CN109357920B - 便携式宽量程环境空气采样器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式宽量程环境空气采样器，包括：主流量通道，所述主流量通道与离心风机连接，所述主流量通道内部设有用于检测所述主流量通道气体流量大小，并与外部恒流量反馈控制电路相关联的流量检测机构；旁路流量通道，所述旁路流量通道接入所述主流量通道后一起与所述离心风机连接，所述旁路流量通道内部设有用于控制所述旁路流量通道开启和关闭的流量控制机构。本发明是一种流量量程更宽的便携式环境空气采样器。

Description

便携式宽量程环境空气采样器

技术领域

本发明涉及空气监测技术领域，尤其涉及一种流量量程更宽的便携式环境空气采样器。

背景技术

一般情况下，现有技术的环境空气采样器中，可调速离心风机的转速在运行中和气体流量是成正相关关系的，同时也和抽气负压成正相关关系。风机的转速越大，气体通过风机的流量就会越大；如果此时流量较小，但负压较大，则风机仍然需要运行在高转速状态。带动风机转动的电机驱动器，存在一个最小启动转速，启动转速对应风机的最小流量，低于此最小流量时风机无法启动。当采样流量为小流量时，风机工作在启动电压附近，转速波动大或无转速，在有恒流量反馈控制电路时会引起运行不稳定或时停时转，风机的流量脉动性也越明显，引起流量控制和测量的稳定性降低。

通常便携式环境空气采样器是以离心风机作为动力源，电机与风机是通过轴连接的，电机安装于风管当中，电机散热靠空气在风机中的流动来带走热量。在高负载（或高负压）的情况下电机输出功率较高，会产生大量的热，在此情况下采样小流量时，由于风机中流过的风量较小而导致电机产生的热量不能及时被带走，会出现电机局部温度过高而触发热保护或电机过热损坏的现象。

通常便携式环境空气采样器是以节流装置作为节流阻力件，节流阻力件输出的差压信号经过开方之后才与流量成正比关系，使得流量测量的量程比远远小于差压测量的量程比。当气体流入段节流孔径不变时，在差压流量计的有效量程范围内测量的气体流量范围十分受限。

因此，亟需一种动力风量范围更大，最大流量不变的情况下最小流量可以更小，可测气体流量量程更宽的便携式环境空气采样器。

发明内容

本发明的目的是提供一种便携式宽量程环境空气采样器。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案为：提供一种便携式宽量程环境空气采样器，包括：

主流量通道，所述主流量通道与离心风机连接，所述主流量通道内部设有用于检测所述主流量通道气体流量大小，并与外部恒流量反馈控制电路相关联的流量检测机构；

旁路流量通道，所述旁路流量通道接入所述主流量通道，并一起与所述离心风机连接，所述旁路流量通道内部设有用于控制所述旁路流量通道开启和关闭的流量控制机构。

所述流量检测机构包括：设置在所述主流量通道的环境气体流入段的第一锥形节流孔，及设于所述第一锥形节流孔下方并与所述第一锥形节流孔相配合的可上下移动的第一调节锥，所述第一调节锥的最大截面略小于所述第一锥形节流孔的最小流通面。

还包括用于驱动所述第一调节锥上下移动的第一气缸，所述第一气缸通过一气泵进行驱动，所述气泵通过一气仓与所述第一气缸进行连接，所述气仓上连接有压力传感器。

所述流量控制机构包括：设置在所述旁路流量通道的环境气体流入段的第二锥形节流孔，及设于所述第二锥形节流孔上方，并与所述第二锥形节流孔相配合的可上下移动的第二调节锥，所述第二调节锥的最大截面大于所述第一锥形节流孔的最小流通面。

还包括用于驱动所述第二调节锥上下移动的第二气缸，所述第二气缸通过一个气泵进行驱动，所述气泵通过一气仓与所述第二气缸进行连接。

所述第一锥形节流孔两端设有取压管，所述取压管上连接有差压传感器。还包括第一气缸安装板，所述第一气缸安设于所述第一气缸安装板上，所述第一气缸及第一气缸安装板一起位于所述主流量通道内部，所述第一气缸安装板固定于所述主流量通道内壁处，所述第一气缸通过一气管穿过所述主流量通道外壁依次与所述气仓及所述气泵进行连接。

还包括第二气缸安装板，所述第二气缸安装于所述第二气缸安装板上，所述第二气缸及第二气缸安装板一起位于所述旁路流量通道下方，且所述第二气缸安装板固定于所述主流量通道的外壁处。

还包括第一气缸，所述第一气缸为单侧进气推动。没有进气时，活塞在缸体底部原始位置；单侧进气时，利用非完全密封活塞两侧气压差推动活塞运动至缸体顶部位置。所述第一气缸非进气侧为半开放状态，有利于形成活塞两侧的压力差。当压力差消失时，活塞依靠自身重力作用落下至缸体底部原始位置。

还包括第二气缸，所述第二气缸为单侧进气推动。没有进气时，活塞在缸体底部原始位置；单侧进气时，利用非完全密封活塞两侧气压差推动活塞运动至缸体顶部位置。所述第二气缸非进气侧为半开放状态，有利于形成活塞两侧的压力差。当压力差消失时，活塞依靠自身重力作用落下至缸体底部原始位置。

本发明便携式宽量程环境空气采样器的有益效果：

1、当设备设定的采样流量低于风机的最小流量时，开启旁路流量通道，让风机运行在稳定转动的工作点，有效利用旁路流量补偿的方式来克服小流量无法测量或恒流量反馈控制稳定性差的问题。

2、可利用旁路流量补偿的方式使风机避开在小风量区运行，避免风机在启动点出现时停时转，转速波动大或无转速的现象。让风机运行在稳定转动的工作点，以确保流量稳定并降低风机由于不稳定转动而引起的噪音。

3、在高负载小流量的工况下，利用旁路流量补偿的方式来增加风机的流量，从而增大风管中的风量，快速带走电机在大功率下产生的热量，以此达到保护电机的目的。

4、通过第一调节锥和第一锥形节流孔的相对位置变换来改变主流量通道中气体流通面的大小，从而调节压力传感器反馈的差压信号，处理器根据接收的差压信号计算出气体流量。

5、当采微小流量时，主流量通道的第一调节锥上移，可将气体流通面大幅减小，使得小流量下差压计两端差压提高，原差压传感器仍然可以在量程范围内工作。

6、第一锥形节流孔和第二锥形节流孔均设计成平缓过渡的流线形，减小流体经过节流孔时由于回流和脱流等造成的差压瞬态波动。

7、第一调节锥和第二调节锥为锥形壳体结构，可用密度较轻的材质加工来减小自身重力。当调节锥运动至缸体顶部位置时，控制气仓保压，保证气仓的压力值可承受非完全密封活塞的流量泄漏，同时保证活塞两侧压力差能克服调节锥的自身重力，使活塞稳定在缸体顶部位置。

8、气泵经气仓同时与第一气缸及第二气缸相连，通过气仓的平衡和缓冲作用，可提高输出气流的连续性和稳定性，气仓上接压力传感器来监测气体的压力值并控制气泵的启闭状态。气仓同时对两个气缸提供压力，保证两个活塞同步向上或向下运动，既满足了预期的运动形式又达到了简化机构的目的。

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所示为本发明便携式宽量程环境空气采样器的一个实施例的示意图。

图2为如图1所示的便携式宽量程环境空气采样器的主流量通道和旁路流量通道与气仓、气泵连接的示意图。

图3为如图1所示的便携式宽量程环境空气采样器的主流量通道和旁路流量通道连接的立体示意图。

图4为如图1所示的便携式宽量程环境空气采样器的第一气缸与第一调节锥配合的立体示意图。

图5为如图1所示的便携式宽量程环境空气采样器的第一气缸与第一调节锥配合的剖面示意图。

图6为如图1所示的便携式宽量程环境空气采样器的气体流入段第一锥形节流孔的立体示意图。

图7为如图1所示的便携式宽量程环境空气采样器的气体流入段第一锥形节流孔的剖面示意图。

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、2、3、4、5、6、7 所示，本发明实施例提供的便携式宽量程环境空气采样器100，包括：

主流量通道1，所述主流量通道1与离心风机2连接，所述主流量通道1内部设有用于检测所述主流量通道1 气体流量大小，并与外部恒流量反馈控制电路相关联的流量检测机构10；

旁路流量通道3，所述旁路流量通道3接入所述主流量通道1后一起与所述离心风机2 连接，所述旁路流量通道3 内部设有用于控制所述旁路流量通道3开启和关闭的流量控制机构20。

所述流量检测机构10包括：设置在所述主流量通道1的环境气体流入段的第一锥形节流孔4，及设于所述第一锥形节流孔4下方并与所述第一锥形节流孔4相配合的可上下移动的第一调节锥5，所述第一调节锥5的最大截面略小于所述第一锥形节流孔4 的最小流通面。需要说明的是，所述第一调节锥5 向上运动至缸体顶部时，能够使所述第一锥形节流孔4的有效流通面积几乎为0；所述第一调节锥5 向下运动至缸体底部时，所述第一调节锥5对所述第一锥形节流孔4彻底失去限流作用，所述第一锥形节流孔4的有效流通面积达到最大。

如图1、2所示的实施例中，还包括用于驱动所述第一调节锥5上下移动的第一气缸6，所述第一气缸6通过一气泵7进行驱动，所述气泵7通过一气仓8与所述第一气缸6 进行连接，所述气仓8 上连接有压力传感器17，所述压力传感器17反馈的电信号传递至处理器，处理器发出信号控制所述气泵7的启停动作。通过所述气泵7 和所述气仓8 配合，能够对所述第一气缸6 的气压达到一个稳定值，实现控制所述旁路流量通道3的开启和关闭。

如图1、2 所示的实施例中，所述第二流量控制机构20 包括：设置在所述旁路流量通道3的环境气体流入段的第二锥形节流孔9，及设于所述第二锥形节流孔9上方，并与所述第二锥形节流孔9相配合的可上下移动的第二调节锥11，所述第二调节锥11的最大截面大于所述第二锥形节流孔9的最小流通面。需要说明的是，所述第二调节锥11 向上运动至缸体顶部时，所述旁路流量通道3开启；所述第二调节锥11 向下运动至缸体底部时，所述旁路流量通道3关闭。

如图1、2 所示的实施例中，还包括用于驱动所述第二调节锥11 上下移动的第二气缸12，所述第二气缸12通过一个气泵7进行驱动，所述气泵7通过一气仓8与所述第二气缸12进行连接，所述气仓8上连接有压力传感器17，所述压力传感器17反馈的电信号传递至处理器，处理器发出信号控制所述气泵7的启停动作。通过所述气泵7 和所述气仓8 配合，能够对所述第一气缸6 的气压达到一个稳定值，实现控制所述旁路流量通道3的开启和关闭。

如图1、2所示，所述第一锥形节流孔4两端设有取压管，所述取压管上连接有差压传感器13。当对环境空气进行采样时，处理器发出信号控制所述离心风机2 中的电机及电机驱动器16，驱动所述离心风机2 开始抽气，气体流经所述第一锥形节流孔4产生压力差，差压传感器13反馈的差压信号传递至处理器，计算出测量的气体流量值。

如图1、2所示，还包括第一气缸安装板14，所述第一气缸6安设于所述第一气缸安装板14 上，所述第一气缸6 及第一气缸安装板14 一起位于所述主流量通道1内部，所述第一气缸安装板14固定于所述主流量通道1内壁处，所述第一气缸6 通过一气管穿过所述主流量通道1 外壁依次与所述气仓8 及所述气泵7进行连接。

如图1、2 所示，还包括第二气缸安装板15，所述第二气缸12 安装于所述第二气缸安装板15上，所述第二气缸12及第二气缸安装板15一起位于所述旁路流量通道3下方，且所述第二气缸安装板15固定于所述主流量通道1的外壁处。将所述第二气缸安装板15安设于所述旁路流量通道2外，而连接所述第二调节锥11的连杆伸入于所述第二气缸12内部。

一个实施例中，如图1、2 所示，还包括第一气缸6，所述第一气缸6 为单侧进气，利用非完全密封活塞两侧气压差推动第一调节锥5 运动至缸体顶部位置。第一气缸6 非进气侧为半开放状态，有利于形成活塞两侧压力差。当压力差消失时，第一调节锥5依靠自身重力作用落下至缸体底部原始位置。

一个实施例中，如图1、2 所示，还包括第二气缸12，所述第二气缸12 为单侧进气，利用非完全密封活塞两侧气压差推动第二调节锥11运动至缸体顶部位置。第二气缸12非进气侧为半开放状态，有利于形成活塞两侧压力差。当压力差消失时，第二调节锥11依靠自身重力作用落下至缸体底部原始位置。

如图1所示，如上述实施例中，所述第一气缸安装板14为设于所述主流量通道1内部，较佳者，所述第一气缸安装板14为焊接于所述主流量通道1内部。

需要说明的是，所述主流量通道1 的所述第一气缸6 中活塞推动所述第一调节锥5 上下移动，处于向上极限位置时，所述第一调节锥5 可最大限度减小所述第一锥形节流孔4的气体流通面，处于向下极限位置时，所述第一调节锥5不干涉所述第一锥形节流孔4的气体有效流通面的大小；所述旁路流量通道3的所述第二气缸12 中活塞推动所述第二调节锥11 上下移动，可开启所述第二锥形节流孔9或关闭所述第二锥形节流孔9。

一个实施例中，如图1 和2 所示，所述第一气缸6及第二气缸12一并连接于所述气仓8，且均由所述气泵7进行供气，当采样流量较小时，控制气泵7对气仓8供气，来自气仓8的压缩空气被引向所述第一气缸6及第二气缸12的活塞的下侧，非完全密封活塞两侧气压差推动所述第一气缸6及第二气缸12的两个活塞均向上移动，当所述第二气缸12的活塞向上运动至缸体顶部时，所述旁路流量通道3中所述第二调节锥11逐渐打开通路，此时所述旁路流量通道3处于开启状态。使电机带动离心风机稳定运行在电机的高效点附近，避开小风量区，此时离心风机的风量可以从所述旁路流量通道3获得补充，从而保证所述

主流量通道1采得预期的小流量值。

一个实施例中，当采样流量较大时，控制气泵7停止对气仓8供气，所述第一调节锥5及第二调节锥11在自身重力作用下分别推动所述第一气缸6及第二气缸12中的活塞均向下运动，所述旁路流量通道3中所述第二调节锥11逐渐关闭通路，最终旁路流量通道3处于关闭状态。在此状态下，风机运行在预期的工况点下的气体流量可全部从主流量通道1中采取。

一个实施例中，在所述主流量通道1 中，调节所述第一锥形节流孔4 的大小可扩大流量计的量程范围。当控制气泵7 对气仓8 供气时，来自气仓8 的压缩空气被引向第一气缸6 的活塞的下侧，非完全密封活塞两侧气压差推动所述第一气缸6 的活塞向上移动至缸体顶部位置，主流量通道1 中第一调节锥5 进入第一锥形节流孔4，使气体流经第一锥形节流孔4的有效流通面积减小；当控制气泵7停止对气仓8供气时，第一调节锥5在自身重力作用下推动第一气缸6中活塞向下运动，主流量通道1中第一调节锥5离开第一锥形节流孔4，使气体流经第一锥形节流孔4的有效流通面积增大。

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 (8)

1.一种便携式宽量程环境空气采样器，其特征在于，包括：

主流量通道，所述主流量通道与离心风机连接，所述主流量通道内部设有用于检测所述主流量通道气体流量大小，并与外部恒流量反馈控制电路相关联的流量检测机构；

旁路流量通道，所述旁路流量通道接入所述主流量通道，并一起与所述离心风机连接，所述旁路流量通道内部设有用于控制所述旁路流量通道开启和关闭的流量控制机构；

所述流量检测机构包括：设置在所述主流量通道的环境气体流入段的第一锥形节流孔，及设于所述第一锥形节流孔下方并与所述第一锥形节流孔相配合的可上下移动的第一调节锥，所述第一调节锥的最大截面略小于所述第一锥形节流孔的最小流通面；

所述流量控制机构包括：设置在所述旁路流量通道的环境气体流入段的第二锥形节流孔，及设于所述第二锥形节流孔上方，并与所述第二锥形节流孔相配合的可上下移动的第二调节锥，所述第二调节锥的最大截面大于所述第一锥形节流孔的最小流通面。

2.如权利要求1所述的便携式宽量程环境空气采样器，其特征在于，还包括用于驱动所述第一调节锥上下移动的第一气缸，所述第一气缸通过一气泵进行驱动，所述气泵通过一气仓与所述第一气缸进行连接，所述气仓上连接有压力传感器。

3.如权利要求1所述的便携式宽量程环境空气采样器，其特征在于，还包括用于驱动所述第二调节锥上下移动的第二气缸，所述第二气缸通过一个气泵进行驱动，所述气泵通过一气仓与所述第二气缸进行连接。

4.如权利要求1所述的便携式宽量程环境空气采样器，其特征在于，所述第一锥形节流孔两端设有取压管，所述取压管上连接有差压传感器。

5.如权利要求2所述的便携式宽量程环境空气采样器，其特征在于，还包括第一气缸安装板，所述第一气缸安设于所述第一气缸安装板上，所述第一气缸及第一气缸安装板一起位于所述主流量通道内部，所述第一气缸安装板固定于所述主流量通道内壁处，所述第一气缸通过一气管穿过所述主流量通道外壁依次与所述气仓及所述气泵进行连接。

6.如权利要求2所述的便携式宽量程环境空气采样器，其特征在于，还包括第二气缸安装板，所述第二气缸安装于所述第二气缸安装板上，所述第二气缸及第二气缸安装板一起位于所述旁路流量通道下方，且所述第二气缸安装板固定于所述主流量通道的外壁处。

7.如权利要求5所述的便携式宽量程环境空气采样器，其特征在于，所述第一气缸为单侧进气推动结构，没有进气时，活塞在缸体底部原始位置；单侧进气时，活塞两侧气压差推动活塞运动至缸体顶部位置，当活塞两侧气压差消失时，活塞依靠自身重力作用落下至缸体底部原始位置。

8.如权利要求6所述的便携式宽量程环境空气采样器，其特征在于，所述第二气缸为单侧进气推动结构，没有进气时，活塞在缸体底部原始位置；单侧进气时，活塞两侧气压差推动活塞运动至缸体顶部位置，当压力差消失时，活塞依靠自身重力作用落下至缸体底部原始位置。