CN109856025A - 一种空气颗粒物自动监测系统及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空气颗粒物自动监测系统及监测方法，包括柜体、温湿度控制器和智能控制系统，柜体内设置恒温恒湿箱体，恒温恒湿箱体内设置主样品盘、副样品盘、天平称量装置和颗粒物采样器，柜体顶部设置与颗粒物采样器连接的采样管，主样品盘和副样品盘之间设置换样机械手，主样品盘、天平称量装置和颗粒物采样器之间设置样品运送机械手，副样品盘外设置可将副样品盘与恒温恒湿箱体隔离开的样品盘隔离罩，柜体上位于副样品盘的一侧设置侧开窗户，柜体前方开设主窗户，本发明所公开的监测系统一体化集成称量、平衡、采样及数据处理，不用人工干预，提高了称量的准确性和稳定性，并有效减轻劳动强度、保证时效。
Description
技术领域
本发明涉及环保设备技术领域，特别涉及一种空气颗粒物自动监测系统及监测方法。
背景技术
空气颗粒物指的是分散在空气中的固态或液态颗粒状物质，根据其粒径大小，又可分为空气动力学直径小于或者等于100μm的总悬浮颗粒物(TSP)和空气动力学直径小于或者等于10μm的可吸入颗粒物(PM10)。可吸入颗粒物又可细分为细粒PM2.5(空气动力学直径小于或等于2.5μm)和粗粒(空气动力学直径介于2.5μm至10μm)。
大量的颗粒物落在植物叶子上影响植物生长，落在建筑物和衣服上能起沾污和腐蚀作用。粒径在3.5μm以下的颗粒物，能被吸入人的支气管和肺泡中并沉积下来，引起或加重呼吸系统的疾病。大气中大量的颗粒物，干扰太阳和地面的辐射，从而对地区性甚至全球性的气候发生影响。
流行病学和毒理学研究表明：长期接触空气中的污染颗粒会增加患肺癌的风险，即使颗粒浓度低于法律上限也是如此。另一项报告称，这些颗粒或其他空气污染物短期内还会浓度上升，还会增加患心脏病的风险。流行病学家发现，肺癌与局部地区的空气污染颗粒有明显的关联。
根据最新颁布的HJ836-2017《固定污染源废气低浓度颗粒物测定重量法》，进行空气颗粒物浓度测定的标准方法是重量法，用能够截获颗粒物的滤膜，采样前在恒温恒湿下进行平衡后得其初重，采样过程中精确测控采样流量和时间，采样后回到同样的恒温恒湿环境下得其终重，以初重、终重、采样标准状态体积计算出颗粒物浓度的监测结果。重量法的原理简单，测定数据可靠，测量不受开礼物形状、大小、颜色、化学组成等的影响。因此，重量法是最直接、最可靠的方法，是验证其它方法是否标准的标杆。但此前重量法的采样、称量都需要手工操作，程序比较繁琐、费时，不能立即给出测试结果，容易在采样后到称量前的运输过程中产生误差。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种空气颗粒物自动监测系统及监测方法，以达到效率高、操作方便，可连续自动采样称量的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种空气颗粒物自动监测系统，包括柜体、温湿度控制器和智能控制系统，所述柜体内设置恒温恒湿箱体，所述恒温恒湿箱体内设置主样品盘、副样品盘、天平称量装置和颗粒物采样器，所述柜体顶部设置与颗粒物采样器连接的采样管，所述主样品盘和副样品盘之间设置换样机械手，所述主样品盘、天平称量装置和颗粒物采样器之间设置样品运送机械手，所述副样品盘外设置可将副样品盘与恒温恒湿箱体隔离开的样品盘隔离罩，所述柜体上位于副样品盘的一侧设置侧开窗户，所述柜体上位于恒温恒湿箱体前方开设主窗户。
上述方案中，所述主样品盘和副样品盘均为上下排列的多层样品盘结构，每层样品盘上分布多个样品放置孔，多层样品盘之间通过中心柱连接，中心柱安装于样品盘旋转台上，并通过电机一带动旋转。
上述方案中，所述换样机械手为上下排列的多层结构，多层机械手间距与多层样品盘间距相同，多层机械手之间通过旋转柱连接，所述旋转柱通过升降旋转模组与旋转电机一和升降电机一连接。
上述方案中，所述天平称量装置包括天平传感器和位于天平传感器上方的天平防风罩，所述天平防风罩通过升降电机二和丝杠一带动实现上下升降，所述天平传感器位于减震柱上，所述减震柱穿过柜体直接落于地面，所述减震柱与恒温恒湿箱体之间通过软性材料密封。
上述方案中，所述样品运送机械手包括送样机械手和与送样机械手连接的旋转电机二以及丝杠二和升降电机三。
上述方案中，所述颗粒物采样器包括与采样管连接的定位板以及升降台，所述升降台上设置样品放置槽，且样品放置槽一侧开设可供送样机械手通过的开口，所述升降台底部通过抽气管连接抽气泵。
上述方案中，所述样品盘隔离罩位于隔离罩旋转台上，所述隔离罩旋转台通过电机二带动旋转。
上述方案中，所述柜体底部设置可调减震地脚。
一种空气颗粒物自动监测方法，采用上述的一种空气颗粒物自动监测系统，开启侧开窗户和主窗户，将滤膜放至主样品盘和副样品盘上，关闭窗户，开启温湿度控制器平衡一定时间；开启样品运送机械手，将主样品盘上对应的滤膜运送到天平称量装置上，称其初重，称量完毕后，由样品运送机械手将滤膜运送至颗粒物采样器上进行自动采样，采样完毕后由样品运送机械手运送至主样品盘再次自动平衡，平衡完毕后，再由样品运送机械手运送至天平称量装置上，称其终重，称量完毕后由样品运送机械手运送回主样品盘；同一批次滤膜均采样称量完毕后，打开样品盘隔离罩，将主样品盘和副样品盘的样品由换样机械手进行快速对调，对调完毕后，关闭样品盘隔离罩，进行下一批次的滤膜采样称量，称量完毕后的滤膜由侧开窗户取出，并换上新的滤膜。
通过上述技术方案，本发明提供的空气颗粒物自动监测系统及监测方法具有以下优点：
1、实现了采样、平衡、称量、数据处理和存储的自动化，降低了采样后到称量前运输过程中所造成的误差。
2、具有样品快速对调功能，摆放新样品时可打开侧开窗户，样品装载完毕后打开样品盘隔离罩，经换样机械手将样品从副样品盘对调到主样品盘。样品盘隔离罩的使用，保证了样品在对调过程中恒温恒湿环境的稳定。
3、采用的样品盘隔离罩能够确保在更换新样品时箱体内温湿度的平衡，优点是不破坏温湿度环境就可以取放样品。
4、采用具有自动内校正功能的电子天平，确保准确的称量结果，从而保证了称量数据的准确、可靠。天平防风罩的使用，保证了样品在称量过程中恒温恒湿环境的稳定。
5、采用独立式减震柱，用于消除外界震动对天平传感器的影响，独立式减震柱和柜体没有硬性接触，柜体上的震动不会对天平传感器造成影响，保证了系统长期、稳定、安全、可靠的运行。
6、采用的可调减震地脚，用于设备移动，升起后轮子离开地面，橡胶减震垫落下，从而保证了设备位置的固定和减震。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例所公开的一种空气颗粒物自动监测系统整体示意图；
图2为本发明实施例所公开的恒温恒湿箱体内俯视图；
图3为本发明实施例所公开的主样品盘和副样品盘立体示意图；
图4为本发明实施例所公开的换样机械手立体示意图；
图5为本发明实施例所公开的天平称量装置立体示意图；
图6为本发明实施例所公开的样品运送机械手立体示意图；
图7为本发明实施例所公开的颗粒物采样器立体示意图；
图8为本发明实施例所公开的样品盘隔离罩立体示意图。
图中，1、柜体；2、温湿度控制器；3、恒温恒湿箱体；4、主样品盘；5、副样品盘；6、天平称量装置；7、颗粒物采样器；8、采样管；9、样品运送机械手；10、样品盘隔离罩；11、侧开窗户；12、主窗户；13、可调减震地脚；14、中心柱；15、样品盘旋转台；16、电机一；17、旋转柱；18、升降旋转模组；19、旋转电机一；20、升降电机一；21、天平传感器；22、天平防风罩；23、升降电机二；24、丝杠一；25、减震柱；26、送样机械手；27、旋转电机二；28、丝杠二；29、升降电机三；30、定位板；31、升降台；32、样品放置槽；33、隔离罩旋转台；34、电机二；35、换样机械手。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供了一种空气颗粒物自动监测系统，如图1和图2所示，该监测系统包括柜体1、温湿度控制器2和智能控制系统，柜体1内设置恒温恒湿箱体3，恒温恒湿箱体3内设置主样品盘4、副样品盘5、天平称量装置6和颗粒物采样器7，柜体1顶部设置与颗粒物采样器7连接的采样管8，主样品盘4和副样品盘5之间设置换样机械手35，主样品盘4、天平称量装置6和颗粒物采样器7之间设置样品运送机械手9，副样品盘5外设置可将副样品盘5与恒温恒湿箱体3隔离开的样品盘隔离罩10，柜体1上位于副样品盘5的一侧设置侧开窗户11，柜体1上位于恒温恒湿箱体3前方开设主窗户12。柜体1底部设置可调减震地脚13。
如图3所示，主样品盘4和副样品盘5均为上下排列的多层样品盘结构，每层样品盘上分布多个样品放置孔，多层样品盘之间通过中心柱14连接，中心柱14安装于样品盘旋转台15上，并通过电机一16带动旋转。
如图4所示，换样机械手35为上下排列的多层结构，多层机械手间距与多层样品盘间距相同，多层机械手之间通过旋转柱17连接，旋转柱17通过升降旋转模组18与旋转电机一19和升降电机一20连接。旋转电机一19用于实现换样机械手35的旋转，实现样品的对调，升降电机一20用于实现换样机械手35在小幅度内的升降，实现对样品的取放操作。
如图5所示，天平称量装置6包括天平传感器21和位于天平传感器21上方的天平防风罩22，天平防风罩22通过升降电机二23和丝杠一24带动实现上下升降，天平传感器21位于减震柱25上，减震柱25穿过柜体直接落于地面，减震柱25与恒温恒湿箱体3之间通过软性材料密封。减震柱25为大理石材料，与柜体1无硬性接触，避免了柜体1的震动对天平传感器21造成的影响。
如图6所示，样品运送机械手9包括送样机械手26和与送样机械手26连接的旋转电机二27以及丝杠二28和升降电机三29。旋转电机二27可以实现送样机械手26的旋转，完成对样品的运送，升降电机三29和丝杠二28可实现送样机械手26的升降，实现对样品的取放操作以及实现对多层不同高度样品的取放操作。
如图7所示，颗粒物采样器7包括与采样管8连接的定位板30以及升降台31，升降台31上设置样品放置槽32，且样品放置槽32一侧开设可供送样机械手26通过的开口，升降台31底部通过抽气管连接抽气泵(图中未显示)。当滤膜放置于样品放置槽32上后，升降台31可上升，将滤膜顶起，实现与采样管8的对接，通过抽气泵抽气，实现采样工作。
如图8所示，样品盘隔离罩10位于隔离罩旋转台33上，隔离罩旋转台33通过电机二34带动旋转。电机二34工作时，带动隔离罩旋转台33转动，进而带动样品盘隔离罩10转动，实现与恒温恒湿箱体内其余部分的隔离，确保在更换新样品时箱体内温湿度的平衡。
一种空气颗粒物自动监测方法，采用上述的一种空气颗粒物自动监测系统，开启侧开窗户11和主窗户12，将滤膜放至主样品盘4和副样品盘5上，关闭窗户，开启温湿度控制器2平衡一定时间；开启样品运送机械手9，将主样品盘4上对应的滤膜运送到天平传感器21上，天平防风罩22自动关闭以保证称量数据的准确性，称其初重；称量完毕后，天平防风罩22自动打开，由样品运送机械手9将滤膜运送至颗粒物采样器7上进行自动采样，采样完毕后由样品运送机械手9运送至主样品盘4再次自动平衡，平衡完毕后，再由样品运送机械手9运送至天平传感器21上，称其终重，称量完毕后由样品运送机械手9运送回主样品盘4；同一批次滤膜均采样称量完毕后，打开样品盘隔离罩10，将主样品盘4和副样品盘5的样品由换样机械手35进行快速对调，依次对调完毕后，关闭样品盘隔离罩10，进行下一批次的滤膜采样称量，称量完毕后的滤膜由侧开窗户11取出，并换上新的滤膜。届时监测系统将自动读取空气颗粒物的初重、终重和浓度等数据，保证了监测系统的准确性、方便性与快捷性。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种空气颗粒物自动监测系统，包括柜体、温湿度控制器和智能控制系统，所述柜体内设置恒温恒湿箱体，其特征在于，所述恒温恒湿箱体内设置主样品盘、副样品盘、天平称量装置和颗粒物采样器，所述柜体顶部设置与颗粒物采样器连接的采样管，所述主样品盘和副样品盘之间设置换样机械手，所述主样品盘、天平称量装置和颗粒物采样器之间设置样品运送机械手，所述副样品盘外设置可将副样品盘与恒温恒湿箱体隔离开的样品盘隔离罩，所述柜体上位于副样品盘的一侧设置侧开窗户，所述柜体上位于恒温恒湿箱体前方开设主窗户。
2.根据权利要求1所述的一种空气颗粒物自动监测系统，其特征在于，所述主样品盘和副样品盘均为上下排列的多层样品盘结构，每层样品盘上分布多个样品放置孔，多层样品盘之间通过中心柱连接，中心柱安装于样品盘旋转台上，并通过电机一带动旋转。
3.根据权利要求2所述的一种空气颗粒物自动监测系统，其特征在于，所述换样机械手为上下排列的多层结构，多层机械手间距与多层样品盘间距相同，多层机械手之间通过旋转柱连接，所述旋转柱通过升降旋转模组与旋转电机一和升降电机一连接。
4.根据权利要求1所述的一种空气颗粒物自动监测系统，其特征在于，所述天平称量装置包括天平传感器和位于天平传感器上方的天平防风罩，所述天平防风罩通过升降电机二和丝杠一带动实现上下升降，所述天平传感器位于减震柱上，所述减震柱穿过柜体直接落于地面，所述减震柱与恒温恒湿箱体之间通过软性材料密封。
5.根据权利要求1所述的一种空气颗粒物自动监测系统，其特征在于，所述样品运送机械手包括送样机械手和与送样机械手连接的旋转电机二以及丝杠二和升降电机三。
6.根据权利要求5所述的一种空气颗粒物自动监测系统，其特征在于，所述颗粒物采样器包括与采样管连接的定位板以及升降台，所述升降台上设置样品放置槽，且样品放置槽一侧开设可供送样机械手通过的开口，所述升降台底部通过抽气管连接抽气泵。
7.根据权利要求1所述的一种空气颗粒物自动监测系统，其特征在于，所述样品盘隔离罩位于隔离罩旋转台上，所述隔离罩旋转台通过电机二带动旋转。
8.根据权利要求1所述的一种空气颗粒物自动监测系统，其特征在于，所述柜体底部设置可调减震地脚。
9.一种空气颗粒物自动监测方法，采用如权利要求1所述的一种空气颗粒物自动监测系统，其特征在于，开启侧开窗户和主窗户，将滤膜放至主样品盘和副样品盘上，关闭窗户，开启温湿度控制器平衡一定时间；开启样品运送机械手，将主样品盘上对应的滤膜运送到天平称量装置上，称其初重，称量完毕后，由样品运送机械手将滤膜运送至颗粒物采样器上进行自动采样，采样完毕后由样品运送机械手运送至主样品盘再次自动平衡，平衡完毕后，再由样品运送机械手运送至天平称量装置上，称其终重，称量完毕后由样品运送机械手运送回主样品盘；同一批次滤膜均采样称量完毕后，打开样品盘隔离罩，将主样品盘和副样品盘的样品由换样机械手进行快速对调，对调完毕后，关闭样品盘隔离罩，进行下一批次的滤膜采样称量，称量完毕后的滤膜由侧开窗户取出，并换上新的滤膜。
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