CN109632405A - 一种多时刻多位置接触式触发气体自动同步采样装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多时刻多位置接触式触发气体自动同步采样装置，通过将若干具备自动控制进出气功能的采样瓶经抽取为一定负压后，串联构成同时刻若干位置的采样装置，运用时间继电器控制多条采样装置按照预设时间要求采样，采样起点由工作人员触发，采样终点提前设置，由时间继电器自动控制，本发明采样进气时间控制在1s以内，装置由装备配套电源供电，采样高度与人员坐立时呼吸部位同高，直接同步采集获取所需的多时刻多位置的气体样本，样本实时有效，样本量充足，完全满足后期测试分析需求。该装置适用范围广，可作为开展密闭空间污染物分布研究的关键工具，是密闭空间化学防护研究的重要技术支撑。
Description
技术领域
本发明是一种基于自动化控制理论和真空负压吸气原理的多时刻多位置气体自动同步采样装置，它与密闭空间污染物采样有关，属于气体采样技术领域。
背景技术
方舱、舱室等密闭空间是陆战领域主战装备构成部分，加强密闭空间化学防护是我军一直以来重点关注的问题。采集密闭空间典型时刻典型位置气体样本是开展密闭空间污染物分布研究的基础，是目前我军化学防护领域急需解决的关键技术难题。
国内主要有中国白城兵器试验中心、兵器工业卫生研究所、军事科学院防化研究院、军事科学院军事医学研究院、北京市环境保护科学研究院等单位进行了相关研究，主要集中在大气采气泵与采样袋连接后长时间采样、对采购的国外气体采样分析仪器进行简易改造实现广谱在线分析方面。如何利用采样装置采集某时刻某位置气体，以便后期通过分析确定实时浓度，为探索密闭空间气体浓度时空分布规律和作战防护决策提供关键依据。
在这种背景下，针对密闭空间采样特点及后期气体分析需求，结合自动化控制理论和真空负压吸气原理，为了使气体分析结果更加准确、科学，发明了一种多时刻多位置触发式气体自动同步采样装置。该装置通过预先将采样瓶抽真空，采用电磁阀控制采样瓶短时开启进气、时间继电器控制多条线路采样间隔的方法，来实现多时刻多位置自动采集气体，解决密闭空间化学防护研究中面对的气体采样难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种多时刻多位置触发式气体自动同步采样装置，它综合运用自动化控制理论和真空负压吸气原理，解决了密闭空间多时刻多位置气体自动同步采样难题，提供了一种多时刻多位置气体自动同步采样装置，为密闭空间化学防护决策提供技术支持和物质条件。
本发明采用的技术方案为：一种多时刻多位置接触式触发气体自动同步采样装置，该装置包括采样瓶和控制装置，该装置通过将若干具备自动控制进出气功能的采样瓶经抽取为一定负压后，串联构成同时刻若干位置的采样装置，运用时间继电器控制多条采样装置按照预设时间要求采样，采样起点由工作人员触发，采样终点提前设置，由时间继电器自动控制，采样进气时间控制在1s以内，装置由装备配套电源供电，采样高度与人员坐立时呼吸部位同高，确定采样瓶为圆柱体，通过当前分析仪器的测试需求，确定采样袋的体积V1；结合后期取下样品需求，确定在采样袋接直接阀门，阀门长度为h1；采样瓶进气口与瓶盖的距离依据电磁阀结构确定，设为h2；采样瓶底端与车舱顶端距离由磁铁厚度确定，设为h3；采样瓶进气口距离装备舱室地板高度为车内人员坐立高度，设为h4；瓶的长度h，为装备舱室高度H与采样瓶进气口与瓶盖的距离h2、磁铁厚度h3及车内人员坐立高度h4之差，即：h＝H-h2-h3-h4；采样袋的长度h0，为瓶的长度h与阀门长度h1之差，即：h0＝h-h1；综合考虑V1、h0及采样余量，可确定采样袋的直径D0，D0＝(4.4V1/πh0)1/2；采样瓶的内径D略大于D0，通常可放宽0.5～1cm；鉴于需要确定某时刻的气体浓度，则将电磁阀空开时间设置为t(t≦1s)；此外，采样总时间T、间隔△T及每时刻采样数N依据实际需求确定，通常T取值60s，10s≦△T≦20s，N≧3，具体情况依据装备空间及防护精度要求确定，采样次数n由T、△T决定；采样瓶包括锁扣，直接头，阀门，采样袋，金属粉末烧结过滤器，三通电磁阀，盖体，真空压力表，真空单向阀直接头，直接头，密封胶垫，瓶体，磁铁块，采样瓶的瓶体为不锈钢圆柱体，底端用磁铁专用胶水粘有3块磁铁块，磁铁块为圆形强磁铁，瓶体内装有铝箔气体采样袋，采样袋为铝箔气体采样袋，采样袋4口部定制直接铜质直接头，直接头上端接铜质阀门，阀门与瓶盖上端三通电磁阀通过直接头相接，瓶盖依据真空单向阀直接头接口及真空压力表接口尺寸，分别开口接入真空单向阀直接头及真空压力表，在连接过程中所有接口采用密封胶进行密封；瓶口外径外扩为瓶盖直径，瓶口及瓶盖外扩部分开模加凹槽，便于密封胶垫嵌入连接，提高密封性；控制单元电磁阀控制进气，时间继电器控制电磁阀开启，依据采样次数n确定从市场直接采购N0路时间继电器，N0≧n，1路控制1次采样，1次采样的N个采样点串联，多路采样进行并联。
本发明优点及功效为：
本发明一种多时刻多位置接触式触发气体自动同步采样装置，优点是：直接同步采集获取所需的多时刻多位置的气体样本，样本实时有效，样本量充足，完全满足后期测试分析需求。该装置适用范围广，可作为开展密闭空间污染物分布研究的关键工具，是密闭空间化学防护研究的重要技术支撑。
附图说明
图1为采样瓶设计构成图，其中，1为锁扣，2为直接头，3为阀门，4为采样袋，5为金属粉末烧结过滤器，6为三通电磁阀，7为盖体，8为真空压力表，9为真空单向阀直接头，10为直接头，11为密封胶垫，12为瓶体，13为磁铁块。
图2为控制线路设计图，其中，21为被控对象，22为多路时间继电器，23为触发端口，24为电源输入端口。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
本发明一种多时刻多位置触发式气体采样装置，装置设计所需数据结合采样需求获取，上述步骤的设计均可通过实际操作实现，具体步骤如下：
步骤一：相关参数的获取
以需要在某型装甲车内采集CO2气体为例。通过调研市场当前分析仪器测试CO2气体用量需求，确定当前比较普遍、成熟的方法是运用红外的方法进行测试，至少需要用气量为300ml，预留一定余量(通常10％)，则确定采样袋体积V1为330ml；结合后期取下样品需求，确定在采样袋接直接阀门，阀门长度为h1为3cm；通过市场考察负压电磁阀，确定采样瓶进气口与瓶盖的距离h2为5cm；通过市场考察磁铁块，确定采样瓶底端与车舱顶端距离h3为2cm；依据操作员现场坐立测量，确定采样瓶进气口距离装备舱室地板高度h4为92cm；装备舱室高度H为125cm，则采样瓶的长度h＝H-h2-h3-h4＝125-5-2-92＝26cm；采样袋的长度h0＝h-h1＝26-3＝23cm；综合考虑V1、h0，可确定采样袋的直径D0＝(4V1/πh0)1/2＝(4×330/23π)1/2≈4.3cm；采样瓶的内径D略大于D0(通常可放宽0.5～1cm)，可以确定为5.3cm。
鉴于需要确定某时刻的气体浓度，则将电磁阀空开时间设置为t＝1s。
结合采样需求，确定采样总时间T＝60s、采样间隔△T＝12s、每时刻采样数N＝5，则采样次数n＝T/△T＝5。
步骤二：采样瓶设计
依据设计要求及相关参数，选购器材进行制作，基本结构示意图如图1所示。包括锁扣1，直接头2，阀门3，采样袋4，金属粉末烧结过滤器5，三通电磁阀6，盖体7，真空压力表8，真空单向阀直接头9，直接头10，密封胶垫11，瓶体12，磁铁块13。采样瓶的瓶体12为不锈钢圆柱体，内径为5.3cm，底端用磁铁专用胶水粘有3块直径为3cm的磁铁块13，磁铁块13为圆形强磁铁，瓶体12内装有直径为4.3cm、长度为23cm的铝箔气体采样袋4，采样袋4为铝箔气体采样袋，采样袋4口部定制直接铜质直接头2，直接头2上端接铜质阀门3，阀门3与瓶盖上端三通电磁阀6通过直接头10相接，瓶盖依据真空单向阀直接头9接口及真空压力表8接口尺寸(大概1cm)，分别开口接入真空单向阀直接头9及真空压力表8，在连接过程中所有接口采用密封胶进行密封。瓶口外径外扩1cm，即为瓶盖直径，为24cm，瓶口及瓶盖外扩部分开模加凹槽，便于密封胶垫嵌入连接，提高密封性。
步骤三：控制单元设计
三通电磁阀6控制进气，时间继电器控制三通电磁阀6开启，控制单元连接示意图如附图2所示。依据采样次数n＝5，确定从市场直接采购6路自带控制程序、由外部触发的时间继电器(1路备用)，用来控制采样瓶上的电磁阀，实现自动采样。5个时刻，则需要并联5条采样线路；每个时刻5个点，则每条线路布置5个采样瓶。5条线路并联接入时间继电器的5路控制端，备用的1路控制不接入，时间继电器使用车辆蓄电池(24v)直接供电，并按照采样间隔提前对时间继电器进行设置采样间隔，并将电磁阀空开时间设置为1s。第一个时刻采样由操作员触发时间继电器控制电磁阀开启，尔后时刻由时间继电器自动控制。
总结上面的设计与分析试验数据(见附表1)，从而得出结论：采用本技术方案进行设计，能够满足前文提出的设计目标，具体体现为通过提前将采样瓶抽真空，按照采样要求布设采样装置，连接控制线路，操作员触发时间继电器，可以实现采集多时刻多位置气体样品的同步自动采集，试验误差小，有效解决气体采样关键问题，为密闭空间化学防护决策提供技术支持和物质条件。
附表1采样气体分析结果表
Claims (1)
1.一种多时刻多位置接触式触发气体自动同步采样装置，其特征在于：该装置包括采样瓶和控制装置，该装置通过将若干具备自动控制进出气功能的采样瓶经抽取为一定负压后，串联构成同时刻若干位置的采样装置，运用时间继电器控制多条采样装置按照预设时间要求采样，采样起点由工作人员触发，采样终点提前设置，由时间继电器自动控制，采样进气时间控制在1s以内，装置由装备配套电源供电，采样高度与人员坐立时呼吸部位同高，确定采样瓶为圆柱体，通过当前分析仪器的测试需求，确定采样袋的体积V1；结合后期取下样品需求，确定在采样袋接直接阀门，阀门长度为h1；采样瓶进气口与瓶盖的距离依据电磁阀结构确定，设为h2；采样瓶底端与车舱顶端距离由磁铁厚度确定，设为h3；采样瓶进气口距离装备舱室地板高度为车内人员坐立高度，设为h4；瓶的长度h，为装备舱室高度H与采样瓶进气口与瓶盖的距离h2、磁铁厚度h3及车内人员坐立高度h4之差，即：h＝H-h2-h3-h4；采样袋的长度h0，为瓶的长度h与阀门长度h1之差，即：h0＝h-h1；综合考虑V1、h0及采样余量，可确定采样袋的直径D0，D0＝(4.4V1/πh0)1/2；采样瓶的内径D略大于D0，通常可放宽0.5～1cm；鉴于需要确定某时刻的气体浓度，则将电磁阀空开时间设置为t(t≦1s)；此外，采样总时间T、间隔△T及每时刻采样数N依据实际需求确定，通常T取值60s，10s≦△T≦20s，N≧3，具体情况依据装备空间及防护精度要求确定，采样次数n由T、△T决定；采样瓶包括锁扣(1)，直接头(2)，阀门(3)，采样袋(4)，金属粉末烧结过滤器(5)，三通电磁阀(6)，盖体(7)，真空压力表(8)，真空单向阀直接头(9)，直接头(10)，密封胶垫(11)，瓶体(12)，磁铁块(13)，采样瓶的瓶体(12)为不锈钢圆柱体，底端用磁铁专用胶水粘有3块磁铁块(13)，磁铁块(13)为圆形强磁铁，瓶体(12)内装有铝箔气体采样袋(4)，采样袋(4)为铝箔气体采样袋，采样袋(4)口部定制直接铜质直接头(2)，直接头(2)上端接铜质阀门(3)，阀门(3)与瓶盖上端三通电磁阀(6)通过直接头(10)相接，瓶盖(7)依据真空单向阀直接头(9)接口及真空压力表(8)接口尺寸，分别开口接入真空单向阀直接头(9)及真空压力表(8)，在连接过程中所有接口采用密封胶进行密封；瓶口外径外扩为瓶盖直径，瓶口及瓶盖外扩部分开模加凹槽，便于密封胶垫嵌入连接，提高密封性；控制单元电磁阀控制进气，时间继电器控制电磁阀开启，依据采样次数n确定从市场直接采购N0路时间继电器，N0≧n，1路控制1次采样，1次采样的N个采样点串联，多路采样进行并联。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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