CN108579165A - 一种便携式助力微孔滤膜水样过滤器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了种便携式助力微孔滤膜水样过滤器，包括采集管、带刻度的储水舱、不锈钢主轴、助力装置骨架、过滤器固定架、推进片、动力杠杆、阻退片。其中：采集管嵌入储水舱的凹槽内，并由过滤器固定架固定；托盘与不锈钢主轴固定连接；储水舱与助力装置骨架固定连接；推进片与阻退片通过套接的方式装入助力装置骨架；动力杠杆由转动轴连接在助力装置骨架上。本发明通过杠杆助力装置减少施力；弹簧弹力和装置摩擦力共同作用实现过滤操作的连续推动；采集管和储水舱通过固定架固定，便于拆卸和装卸滤膜滤纸；装置可野外携带进行水样的采集过滤，灵活、操作简单、成本低，在降低操作人员的劳动强度的同时，提高了采样的精度和效率。
Description
技术领域
本发明做出的是一种便携式助力微孔滤膜水样过滤装置，通过对传统过滤装置的改进减少装置操作复杂程度，并能够更加省时省力的完成过滤任务。
背景技术
根据《水质样品的保存和管理技术规定》(HJ493－2009)以及多种元素测定的标准方法中规定，对水样进行过滤是必要环节，过滤使用的滤膜主要包括滤纸和微孔滤膜(0.45μm,0.1μm)，水溶性环境指标分析基本上均需要经过微孔滤膜过滤。目前常用的微孔滤膜过滤装置主要包括真空抽滤泵(如HP-01无油隔膜真空泵)和普通的按压式针筒过滤器。
以上两类过滤器因其结构原理不同，各自具有以下特点：
1、真空抽滤泵主要用于大量样品的过滤，真空泵是在压力动力的推动下进行运转，当烟雾和真空泵中飞溅起来的真空油混合物在压力作用下通过真空泵油雾过滤器时，先后经过滤纸和棉质过滤器，真空油被过滤器截留下来进行循环利用，而烟雾则通过过滤器到外界的空气中。其存在以下几个不足：
(1)该过滤器主要用于100ml以上水样的过滤，对20-50ml样品的过滤过大；
(2)该过滤器体积较大，操作不方便；
(3)该过滤器操作复杂，效率不高，当过滤样品数多时，每次过滤都需卸载装置清洗仪器，不仅操作繁琐、速度慢，而且增加了工作量，同时在此过程中还可能增加样品污染的风险；
(4)该过滤器需真空泵进行抽滤，消耗能源，产生噪音，成本高；
(5)该过滤器在野外采样过滤时，水样需从采样瓶转移到过滤装置，增加了操作过程，而且野外携带不方便。
2、普通的按压式针筒过滤器主要用于小量样品的过滤，对样品吸附性极低，保证了最大样品的回收量。但也存在以下几个不足：
(1)该过滤器主要用于10ml以下水样的过滤，不适宜于20-50ml水样过滤；
(2)该过滤器可换的针筒微孔滤膜易破损，效率不高；
(3)该过滤器可换的针筒微孔滤膜接触面积小，容易堵塞，按压费力，过滤速度慢。
两者都不适用于20-50ml水样的过滤。
为了弥补以上两种常用过滤器在实际使用过程中存在的缺陷，更好的适用于野外过滤操作并能够节省体力，本次发明将采用助力的方式实现过滤效率的提高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种便携式助力水样过滤器，该过滤器具有便携省力，准确过滤水样的优点。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括拉环、不锈钢主轴、带刻度的储水舱、活塞托盘、橡胶活塞、过滤器固定架、固定杆、固定架中轴、弹簧、过滤头、弹簧、阻退片、推进片、动力杠杆、助力装置骨架。
其中：储水腔的底端和过滤头套管相连并通过固定架固定，橡胶活塞和不锈钢主轴相连，橡胶活塞与储水舱无缝贴合，不锈钢主轴通过助力装置，主轴末端与拉环固定相连。
所述储水腔由聚乙烯制成，耐酸碱腐蚀，并且可以按水样的保存方法进行清洗，过滤的时候不会污染水样。
所述橡胶活塞是橡胶材质，与储水舱无缝接触，保持良好的气密性，并将滤液与装置其他结构隔开。
所述活塞托盘、主轴、阻退片、推进片和拉环由优质碳素结构钢制成，具有较好的强度和韧性，具有较大的承载力，并具有能提供足够的摩擦力。
所述储水腔前部和橡胶活塞上表面无缝贴合，可排出干净储水腔中的空气和滤液。
所述储水腔带有刻度，更便于精确过滤水样，提高效率，并且通过助力装置节省了大量人力。
所述助力装置骨架由聚乙烯制成，质量轻，便于清洗，且能够提供足够的机械强度。
所述弹簧均能够提供相应位置所需的张力。
本发明相比现有技术具有以下优点，本发明可以用于过滤20-50ml 的水样，具有省力，成本低，操作简单，效率高，准确性好的特点；同时也可以用于野外采集过滤水样操作，可以一次收集少量的较浅的水体水样，不需要对样品二次转移，具有便携、灵活、操作简单的特点，在不增加监测人员的劳动强度条件下，提高了采样的精度和效率。
附图说明
图1是发明的结构示意图。
图中：1-采集管；2-带刻度的储水舱3-不锈钢主轴4-助力装置骨架；5-过滤器固定架；6- 滤纸及滤膜；7-固定杆；8-弹簧；9-固定架中轴；10-橡胶活塞( L＝0.3cm)；11-橡胶活塞托盘(L＝0.15cm)；12、15-弹簧；13-推进片(L＝2cm,W＝1.4cm,H＝0.4cm。中间开孔,具体孔径取决于主轴直径，与不锈钢主轴同轴)；14-动力杠杆(L＝9cm)；16-阻退片( H＝0.2cm。中间开孔,具体孔径取决于主轴直径，与不锈钢主轴同轴)；17-拉环。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，1-采集管；2-带刻度的储水舱 3-不锈钢主轴4-助力装置骨架；5-过滤器固定架； 6-滤纸及滤膜；7-固定杆；8-弹簧；9-固定架中轴；10-橡胶活塞( L＝0.3cm)；11-橡胶活塞托盘(L＝0.15cm)；12、15-弹簧；13-推进片(L＝2cm,W＝1.4cm,H＝0.4cm。中间开孔,具体孔径取决于主轴直径，与不锈钢主轴同轴)；14-动力杠杆(L＝9cm)；16-阻退片( H＝0.2cm。中间开孔,具体孔径取决于主轴直径，与不锈钢主轴同轴)；17-拉环。
其中：采集管1嵌入储水舱2的凹槽内，并由固定架5通过固定杆7勾住固定；橡胶活塞10与托盘11固定连接，并无缝置于储水舱2内；托盘11与不锈钢主轴3固定连接；储水舱2与助力装置骨架4固定连接；弹簧12、15套装于主轴3上；阻退片16套装于主轴3上，一端由转动轴固定于助力装置骨架4上，左侧与弹簧15相接触；推进片13套装于主轴3上，左侧与弹簧12相接触，右侧与阻力装置骨架4接触；动力杠杆14在距上端由转动轴固定于助力装置骨架4上；动力杠杆14上端接圆轴置于推进片13右下方凹槽处。
本实施例中，采集管固定架5为两个，分别位于储水舱2的两侧并于储水舱固定相连。其中：固定架中轴9固定于骨架上；弹簧8套装于主轴上，左侧与骨架接触，右侧与固定杆7基座接触；固定杆7基座套装于主轴上并与骨架三面无缝镶嵌；固定杆7主体与其基座由转轴固定，左侧可勾住过采集管1。
本实施例的储水腔2上设有刻度，便于过滤到所需体积的水样。
本实施例工作过程如下：
1、单手持过滤器，大拇指向过滤器主体一侧克服弹簧15阻力按压阻退片 16下端，使阻退片16中间开口边缘与不是锈钢主轴3不相接触，另一只手向后拉动拉环17，抽取待过滤液体，抽取完成后松开拇指。弹簧的张力向后推动阻退片，使得阻退片开口的边缘与不锈钢主轴接触产生强大摩擦阻力，阻止主轴后退，将其固定。
2、采集管1和储水舱2之间放入滤纸及滤膜，克服弹簧阻力向左拉动固定杆7勾住采集管底端，弹簧的张力会帮助固定器将过滤头固定在过滤器主体上。
3、单手持过滤器，四指对动力杠杆14施力，握力通过转轴传至杠杆顶端；顶端圆轴推动推进片13下端克服弹簧12的阻力向左运动，推进片13中上段由于弹簧阻力运动幅度较小，此时推进片13与主轴2之间形成锐角，其中间开孔的边缘与主轴接触产生强大摩擦阻力；继续对动力杠杆14施力，摩擦力会增大，主轴有向前运动的趋势；此时，主轴3与阻退片16间的摩擦力帮助阻退片克服弹簧15的阻力，使得阻退片和主轴间的摩擦力减小至可滑动；继续对动力杠杆 14施力，此时主轴3会推动橡胶活塞10向前压缩待过滤液体，通过过滤头完成过滤。
4、一次完整的按压动力杠杆14后，撤去握力，推进片13和动力杠杆14 在弹簧12的张力作用下恢复初始位置，主轴在阻退片16的作用下保持位置不变。
5、重复步骤3和步骤4，直至储水舱内待过滤液体过滤完成。
6、更换滤膜：拉动固定杆7使采集管1松动并取下采集管1，更换新的滤膜，将采集管放回储水舱顶端凹槽，拉动固定杆勾住采集管1将其固定住，完成滤膜的更换，此时可进行下一组水样的过滤。
计算部分：
本次计算选取：储水舱D＝4cm；L＝15cm
时为层流；
υ-运动粘度，在20℃下，υ＝1.007×10-6m2/s；
d-圆筒直径，取d＝0.04m；
V-水流流速，m/s；
Re-雷诺数；
按等速计算：水流沿程水头损失计算公式如下：
对于圆管，其水力半径
(1)储水舱筒体部分水头损失为：
沿程水头损失：
(2)定性滤纸局部水头损失为(查给水工程)：
υ-水的运动粘度，cm2/s；
g-重力加速度，9.81N＝981cm2/s；
m0-滤料孔隙率，取值为0.38；
d0-与滤料体积相同的球体直径，cm,取0.08cm；
l0-滤层厚度，cm,取0.1cm；
v-滤速，cm/s；
-滤料颗粒球度系数，取1.0；
P1＝ρgh＝ρghj1＝103×9.8×1.01×10-2＝99.081Pa
(3)微孔滤膜阻力：查给水工程：微孔过滤操作压力为：0.1-0.2MPa,
(3)竖直向上总作用力为：
F＝τ1+F1+F2＝4.03×10-2+0.124+125.6＝125.764N
根据外力偶矩平衡：
M1＝M2
Fr1＝Tr2
r1-支撑杆长度，取1.5cm；
r2-施力杆长度，取7.5cm；
正常成年男性能够提供的最大握力约为400N，女性的握力约为300N，且握力大小因人而异。本次助力设计完成后的握力要求约为25N，在正常人连续发力操作的范围之内，且能兼顾到力量较为弱小的操作人员顺利完成过滤操作。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (9)
1.一种便携式助力微孔滤膜水样过滤器，其特征在于，包括采集管(1)、带刻度的储水舱(2)、不锈钢主轴(3)、助力装置骨架(4)、过滤器固定架(6)、推进片(13)、动力杠杆(14)、阻退片(16)。其中：采集管(1)嵌入储水舱(2)的凹槽内，并由过滤器固定架(6)固定；橡胶活塞(10)与托盘(11)固定连接，并无缝置于储水舱(2)内；托盘(11)与不锈钢主轴(3)固定连接；储水舱(2)与助力装置骨架(4)固定连接；推进片(13)与阻退片(16)通过套接的方式装入助力装置骨架(4)；动力杠杆(14)转动轴连接在助力装置骨架(4)。
2.根据权利要求1所述的一种便携式助力微孔滤膜水样过滤器，其特征在于：所述储水腔(2)通过过滤器固定架(6)固定有采集管(1)，内部置入橡胶活塞(10)与托盘(11)。橡胶活塞(10)与托盘(11)在不锈钢主轴(3)上，末端固定连接拉环(17)。
3.根据权利要求1所述的一种便携式助力微孔滤膜水样过滤器，其特征在于：所述储水腔(2)设有刻度。
4.根据权利要求1所述的一种便携式助力微孔滤膜水样过滤器，其特征在于：所述储水腔(2)为可密封腔体。
5.根据权利要求1所述的一种便携式助力微孔滤膜水样过滤器，其特征在于：所述储水腔(2)与采集管(1)通过过滤器固定架(6)固定，中间可装滤膜和滤纸。
6.根据权利要求1所述的一种便携式助力微孔滤膜水样过滤器，其特征在于：推进片(13)套装于主轴(3)上，左侧与弹簧(12)相接触，右侧与阻力装置骨架(4)接触。
7.根据权利要求1所述的一种便携式助力微孔滤膜水样过滤器，其特征在于：阻退片(16)套装于主轴(3)上，一端由转动轴固定于助力装置骨架(4)上，左侧与弹簧(15)相接触。
8.根据权利要求1所述的一种便携式助力微孔滤膜水样过滤器，其特征在于：动力杠杆(14)在距上端1.5cm处由转动轴固定于助力装置骨架(4)上；动力杠杆(14)上端接圆轴置于推进片(13)右下方凹槽处。
9.根据权利要求1所述的一种便携式助力微孔滤膜水样过滤器，其特征在于：针对的是实验室20-50ml的水样过滤以及野外采集过滤的少量水样。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180928 |