CN109540613B - 一种可调节取样位置的等速采样装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种可调节取样位置的等速采样装置，包括采样系统、监测系统、控制调节系统；所述采样系统包括采样枪和采样泵，采样枪包括采样枪口、弯管、直管、外筒、内筒和采样枪连杆，外筒壁上套设有可滑动滑块，在滑块后部的外筒下端固定连接采样枪连杆；所述控制调节系统包括控制器、滑动台、滑动台连杆、带刻度托盘，所述带刻度托盘包括带刻度圆盘、限位机构和轴承，圆盘与轴承同心布置；所述限位机构为带有磁性指针，指针一端开孔且与采样枪连杆下端固定，指针另一端指向圆盘的刻度；采样枪连杆下端穿过限位机构放置在轴承中，通过采样枪连杆将轴承与外筒连在一起，限位机构能绕着轴承转动。该装置可灵活调节取样位置，同时实现等速取样。

Description

一种可调节取样位置的等速采样装置

技术领域

本发明涉及一种采样装置，特别是一种可调节取样位置的等速采样装置。

背景技术

进行采样时应该遵循等速采样原理。颗粒物具有一定的质量，在烟道中由于本身运动的惯性作用，不能完全随气流改变方向，为了从烟道中取得有代表性的烟尘样品，需等速采样，即烟气流速与采样速度相等。当采样速度大于采样点烟气流速时,由于大颗粒物惯性大,不容易改变方向,所以采样嘴边缘以外的部分气流被抽入采样嘴,而其中的尘粒按原方向前进,不进入采样嘴,从而导致测量结果中颗粒浓度偏低。当采样速度小于采样点烟气流速时,则恰恰相反。当气流主体速度等于采样速度时，行至采样口边缘的气流不会发生流向改变，其所携带的颗粒也不会改变运动方向，故此时采样浓度和真实浓度相等。

为了使取样更具代表性，建议采用多点取样方法，选取尽可能多得不同位置采样点进行采样，能够尽可能消除意外情况及误差的影响。

专利号为201510089120.8的发明专利提出了一种等速采样枪，包括采样管、稀释管、停留室、零空气流量控制单元、压差采集单元和采样泵，采样管采用L型弯管结构，采样头位于烟道内，出口端深入一级稀释管入口端。不足之处在于，该采样枪同一时刻只能对一个取样点取样，取样点单一，而且L型弯管直角处容易发生沉积，影响数据准确性。

专利号为201720366829.2的专利提出了一种烟气等速取样装置。装置包括烟道、测量系统、控制系统、调节执行机构及取样系统，通过测量系统采集烟道及取样系统内烟气压力信息，信号传至控制系统，信息分析后控制调节执行机构动作，通过电机带动减速器和联轴器，联轴器通过连杆带动调节板转动，通过改变取样系统内烟气流道面积大小控制取样烟气的流速，取样系统对烟气进行采样。不足之处在于本系统取样点较少，得到数据代表性不足，同时控制系统具有一定的滞后性，调节板启动旋转需要一定时间，不能及时对压力变化产生调节。

发明内容

本发明的目的是，提供一种可调节取样位置的等速采样装置,该采样装置可以灵活调节取样位置来保证取样的精确性，同时实现等速取样。

为实现上述目的,本发明采取以下技术方案：

一种可调节取样位置的等速采样装置，包括采样系统、监测系统、控制调节系统；所述采样系统对烟气进行采样；所述监测系统采集烟道及采样系统内烟气压力信息，所述控制调节系统与监测系统、采样系统连接，用于接收监测系统传递的压力信息，控制采样烟气的流速，同时控制采样枪前后移动；其特征在于，

所述采样系统包括采样枪和采样泵，采样枪包括采样枪口、弯管、直管、外筒、内筒和采样枪连杆，采样枪口与弯管通过螺纹配合连接，弯管固定于采样枪内筒的端面上，弯管与直管通过螺纹互相配合，保证弯管与直管的接口密封而内孔相通；直管末端通过后续采样管路连接采样泵，在采样泵和直管之间的管道上设置电磁阀；采样枪外筒和内筒同轴套接，外筒壁上套设有可滑动滑块，在滑块后部的外筒下端固定连接采样枪连杆；

所述控制调节系统包括控制器、滑动台、滑动台连杆、带刻度托盘和警报装置，控制器与警报装置、滑动台的驱动机构、电磁阀、采样泵、监测系统电连接；带刻度托盘下端通过滑动台连杆与滑动台固定连接，滑动台连杆能在滑动台的作用下前后移动；

所述带刻度托盘包括带刻度圆盘、限位机构和轴承，圆盘与轴承同心布置；所述限位机构为带有磁性指针，指针一端开孔且与采样枪连杆下端固定，指针另一端指向圆盘的刻度；采样枪连杆下端穿过限位机构放置在轴承中，通过采样枪连杆将轴承与外筒连在一起，限位机构能绕着轴承转动。

所述监测系统由两个皮托管组成，包括测量皮托管A和测量皮托管B，每个皮托管均通过相应的压差传感器连接控制器，测量皮托管A伸入烟道测量烟气流速，测量皮托管B伸入采样枪直管测量采样烟气流速。

该装置的工作过程是：

装置工作时，根据烟道尺寸和相关标准确定采样点的具体位置，将采样枪通过烟道上的采样入口伸进烟道，通过控制器设置好采样枪移动距离和停留时间，控制滑动台带动滑动台连杆将采样枪移动到烟道中相应采样点，再通过转动轴承旋转采样枪实现同一圆周上不同点的采样；

采样时枪口正对烟道气流方向，滑动外筒上滑块密封采样枪和采样入口间的缝隙，防止烟气逸出；开启电磁阀，由采样泵提供动力；

测量皮托管A测量烟道中总压和静压的压差，测量皮托管B测量采样管中总压和静压，将信息经由压差传感器传给控制器；

控制器经过计算得到烟道内烟气流速V1和采样管烟气流速V2，并计算差值，当采样速度与烟气速度不同，将此信息传递给警报装置，警报装置发出预警，使操作者意识到问题出现；同时将控制信号传递连接直管和采样泵的电磁阀，通过控制电磁阀开度来控制压差，从而实现控制烟气流动速度，达到等速采样的目的；

通过预先在控制器设置距离和时间，使控制器在经过相应时间后移动设定距离，实现控制器对采样枪移动的自动控制；采样结束时，通过控制器控制采样枪退出烟道。

该装置的工作过程是：

装置工作时，根据烟道尺寸和相关标准确定采样点的具体位置，将采样枪通过烟道上的采样入口伸进烟道，通过控制器设置好采样枪移动距离和停留时间，控制滑动台带动滑动台连杆将采样枪移动到烟道中相应采样点，再通过转动轴承旋转采样枪实现同一圆周上不同点的采样；

采样时枪口正对烟道气流方向，滑动外筒上滑块密封采样枪和采样入口间的缝隙，防止烟气逸出；开启电磁阀，由采样泵提供动力；

测量皮托管A测量烟道中总压和静压的压差，测量皮托管B测量采样管中总压和静压，将信息经由压差传感器传给控制器；

控制器经过计算得到烟道内烟气流速V1和采样管烟气流速V2，并计算差值，当采样速度与烟气速度不同，将此信息传递给警报装置，警报装置发出预警，使操作者意识到问题出现；同时将控制信号传递连接直管和采样泵的电磁阀，通过控制电磁阀开度来控制压差，从而实现控制烟气流动速度，达到等速采样的目的；

通过预先在控制器设置距离和时间，使控制器在经过相应时间后移动设定距离，实现控制器对采样枪移动的自动控制；采样结束时，通过控制器控制采样枪退出烟道。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本装置采样系统中，采用弯管代替部分直管，以减少流动过程中沉积带来的影响，同时螺纹连接和滑块用来确保密封性，防止气密性不够带来的影响。内外套筒之间添加保温材料以避免温度降低气体冷凝。

(2)本装置采用一个采样枪，通过采样枪的移动和旋转实现多点的采样，这里的多点采样可以是同一直线上的多个点，也可以采集同一圆周上的多个采样点，尽可能的对更多点进行采样，采样数据更为准确。

(3)本装置通过控制调节系统移动滑动台6带动滑动台连杆7，从而带动采样枪，可以实现采样枪的水平移动，同时PLC控制器可以给定移动距离和移动时间，使得操作更为便捷；与此同时，通过带刻度圆盘、圆盘上的轴承和采样枪连杆2g，可以实现采样枪在同一水平面上的转动，防止了采样枪上下移动产生不利影响，同时得到了更多具有代表性的采样点。

(4)本装置设有警报装置(警报器)，能比较直观表现取样过程的准确性。

附图说明

图1为本发明可调节取样位置的等速采样装置的结构示意图；

图2为本发明可调节取样位置的等速采样装置中采样枪的剖面结构示意图；

图3为本发明可调节取样位置的等速采样装置中带刻度托盘的结构示意图；

图4(a)为旋转过程同一个圆弧可取的采样点的位置示意图；

图4(b)为旋转过程为烟道中可能的取样点所在圆弧示意图；

图4(c)为平移过程中采样点划分示意图；

图中，1.烟道，2.采样枪，3.测量皮托管A，4.测量皮托管B，5.控制器，6.滑动台，7.滑动台连杆，8.带刻度托盘，9.采样泵，10.电磁阀，11.压差传感器A，12.压差传感器B，13警报装置；2a.采样枪口，2b.弯管，2c.直管，2d.内筒，2e.外筒，2f.滑块，2g.采样枪连杆，81为圆盘，82为限位机构，83为轴承。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细的描述，但并不以此作为对本申请保护范围的限定。

本发明可调节取样位置的等速采样装置，包括采样系统、监测系统、控制调节系统，所述采样系统包括采样枪2和采样泵9，其中，采样枪2包括采样枪口2a、平缓过渡的弯管2b、直管2c、采样枪连杆2g，采样枪口2a与弯管2b，弯管2b与直管2c之间均为螺纹连接，以保证良好气密性；弯管固定于采样枪内筒2d的端面上，使用弯管代替L管来降低颗粒沉积，弯管无显著的直线折角，呈光滑舒缓的曲面，现有的L型管道直角处容易沉积产生不利影响，采样枪嘴和弯管必须用硬管，才能保证采样枪固定在想要的位置；直管也用硬管，方便旋转调节和移动；内筒2d与外筒2e之间为同心布置的间隙配合，中间填充保温材料来防止冷凝，保温材料可选用石棉或其他耐高温材料；滑块2f位于外筒上，可以沿采样枪外筒轴向滑动且与采样枪外筒间隙很小，滑块表面为橡胶层或薄的玻璃纤维层；在滑块2f的外侧设置采样枪连杆2g。采样时，将采样枪嘴(采样枪嘴即为采样枪口)移动到指定的采样点固定后，用滑块紧密堵住外筒和烟道采样孔之间的缝隙，防止烟气泄漏带来的不利影响；采样泵9通过管道与直管2c的入口端相连，提供必要的负压来进行采样，同时在采样泵和直管之间的管道上设置电磁阀10，可以控制该管道开度以便实现压力调节。

监测系统包括测量皮托管A 3和测量皮托管B 4，测量皮托管A用来测量烟道内的烟气流速，全压孔对准烟气气流方向，在烟道测量入口设置耐热密封装置，保持密封性；测量皮托管B用来测量采样管(直管)内的烟气流速，全压孔对准烟气气流方向，同样在测量入口设置耐热密封装置；两个皮托管(测量皮托管A 3和测量皮托管B 4)通过线路分别通过相应的压差传感器(压差传感器A 11和压差传感器B 12)与控制调节系统经由数据线连接，将流速信号传递到控制调节系统的控制器进行对比分析。

控制调节系统包括控制器5、滑动台6、滑动台连杆7、带刻度托盘8、警报装置；控制器接受来自压差传感器的信号，经过计算对比分析速度差，控制警报装置发出提醒，警报装置13与控制器5相连接，可以为灯、铃等；同时控制电磁阀10开口程度，电磁阀10通过开度改变抽气压差来控制烟气流速，从而实现等速采样。带刻度托盘下端通过滑动台连杆与滑动台固定连接，滑动台连杆7能在滑动台的作用下前后移动；

带刻度托盘8由带刻度圆盘81、限位机构82和轴承83组装而成，圆盘与轴承同心布置，所述限位机构82为带有磁性指针，能吸附固定在圆盘某个位置上，指针一端开孔且与采样枪连杆下端固定，指针另一端指向圆盘的刻度；采样枪连杆下端穿过限位机构放置在轴承中，通过采样枪连杆2g将轴承与外筒连在一起，限位机构能绕着轴承转动。限位机构82为近似小长方体，固定在采样枪连杆与轴承83接触位置，限位机构可绕着轴承转动，采样枪连杆下端穿过限位机构放置在轴承中，使用时，圆盘不动，限位机构转动，进而带动采样枪连杆转动，采样枪连杆带动外筒，最终带动采样枪口转动。

在已知采样烟道宽度前提下，通过控制器5控制滑动台6带动滑动台连杆7，滑动台连杆7上端连接带刻度托盘8，采样枪外筒通过采样枪连杆连接带刻度托盘8上的限位机构，限位机构82一端较细可以作为指针，另一端有直径略大于采样枪连杆2g的圆柱形孔，方便采样枪连杆2g穿过；圆盘固定在滑动台连杆7上，采样枪外筒通过轴承与带刻度托盘连接，从而控制采样枪移动及转动，进行多点采样，使采样数据更具有代表性，且所述控制器为PLC控制器，相较于手动控制更为便捷准确。

工作过程为：装置工作时，根据烟道尺寸和有关标准确定采样点的具体位置，将采样枪通过烟道上的采样入口伸进烟道，通过控制器设置好采样枪移动距离和停留时间，控制滑动台带动滑动台连杆将采样枪移动到烟道中相应采样点，可以通过转动轴承来旋转采样枪实现不同点的采样，同时由于采样枪可以平移，采样点代表性大大增加；应当注意采样时枪口应正对(烟气流速方向与采样枪口在一条线上且烟气能够流入采样枪)烟道气流方向；滑动外筒上滑块密封采样枪和采样入口间的缝隙，防止烟气逸出；开启电磁阀，由采样泵提供动力。

测量皮托管A测量烟道中总压和静压的压差，测量皮托管B测量采样管中总压和静压，将信息经由压差传感器传给控制器。

控制器经过计算得到烟道内烟气流速V1和采样管烟气流速V2，并计算差值。当采样速度与烟气速度不同，将此信息传递给警报装置，警报装置发出预警，使操作者意识到问题出现；同时将控制信号传递连接采样管(直管)和采样泵的电磁阀，通过控制电磁阀开度来控制压差，从而实现控制烟气流动速度，达到等速采样的目的。通过预先在控制器设置距离和时间，使控制器在经过相应时间后移动设定距离，实现控制器对采样枪移动的自动控制，采样过程更为便捷准确。采样结束时，通过控制器控制采样枪退出烟道。

本发明应用皮托管测量相应信息，通过压差传感器和控制器之间的反馈来实现等速采样，通过控制器同时实现了采样枪定点的移动，通过带刻度托盘实现了同一水平面的旋转取样，保证了采样枪采集数据的准确性，同时装置较为简单，成本较低；警报装置的设定使操作者更为容易的了解采样过程中不等速情况。

本发明中采样点的设置有两种，图4(c)为烟道截面中等采样点划分示意图。将烟道截面分为多个等面积圆环，再将圆环沿直径分为面积相等的两部分，圆环与直径的交点即为采样点。现有技术只能对圆弧直径上的两点采样，本发明装置通过滑动台带动采样枪前后移动即可完成对此种采样点的采样，实现同一直线上多点采样。

图4(a)是以轴承处为圆心，以轴承到采样枪口的距离为半径所做的圆，实际上，受到烟道尺寸和采样枪深入烟道长度的限制，角度并不能完全取到360°，在一个圆上能在左右圆周范围内取采样点；但在每一个圆弧上，采样点的数目不做限制；图4(b)为采样点设置区域效果图。

在采样枪不进行直管轴向平移时候，通过所述带刻度托盘带动采样枪旋转，对此范围内采样点进行采样，实现同一截面上不在同一直线上的多个采样点的采样。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (4)

1.一种可调节取样位置的等速采样装置，包括采样系统、监测系统、控制调节系统；所述采样系统对烟气进行采样；所述监测系统采集烟道及采样系统内烟气压力信息，所述控制调节系统与监测系统、采样系统连接，用于接收监测系统传递的压力信息，控制采样烟气的流速，同时控制采样枪前后移动；其特征在于，

所述采样系统包括采样枪和采样泵，采样枪包括采样枪口、弯管、直管、外筒、内筒和采样枪连杆，采样枪口与弯管通过螺纹配合连接，弯管固定于采样枪内筒的端面上，弯管与直管通过螺纹互相配合，保证弯管与直管的接口密封而内孔相通；直管末端通过后续采样管路连接采样泵，在采样泵和直管之间的管道上设置电磁阀；采样枪外筒和内筒同轴套接，外筒壁上套设有可滑动滑块，在滑块后部的外筒下端固定连接采样枪连杆；

所述控制调节系统包括控制器、滑动台、滑动台连杆、带刻度托盘和警报装置，控制器与警报装置、滑动台的驱动机构、电磁阀、采样泵、监测系统电连接；带刻度托盘下端通过滑动台连杆与滑动台固定连接，滑动台连杆能在滑动台的作用下前后移动；

所述带刻度托盘包括带刻度圆盘、限位机构和轴承，圆盘与轴承同心布置；所述限位机构为带有磁性指针，指针一端开孔且与采样枪连杆下端固定，指针另一端指向圆盘的刻度；采样枪连杆下端穿过限位机构放置在轴承中，通过采样枪连杆将轴承与外筒连在一起，限位机构能绕着轴承转动；

滑块表面为橡胶层或玻璃纤维层；

所述监测系统由两个皮托管组成，包括测量皮托管A和测量皮托管B，每个皮托管均通过相应的压差传感器连接控制器，测量皮托管A伸入烟道测量烟气流速，测量皮托管B伸入采样枪直管测量采样烟气流速。

2.根据权利要求1所述的可调节取样位置的等速采样装置，其特征在于，内筒与外筒之间填充保温材料，保温材料为石棉。

3.根据权利要求1所述的可调节取样位置的等速采样装置，其特征在于，该装置的工作过程是：

装置工作时，根据烟道尺寸和相关标准确定采样点的具体位置，将采样枪通过烟道上的采样入口伸进烟道，通过控制器设置好采样枪移动距离和停留时间，控制滑动台带动滑动台连杆将采样枪移动到烟道中相应采样点，再通过转动轴承旋转采样枪实现同一圆周上不同点的采样；

采样时枪口正对烟道气流方向，滑动外筒上滑块密封采样枪和采样入口间的缝隙，防止烟气逸出；开启电磁阀，由采样泵提供动力；

测量皮托管A测量烟道中总压和静压的压差，测量皮托管B测量采样管中总压和静压，将信息经由压差传感器传给控制器；

控制器经过计算得到烟道内烟气流速V1和采样管烟气流速V2，并计算差值，当采样速度与烟气速度不同，将此信息传递给警报装置，警报装置发出预警，使操作者意识到问题出现；同时将控制信号传递连接直管和采样泵的电磁阀，通过控制电磁阀开度来控制压差，从而实现控制烟气流动速度，达到等速采样的目的；

通过预先在控制器设置距离和时间，使控制器在经过相应时间后移动设定距离，实现控制器对采样枪移动的自动控制；采样结束时，通过控制器控制采样枪退出烟道。

4.根据权利要求1所述的可调节取样位置的等速采样装置，其特征在于，所述警报装置为灯或铃。