，容纳滤膜数量多；通过升降和旋转机构实现滤膜更替的空气颗粒物采样自动换膜装置及安装有该装置的采样器，该装置可靠性高，不易出错。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种空气颗粒物采样自动换膜装置，包括机架、滤膜夹仓、滤膜夹仓升降机构、滤膜夹旋转机构及推膜机构。所述机架上安装有气流入口。所述滤膜夹仓包括中心轴，中心轴上套装有多个滤膜夹托盘。所述滤膜夹仓升降机构包括直线导轨及使滤膜夹仓沿直线导轨上下运动的升降驱动装置。所述滤膜夹旋转机构包括推动滤膜夹托盘水平转动的旋转驱动装置。所述推膜机构包括竖直设置的滤膜夹压紧光轴及推杆电机，滤膜夹压紧光轴上套装有压紧板，压紧板中部设置有下管接头，推杆电机推动压紧板向上移动使下管接头将滤膜夹抵靠在气流入口上。
作为优选，所述滤膜夹托盘通过托盘齿轮套装在中心轴上，所述旋转驱动装置包括由旋转电机带动旋转的转盘，转盘上设置有齿板，齿板与托盘齿轮啮合使滤膜夹托盘旋转。
作为优选，所述转盘上还设置有转盘凸柱，转盘凸住与齿板之间连接有齿板弹簧；所述机架上设置有阻碍滤膜夹托盘过度转动的定位凸柱。
作为优选，所述机架上设置有两个齿板限位关电开关，所述转盘上设置有齿板限位遮光片，齿板带动托盘齿轮使滤膜夹托盘转动到滤膜夹中心对准进气口后触发第一齿板限位光电开关，齿板反向转动带动托盘齿轮使滤膜夹托盘复位并且齿板脱离托盘齿轮后触发第二齿板限位光电开关。
作为优选，滤膜夹仓一侧设置有齿条，升降驱动装置电机主轴上连接有小齿轮，小齿轮与齿条啮合使滤膜夹仓上下运动。
作为优选，机架上设置有升降光电开关，滤膜夹仓一侧设置有升降定位片，升降定位片配合光电开关检测滤膜夹仓的升降高度。
作为优选，所述推杆电机顶端连接有推杆电机凸柱，推杆电机凸柱上方连接有挡片，挡片与下管接头之间设置有滤膜夹压紧弹簧。
作为优选，所述机架包括顶板和底板，顶板与底板之间连接有固定柱。
作为优选，所述滤膜夹压紧光轴与压紧板之间设置有直线轴承。
本发明还提出一种空气颗粒物采样器，包括机箱及控制器，机箱内安装有上述空气颗粒物采样自动换膜装置，控制器接收光电开关的指令并控制电机的运转。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
1、安装有该自动换膜装置的空气颗粒物采样器，通过机械结构的配合控制器，将人工换膜的动作流程用机械运动来代替。
2、滤膜夹仓体积小、容量大，一次可加入十几个滤膜，可满足长时间采样需求。无需人员值守，减轻了操作人员的劳动强度。
3、升降机构、旋转机构及推膜机构均具有高定位精度，因此可靠性较高。
附图说明
图1为本发明自动换膜装置的结构示意图；
图2为本发明自动换膜装置的立体图；
图3为本发明自动换膜装置的滤膜夹仓部分结构图；
图4为本发明自动换膜装置的滤膜夹托盘结构示意图；
图5为图2中I部分的局部放大图；
以上各图中：1、机架；11、顶板；12、底板；13、固定柱；14、气流入口；15、滤膜夹仓通孔；16、定位凸柱；2、滤膜夹仓；21、滤膜夹仓端板；22、滤膜夹仓侧板；23、中心轴；231、定位槽；24、滤膜夹托盘；241、托盘齿轮；242、波珠螺丝；25、滤膜夹；26、滤膜夹孔；27、卡挡圈； 28、齿条；29、升降定位片；291、定位齿；3、滤膜夹仓升降机构；31、直线导轨；32、升降电机；33、小齿轮；34、升降光电开关；4、滤膜夹旋转机构；41、旋转电机；42、转盘；43、齿板；44、转盘凸柱；45、齿板弹簧；46、齿板限位遮光片；47、第一齿板限位关电开关；48、第二齿板限位关电开关；5、推膜机构；51、滤膜夹压紧光轴；52、直线轴承；53、压紧板；54、下管接头；55、推杆电机；551、推杆电机凸柱；56、挡片；57、压紧弹簧。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合附图和实施例做具体说明。
实施例：如图1、图2所示，一种空气颗粒物采样自动换膜装置, 包括机架1、滤膜夹仓2、滤膜夹仓升降机构3、滤膜夹旋转机构4及推膜机构5。整个装置的电机及光电开关均与采样器控制器电连接。
所述机架1包括顶板11及底板12，顶板11与底板12之间连接固定柱1，所述顶板11上设置有气流入口14及滤膜夹仓通孔15，滤膜夹仓通孔15内竖直安装有用于安装滤膜夹仓2的直线导轨31。
参见图3、图4，所述滤膜夹仓2包括竖直设置的滤膜夹仓侧板22及中心轴23，两者顶端通过滤膜夹仓端板21连接，滤膜夹仓侧板22安装在直线导轨31内并可沿导轨上下滑动。中心轴23上套装有多个滤膜夹托盘24，滤膜夹25放置在滤膜夹托盘24前端的滤膜夹孔26内，相邻滤膜夹托盘24之间通过卡挡圈27间隔。为方便人工取放滤膜夹，滤膜夹孔26两侧设置有缺口，方便伸入手指取出滤膜夹。
所述滤膜夹仓升降机构3包括直线导轨31及使滤膜夹仓2沿直线导轨31上下运动的升降驱动装置。实现滤膜夹仓2升降的实现方式可以为多种，一种实施方式为齿轮啮合：升降驱动装置包括固定在顶板11底面的升降电机32，电机主轴上安装有小齿轮33。滤膜夹仓侧板22上设置齿条28，小齿轮33与齿条28啮合，从而实现滤膜夹仓2的升降。为实现每次移动一个滤膜夹的距离，所述滤膜夹仓2侧面还连接有升降定位片29，升降定位片29具有间隔设置的定位齿291，定位齿291之间的距离为相邻滤膜夹之间的距离。所述机架1上设置有升降光电开关34，定位齿291遮挡一次定位开关即表明滤膜夹仓2移动一个滤膜夹的距离。控制器控制电机正转或反转，即可实现滤膜夹托盘24的定距移动。升降定位片29与光电开关的配合，实现了滤膜夹仓2的定距升降，且可靠性高，不易故障。另一实施方式为：滤膜夹仓侧板22上设置链轮或皮带轮，升降驱动装置的升降电机32主轴上连接链轮或皮带轮，通过链条或皮带实现滤膜夹仓2的升降运动。
所述滤膜夹旋转机构4包括旋转驱动装置，可实现滤膜夹托盘24水平转动并使滤膜夹与气流入口14的精确对准。所述滤膜夹托盘24通过托盘齿轮241套装在中心轴23上，所述旋转驱动装置包括由旋转电机41带动旋转的转盘42，转盘42上设置有齿板43，齿板43与托盘齿轮241啮合使滤膜夹旋转。只通过齿板43与齿轮进行动力传输，难以实现滤膜夹与气流入口14的精准对中。为实现精准对中，所述转盘42上还设置有转盘凸柱44，转盘凸住与齿板43之间连接有齿板弹簧45；所述机架1上设置有阻碍滤膜夹过度转动的定位凸柱16。旋转电机41转动带动转盘42旋转，齿板43带动托盘齿轮241转动，将相应的滤膜夹托盘24旋转至气流入口14下方（参见图5）。转盘42转动后，齿板弹簧45给予齿板43弹性拉力，定位凸柱16阻挡滤膜夹托盘24，弹性拉力使滤膜夹托盘24压紧在定位凸柱16上，实现精确定位。所述机架1上设置有两个齿板限位关电开关，所述转盘42上设置有齿板限位遮光片46，齿板43推动滤膜夹托盘24转动，滤膜夹托盘24靠紧定位凸柱16后，齿板限位遮光片46触发第一齿板限位光电开关47，控制器接受光电开关信号后立刻使旋转电机41停止转动，此时滤膜夹和进气口、下管接头同轴心，可以控制滤膜压紧机构压紧滤膜。
采样完成后，控制器控制旋转电机41反向转动，齿板43带动滤膜夹托盘24复位。所述托盘齿轮241上还设置有波珠螺丝242，中心轴23上设置有与之配合的定位槽231，滤膜夹托盘24转动至起始位置时，玻珠螺丝242中的玻珠弹出，滤膜夹托盘24停止转动。齿板43继续转动脱离托盘齿轮241后，齿板限位遮光片46触发第二齿板限位光电开关48，控制器接受第二齿板限位光电开关48信号后控制旋转电机41停止转动。
所述旋转驱动装置还可以为其他实施方式，如通过气缸推动滤膜夹托盘24。
所述推膜机构5包括竖直设置的滤膜夹压紧光轴51及推杆电机55，滤膜夹压紧光轴51上套装有压紧板53，压紧板53与滤膜夹压紧光轴51之间设置直线轴承52。压紧板53中部设置有下管接头54，下管接头54位于气流入口14正下方，下管接头上端高于压紧板，下管接头直径小于滤膜夹孔。推杆电机55推动压紧板53向上移动使下管接头54将滤膜夹向上顶出，抵靠在气流入口14上。所述推杆电机55顶端连接有推杆电机凸柱551，推杆电机凸柱551上方连接有挡片56，挡片56与下管接头54之间设置有滤膜夹压紧弹簧57，下管接头54将滤膜夹压在气流入口14下方时，压紧弹簧57给予向上的弹力，保证了滤膜夹与气流入口14的密封。滤膜夹压紧光轴51与直线轴承52的设置，使推膜动作灵敏顺滑，是滤膜夹眼竖直方向精确移动。推杆电机55与气缸、油缸相比不需要管道的气源、油路，性能可靠，推拉力相同。
本发明中还提出一种空气颗粒物采样器，包括机箱及控制器，机箱内安装有上述气颗粒物采样自动换膜装置，控制器接收光电开关的指令并控制电机的运转，并控制采样时间。整个颗粒物采样器通过自动换膜装置进行采样的运作过程为：滤膜夹升降电机32向下运行，定位齿291逐一遮挡升降光电开关34，升降光电将滤膜夹仓2的位置信息实时传输给控制器。当采样滤膜夹下降至推膜工位时，升降电机32停转。旋转电机41启动，齿板43带动托盘齿轮241转动，使滤膜夹托盘24旋转至气流入口14下方，此时遮光片触发第一齿板限位关电开关47，控制器接受推出信号，托盘电机停止转动，推膜机构5启动。将滤膜夹向上推送至气流入口14下方压紧。此时使被测气体通过气流入口14、滤膜夹和下管接头54，从而进行采样。采样结束后，推杆的推杆缩回，带动下管接头54下降，完全脱离滤膜夹托盘24。滤膜夹托盘24电机反向转动，齿板43带动滤膜夹托盘24转动回到起始位置后脱离滤膜夹托盘齿轮。滤膜夹仓升降电机32工作，使得滤膜夹仓2继续下降一个位置，进行下一次采样。全部滤膜采样结束后，升降电机32反向转动将滤膜夹仓2升起至齿条和升降电机32的小齿轮33脱离啮合状态，向上拉动滤膜夹仓2即可取将其取下，更换新的装有空白滤膜的滤膜夹仓，更换方便快捷，不耽误采样器继续采样。
安装有该自动换膜装置的空气颗粒物采样器，通过机械结构的配合控制器，将人工换膜的动作流程用机械运动来代替。滤膜夹仓体积小、容量大，一次可加入十几个滤膜，可满足长时间采样需求。无需人员值守，减轻了操作人员的劳动强度。升降机构、旋转机构及推膜机构5均具有高定位精度，因此可靠性较高。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种空气颗粒物采样自动换膜装置，其特征在于：包括机架、滤膜夹仓、滤膜夹仓升降机构、滤膜夹旋转机构及推膜机构；
所述机架上安装有气流入口；
所述滤膜夹仓包括中心轴，中心轴上套装有多个滤膜夹托盘，每个滤膜夹托盘中可容纳一个滤膜夹；
所述滤膜夹仓升降机构包括直线导轨及使滤膜夹仓沿直线导轨上下运动的升降驱动装置；
所述滤膜夹旋转机构包括推动滤膜夹托盘水平转动的旋转驱动装置；
所述推膜机构包括竖直设置的滤膜夹压紧光轴及推杆电机，滤膜夹压紧光轴上套装有压紧板，压紧板中部设置有下管接头，推杆电机推动压紧板向上移动使下管接头将滤膜夹抵靠在气流入口上。
2.根据权利要求1所述的空气颗粒物采样自动换膜装置，其特征在于：所述滤膜夹托盘通过托盘齿轮套装在中心轴上，所述旋转驱动装置包括由旋转电机带动旋转的转盘，转盘上设置有齿板，齿板与托盘齿轮啮合使滤膜夹托盘旋转。
3.根据权利要求2所述的空气颗粒物采样自动换膜装置，其特征在于：所述转盘上还设置有转盘凸柱，转盘凸住与齿板之间连接有齿板弹簧；所述机架上设置有阻碍滤膜夹托盘过度转动的定位凸柱。
4.根据权利要求3所述的空气颗粒物采样自动换膜装置，其特征在于：所述机架上设置有两个齿板限位关电开关，所述转盘上设置有齿板限位遮光片，齿板带动托盘齿轮使滤膜夹托盘转动到滤膜夹中心对准进气口后触发第一齿板限位光电开关，齿板反向转动带动托盘齿轮使滤膜夹托盘复位并且齿板脱离托盘齿轮后触发第二齿板限位光电开关。
5.根据权利要求1所述的空气颗粒物采样自动换膜装置，其特征在于：滤膜夹仓一侧设置有齿条，升降驱动装置电机主轴上连接有小齿轮，小齿轮与齿条啮合使滤膜夹仓上下运动。
6.根据权利要求4所述的空气颗粒物采样自动换膜装置，其特征在于：机架上设置有升降光电开关，滤膜夹仓一侧设置有升降定位片，升降定位片配合光电开关检测滤膜夹仓的升降高度。
7.根据权利要求2或5所述的空气颗粒物采样自动换膜装置，其特征在于：所述推杆电机顶端连接有推杆电机凸柱，推杆电机凸柱上方连接有挡片，挡片与下管接头之间设置有滤膜夹压紧弹簧。
8.根据权利要求6所述的空气颗粒物采样自动换膜装置，其特征在于：所述机架包括顶板和底板，顶板与底板之间连接有固定柱。
9.根据权利要求8所述的空气颗粒物采样自动换膜装置，其特征在于：所述滤膜夹压紧光轴与压紧板之间设置有直线轴承。
10.一种空气颗粒物采样器，包括机箱及控制器，其特征在于：机箱内安装有权利要求1-9中任一项所述的空气颗粒物采样自动换膜装置，控制器接收光电开关的指令并控制电机的运转。
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