CN1105299C

CN1105299C - 采样器

Info

Publication number: CN1105299C
Application number: CN97196431A
Authority: CN
Inventors: 托马斯·W·卡比斯
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-07-15
Filing date: 1997-06-25
Publication date: 2003-04-09
Anticipated expiration: 2017-06-25
Also published as: BR9710477A; KR19990046824A; EP0912881A4; CA2263943A1; WO1998002724A1; CA2263943C; CN1225169A; EP0912881A1; AU3506597A; JP2000514561A; US5686673A

Abstract

一种同时向至少两个不同的采样管采集液样的采样器，该采样器具有：(a)一个有一个底的盖；(b)至少一个固定在盖底的采样管固定器，用于把至少两个不同的采样管固定在盖上；(c)一个与采样管流体联通的进液道；和(d)一个共用排空道，当采样管固定到采样管固定器上时能使液样同时流入不同的采样管中。

Description

采样器

技术领域

本发明涉及一种改进的、用于采集地下水和饮料之类的流体样品的采样器。该改进的采样器具体上，但不仅仅，用于基本上在同一地点同时采集多个样本、从预定深度采集准确的样品以及自动化采样系统。

本发明的背景

采样器通常用于从液源采集样本，以确定液源的总混合成分或者液源在特定层次的混合成分。例如，通常从地下水取样以检测汽油、砷、铬、镍之类的有机、无机成分数。这些成分可对公众健康和安全形成严重威协。准确地检测地下水中的这些成分有助于确定地下水是否安全，地下水中有哪些成分以及需要采取什么措施从地下水中除掉这些成分。

当前，出于质量控制的原因，以及为了在一、二个样品的完好性出现问题时提供备用，许多实验室需要检测从同一地点采取的三个离散的样品。

目前，可以购到从液源采取单个样本的采样器。然而这些采样器却不能尽如人意，因为，这些采样器要置入液源中多次才能采集多个样本。这段时间中液源的混合成分可能变化，样品也可能会采自不同的层次。

另外，如果液源中存在分层，重要的是从液源的不同层次采集准确的样本，以确定液源在不同层次的混合成分。类似地，如果在液源上存在游离浮动的液层，重要的是在游离浮动液以下的液源中采集样本。

许多现有采样器是把采样器置入液源中充灌样品的。这些采样器不能在预定的层次或者在游离浮动液以下采集准确的样本。

许多现有采样器不便于由自动化机器人系统操作，因为这些采样器难于操作，而且难于从采样器中取出样品。利用机器人的自动化采样系统需要用于在预定的时间间隔采集准确的样品，或者在核试验点等危险环境采集准确的样品。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种能够从基本上同一层次、基本上同一时间采得多个样品的采样器。本发明的另一个目的是提供一种从预定深度或者在游离浮动液层以下准确采集样品的采样器。本发明的又一个目的是提供一种可用于自动化机器人系统，在预定时间间隔采样或者用于危险环境的采样器。

本发明概要

为此，本发明提供一种同时向至少两个不同的采样管采集液样的采样器，该采样器具有：(a)一个有一个底的盖；(b)至少一个固定在盖底的采样管固定器，用于把至少两个不同的采样管固定在盖上；(c)一个与采样管流体联通的进液道；和(d)一个共用排空道，当采样管固定到采样管固定器上时能使液样同时流入不同的采样管中。

最好，采样器含有至少三个采样管，且每个采样管用一个采样管固定器固定在盖的底上。这样，采样器就能基本同步地采集三个液样了。

进液道可以是穿过盖的输入管。每根输入管含有一个伸到盖顶之上的上输入端、一个有一定输入截面积的输入孔以及一个与采样管之一流体联通的下输入端。

所述排空道可以是一个有伸到盖顶之上的上排空端的排空管，并且有一个有一定排空截面积的排空孔。

通常，上排空端比各上输入端更高地伸到盖顶之上，而输入孔的截面积总和基本上等于排空孔的排空截面积。这样就能经输入管灌充采样管，因为输入孔处的压力要大于排空孔处的压力。

最好，采样器要含有一个壳，与盖协同封闭并保护采样管。壳可以有一个基本上是管状的壳体，具有一个开着孔的第一端，并有一个附着在相对的第二端上的壳配重。该壳还可以是用于保留从采样器溢出的样品的容器。

采样器还可以含有基本上刚性的连接器，以便于用机器人操作采样器，并便于补偿损失或便于自由浮动的采样器。该连接器从盖顶向上伸出，牢固而且刚性地固定在盖顶上。通常，该连接器有一个伸到上输入端和上排空端之上的远端，用以在使用中保护输入管和排空管。

为使采样器能从预定的深度或者在游离浮动液层以下准确采集液样，采样器还可含有进液道封塞和壳封塞。进液道封塞选择性地基本封闭住水流进入输入管，而壳封塞基本上不让流体流到壳与盖之间形成的界面处。

重要的是认识到，根据本发明的采样器可以从基本上相同的层次、基本上同时地采集多个样本。另外，该采样器能从预定的深度或者在游离浮动液层以下准确采集样本。还有，该采样器可用于自动化系统，在预定时间间隔采样或者于危险环境采样。

附图简介

参照附图阅读以下说明，将会很好地在结构和操作两方面了解本发明的新颖特点以及发明本身，在此同样的部件采用同样的标号。

图1为具有本发明特征的采样器的前视平面分解图；

图2为含有液样的具有本发明特征的壳的剖视图；

图3为沿图2线3所作剖面图。

图4为具有本发明特征的盖、进液道和排空道的透视图。

图5为图4所示盖的局部剖视图。

图6为图4所示盖、进液道和排空道的底视图。

图7为置入液源中的具有本发明特征的采样器前视平面图。

优选实施方案

首先参考图1，本发明所述的采样器1含有(i)壳12，(ii)盖14，(iii)多个采样管16，(iv)多个采样管固定器18，(v)进液道20，(vi)排空道22，(vii)多个溢流口24，(viii)容器封塞26，(viiii)多个进液道封塞28以及(x)连接器30。如下文详述，采样器10可用于从液源34向多个、分别的不同采样管采集液样32。

壳12保护采样管16，而且最好保留从采样管16溢流出的液样32，以采集附加的而分开的液样32供检测。如图2所示，壳12可以有一个基本上是管状的壳体36，它具有一个开着孔的第一端38和一个与之相对的第二端40，并有一个在第二端40上附着于管状壳体36的壳配重42。壳配重42以及壳12的形状使采样器10能基本垂直地沉入液源34。

图1、2、7所示实施例中，管状的壳体36基本上是环形的，而壳配重42具有抛物线形截面，以便于采样器10在液源34中顺利地垂直运动。该实施例中，管状的壳体36长度约为8.4英寸(213cm)，直径约为3.5英寸(89cm)，壳壁厚约为0.03英寸(0.76mm)，而壳配重42约为长5.3英寸(135cm)。如图2所示，壳配重42可有一个空的中心部44。

然而，在本发明的变种中，管状壳体36以及壳配重42可具有另外的截面形状、长度及重量。

通常，管状壳体36以及壳配重42可以加工成一个整体而便于生产。另外，管状壳体36以及壳配重42也可以是分开的两件，焊接或者粘接在一起。

盖14选择性地固定在壳12上接近管状壳体36的开口的第一末端38处，基本上封闭了开口的第一末端38。盖14可以用几个其它方式固定在管状壳体36上。例如，管状壳体的内面可以含有一个壳固定器48，即，靠近管状壳体开口的第一末端38内螺纹面，而盖14可有一个相应的、匹配的盖固定器50，即外螺纹面。该实施例中，内、外螺纹面约为3.5×8扣。变通地，壳固定器48可有外螺纹面，而盖固定器50可有内螺纹面，以选择性地把盖14固定在壳12上。

盖14支持着采样管固定器18、进液道20、排空道22和连接器30。如图中所示，盖14可为正园柱形，并具有顶52、底54和侧面56。上述盖固定器50即外螺纹面位于盖14的靠近底54的侧面56上。

采样管16接受并保留液样32以备检测。最好各采样管16都是可以在后续的液样32分析中使用的消毒管。这样最好，因为，不必把液样32移置到另一容器中去进行分析。这就减少了污染和失误的机会。

每个采样管16最好选择性地连接在盖14上，从而易于从采样器10上取下采样管16去检测。采样管16的选择性连接可以用多个方法完成。例如，如图1所示，每个采样管16都可以含有采样管接受器58，即外螺纹面，以连接下文详述的采样管固定器18。变通地，采样管接受器58可以含有内螺纹面(图中未示)或其它一些装置用以把采样管16连接到采样管接受器58上。

图1所示的每个采样管16基本上是空心园柱形的，形状类似于试管。每个采样管都有一个纵轴60，每个采样管约长4.0英寸(10cm)，直径约0.75英寸(19mm)。图示实施例中，当采样管16连接到盖14上时，其纵轴基本上平行。变通地，一或几个采样管16可以置入一个大采样管(图中未示)中，并且一些采样管16的纵轴可以基本上同轴。然而，这会使安装以及从采样管固定器18上取出采样管16复杂化。

采样管固定器18固定在盖14的底54上。通常，每个采样管固定器18选择性地把一个采样管16连接到盖14上，并且采样管固定器18的个数等于采样管16的个数。变通地，单个采样管固定器18可以收容多个采样管16或者多个采样管固定器18可以收容单个采样管16。

图示的实施例具有三个采样管固定器18。该实施列中，以图4-6表示得更清楚，采样管固定器18安排在从盖14的底54向下伸的固定器突起62中。固定器突起62含有带三个瓣64的截面。每个瓣64含有一个采样管固定器18，即选择性保持一个采样管16的外螺纹面。

变通地，举例来说，每个采样管固定器18可以是单个的管状突起(图中未示)，而且，每个采样管固定器18可以具有外螺纹面(未示)。

为便于制造，盖14和采样管固定器18可以制成一个整体。变通地，盖14和采样管固定器18可以用内行人员了解的方法焊接或者粘接在一起。

进液道20与单独的采样管16流体联通，并且使液样32基本上同时流入不同的采样管16。通常，进液道20为多个经输入盖孔66穿到盖14中的输入管。变通地，单个输入管(图中未示)可以分裂开与两或多个采样管16流体联通，或者多于一个输入管穿过盖14然后与单个采样管16流体联通。

图示的实施中，进液道有三个输入管。每个输入管穿过盖14进入一个采样管16。每个输入管有一个伸到盖14的顶52上方的上进液道端68和伸到盖14的底54下方的下进液道端70。上进液道端68伸到盖14的顶52上方约一英寸(25mm)。下进液道端70置入一个采样管16的内部。最好，下进液道端70基本上伸到每个采样管16的管底72以保证液样32顺利地流入采样管16。

每个输入管都是环形的，并有输入孔74能让液样流经输入管。图示的实施例中，每个输入管的内径约为0.125英寸(0.3mm)。因而，输入孔74的输入截面积约为0.012平方英寸(7.7mm²)以保证缓慢、平稳的水流。最好，各个输入管的内径基本上相等，从而以基本同样的速率灌充分开的采样管16。变通地，各个输入管的内径也可不同，从而以不同的速率灌充分开的采样管16。

排空管22排空采样管16并且可穿过盖14。最好，排空管22还排空壳12而使液样32能从采样管16溢流进入壳12，如上文所详。

排空管22可以用几个其它方法实现。例如，排空管22是从排空盖孔80伸进盖14的单个管子。变通地，排空管22也可以是排空单个采样管16的分开的管子(图中未示)。但是，这会增加采样器10的生产成本。

图示实施例中，排空管22是单根排空管，它含有伸到盖14的顶52之上约七英寸(178mm)的上排空端82，以及可伸到盖14的底54之下的下排空端84。排空管为环形并含有排空采样器10的排空孔86。图示实施例中，排空管内径约为0.25英寸(1.6cm²)。因而，排空孔86的排空截面积约为0.05平方英寸(0.32cm²)。

当输入孔74处的压力大于排空孔86处的压力时，液样32流入进液道。因为在输入孔74处和排空孔86处的液样32的密度和重力基本相同，决定在输入孔74和排空孔86之间是否存在压力差的变数为水头，即在液面和孔面之间的距离。

图示实施例中，因为上排空端82远较上输入端68伸在盖14的顶52之上而存在压力差，而且，输入孔74的总输入截面积基本等于排空孔86的排空截面积。

溢流口24使液样32能从采样管16溢流到壳12中。溢流口24可以安放在盖14中、各个采样管16中、或者采样管固定器18中。图示实施例中，溢流口24为采样管固定器18中的开孔。

壳封塞26基本上封塞了盖14和壳12之间形成的界面88而阻止了界面88处的液流。当需要从预定的深度或者在游离浮动液层以下采集液样32时，壳封塞26尤其有用，以防止不希望的水流进入采样器10影响液样32的完好性。

参考图1，壳封塞26可有一个倾斜的表面90位于盖14的侧面56中，并有一圆环92位于管状壳体36中。当盖14固定在壳12上时，圆环92被压在倾斜的表面90上以基本上达到流体封塞。倾斜的表面90位于盖固定器50和盖14的顶52之间。圆环92位于壳固定器48的上方。

进液道封塞28基本上流体密封地封闭至少一个进液道20，并且基本上阻止液流进入该进液道20。进液道封塞28使采样器10能下沉到预定的深度并经过游离浮动液层而不向采样管16中采集液样。因此，等采样器10达到预定的深度后才充灌采样管16。

进液道封塞28的设计根据进液道20的设计而不同。图1所示实施例中，进液道封塞28的尺寸紧紧配合上进液道端68而以封闭端93封塞进液道20。变通地，进液道封塞28可以是一个大小配合各输入孔74内径而封塞之的塞子(图中未示)。

可以在进液道封塞28接上一个封塞连接器94，例如，线、链、或钓鱼线之类，以便于当采样器10到达预定深度后从输入管上取下进液道封塞28。进液道封塞28可以在不同的深度取下从而得到不同深度的液样32。例如，一个进液道封塞28可以在二十英尺(6m)深取下，而第二进液道封塞28可以在十英尺(3m)深取下。

连接器30基本上是刚性的，并牢固而刚性地固定在盖顶52上。连接器30从盖14的顶52向上伸出，最好，连接器30的远端96伸出得至少要和上排空端82一样远离盖顶52之上，以保护进液道20和排空道22。如图所示，连接器30可以是连续的、拱形的杆，固定在盖顶10的连接器盖孔98上。

采样器牵接器100接在连接器30上用以沿正确方向，即垂直方向提高或降低采样器10。另外，连接器30提供了一个钩，在采样器牵接器100折断时收回采样器10，并且提供一个支架，使用机器人(未示)在危险环境中操作采样器10，取下盖14然后取出采样管16。

采样器牵接器100可以是线、电线、链、或钓鱼线之类，用手动或者机动(未示)提低。最好在采样器牵接器100或者马达上含有一个监视装置从而监视及或控制采样器10在液源34中的升降速度。例如，可用联有计时器的，其上有距离刻度的工程带尺监测采样器10的升降。

采样器10的升降速度根据采样器10的尺寸和液源34而变化。上述采样器在地下水中以约每分钟二十英尺的速度为宜。

最好，壳12、盖14、口和连接器30用不锈钢制，因为不锈钢在恶劣环境中抗腐蚀，并易于清洗及消毒。可以用321号不锈钢做出上等的采样器10。变通地，取决于液源34的成分，采样器10的部分可以用塑料或者其它材料制造。操作

可以参照图1和图7观看具有本发明特征的采样器10的操作例。操作以用蒸汽或其它手段消毒采样器10的各个部件开始，然后把采样管16固定在采样管固定器18上。接着把盖14装到管状壳体36。盖14和管状壳体36协同配合基本上封闭并保护住采样管16。壳封塞26基本上封闭盖14与壳12之间的界面88以阻止流体流入该界面88。

接着，把软管(未示)连到排空道22的上排空端82。经软管把干氮气通到采样器10中30或40秒，以清洁采样器10。

清洁完成后，取走软管10，然后把采样器连接器盖孔98接到连接器30上，把采样器10降低到液源34中。

可以把进液道封塞28接到进液道20上而阻止流体在采样器降低到所需深度前流入采样管16。当采样器10降低到预定深度时，拉动封塞连接器94，以此取走进液道封塞28。因为上输入端68低于上排空端82，而且输入孔74的总输入截面积基本等于排空孔86的排空截面积，液样32开始进入采样管16，而采样器10中的气体102开始经排空道22排空。

因为输入管小而且伸进采样管16，采样管16以几乎不受干扰的液流缓慢灌充。

采样器10在所需深度停留足够时间之后，把采样器10提出水面。灌充采样管16所需时间根据液源34和采样器10的部件尺寸而定。例如，对于上述采样器10，没入水中约六分钟足够了。

一抵达水面，就从壳12上取走盖14，然后从采样管固定器18上取走采样管16。封好采样管16送实验室检测。另外，经溢流口24溢入壳12的液样可移入检测容器。

接着，消毒采样器，重复整个过程。

虽然本文所示并详加说明的特定采样器10完全能够完成本文前述的目的并提供前述的优点，应当理解它仅是本发明优选实施例的说明，因而，所附权利要求不受说明书中所示结构或设计的细节的限制。

Claims

1.一种同时向至少两个不同的采样管采集液样的采样器，该采样器具有：

(a)一个有一个底的盖；

(b)至少一个固定在盖底的采样管固定器，用于把至少两个不同的采样管固定在盖上；

(c)一个与采样管流体联通的进液道；和

(d)一个共用排空道，当采样管固定到采样管固定器上时能使液样同时流入不同的采样管中。

2.权利要求1所述的采样器，其特征为，至少有两个固定在盖底的采样管固定器并至少有两个采样管，每个采样管固定器选择性地把一个采样管连接到盖上。

3.权利要求2所述的采样器，其特征为，每个采样管是管状的且都有一个纵轴，当将至少两个采样管连接到采样管固定器上时，其纵轴相互平行。

4.权利要求1所述的采样器，其特征为，至少有三个采样管固定器固定在盖的底上并且至少有三个采样管，每个采样管固定器选择性地把一个采样管固定在盖的底上。

5.权利要求1所述的采样器，其特征为，进液道至少有两个穿过盖的输入管，每个输入管有一个伸到盖的顶上方的上进液道端和伸到盖的底下方的下进液道端，下进液道端在采样管固定在采样管固定器上时与一个采样管流体联通；所述共用排空道有一个排空采样管的排空管，排空管有一个上排空端，它比各输入管的上输入端更高地伸到盖顶之上。

6.权利要求5所述的采样器，其特征为，每个输入管有一个具有一输入截面积的输入孔，而每个排空管有一个具有一排空截面积的排空孔，其中输入孔的总输入截面积基本等于排空孔的排空载面积。

7.权利要求5所述的采样器，其特征为，具有一个刚性的连接器(30)以连接一个用以升降采样器的采样器牵接器(100)，连接器刚性地固定在盖顶，连接器有一个远端，后者至少要和上排空端一样远地伸在盖顶之上。

8.权利要求1所述的采样器，其特征为，具有一个选择性地固定在盖上的壳，当采样管固定在采样管固定器上时，壳与盖协同配合而封闭住采样管，而且还有一个壳封塞阻止液样流入盖与壳之间的界面。

9.权利要求8所述的采样器，其特征为，(i)采样管固定器至少含有一个溢流口，当至少一个采样管基本灌充好液样时使液样能够溢流，(ii)壳适于保存所述溢流液样。

10.权利要求1所述的采样器，其特征为，具有一个进液道封塞，以选择性地阻止液样流入至少一个不同的采样管中。

11.权利要求1所述的采样器，其特征在于，该采样器具有：

一个适于采集液样的壳，该壳有一个管状的壳体，后者具有一个开口的第一端和一个与之相对的第二端，并有一个在近第二端处附着在管状壳体上的壳配重，该管状壳体具有一个位于第一端附近的壳外螺纹面和一个位于该外螺纹面之上的圆环；

所述盖可选择性地附着在壳上而封闭开口的第一端，盖有一顶和一个侧面，侧面上靠近盖底处有一个与壳的内螺纹面对应并匹配的外螺纹面，用于把盖选择性地固定在壳上，侧面还有一个位于外螺纹面和盖顶之间的倾斜面；

所述进液道至少有一个穿过盖顶和底的输入管，每个输入管有一个伸到盖的顶上方的上进液道端和一个下进液道端，下进液道端在采样管固定在采样管固定器上时与一个采样管流体联通；

所述共用排空道包括一个在采样管固定在采样管固定器上时排空所述采样管的排空管，排空管有一个伸到盖顶之上的上排空端；

所述采样器还包括一个由圆环和倾斜面相互作用形成的壳封塞，用以阻止流体流入盖与壳之间的界面。

12.权利要求11所述的采样器，其特征为，还包括一个进液道封塞，以选择性地阻止液样流入至少一个采样管中。

13.权利要求1所述的采样器，其特征在于，该采样器具有：

一个适于采集液样的壳，该壳有一个管状的壳体，后者具有一个开口的第一端和一个与之相对的第二端，并有一个在近第二端处附着在管状壳体上的壳配重；

所述盖可选择性地附着在壳上而封闭开着孔的第一端，盖有一顶；

所述进液道包括多个穿过盖顶和底的输入管，每个输入管有一个上进液道端和一个下进液道端，下进液道端在采样管固定在采样管固定器上时与一个采样管流体联通；

所述公用排空道包括一个在采样管固定在采样管固定器上时排空所述采样管的排空管；以及

所述采样器还包括多个进液道封塞，每个选择性地阻止液样在一个管的上输入端处流动。

14.权利要求13所述的采样器，其特征为，进液道封塞具有一个有一个封闭端的管，该封闭端封闭住输入管的上输入端；而且还有一个封塞连接器，连接到封闭端而能选择性地从输入管取下进液道封塞。

15.权利要求1所述的采样器，其特征在于，该采样器还有一个溢流口，使流体至少能从一个采样管流到所述壳中。

16.权利要求1所述的采样器，其特征在于，所述进液道包括至少两个穿过盖的输入管，每个输入管有一个下进液道端，在采样管固定到采样管固定器上时与一个采样管流体联通；和所述共用排空道包括一个用于排空采样管的排空管。

17.权利要求16所述的采样器，其特征在于，每个采样管固定器选择性地把一个采样管保持在盖上。

18.权利要求16所述的采样器，其特征为，每个输入管有一个伸到盖顶上方的上进液道端和一个有一输入截面积的输入孔，排空管有一个上排空端，后者比各输入管上输入端更高地伸到盖顶之上，其中，输入孔的总输入截面积等于排空孔的排空截面积。

19.权利要求18所述的采样器，其特征为，有一个刚性的连接器，适于装接一个用以升降采样器的采样器牵接器，连接器刚性地固定在盖顶，连接器有一个在盖顶之上的远端，其中连接器的远端至少要和上排空端一样远地伸在盖顶之上。

20.权利要求16所述的采样器，其特征为，至少具有两个进液道封塞，每个进液道选择性地阻止液样流入不同的两个采样管之一中。