CN110702470A - 一种等时段大气水采样装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种等时段大气水采样装置及方法，包括真空泵、负压瓶、橡胶阀门、电磁继电器、U形管、冷凝装置、过滤装置、控制器和若干条支路，真空泵连通负压瓶，负压瓶连通各支路的U形管再连接过滤装置，每条支路均包括橡胶阀门、电磁继电器和U形管，U形管可拆卸式装入到冷凝装置中，冷凝装置内充有液氮，控制器控制电磁继电器得电或失电，驱动橡胶阀门启闭。本发明提供的等时段大气水采样装置及方法，利用控制器控制电磁继电器工作与否以及工作时间，进而控制各支路的橡胶阀门的启闭，完成大气水抽取，有效控制各支路的起闭和抽样时间，提高采样间隔的精确性，为野外试验人员提供更高的安全保障，设备简单，使用方便，误差小。

Description

一种等时段大气水采样装置及方法
技术领域
本发明涉及同位素水文学领域，具体涉及一种等时段大气水采样装置及方法。
背景技术
水资源对于区域经济的发展和生态环境的改善具有不可或缺的作用。然而，随着世界人口的不断膨胀、工业化不断推进，人类对于水资源的开发利用强度越来越大。在我国，为了解决水资源问题，水文学家需要对水汽来源以及区域水汽循环有更深入的理解，这样才能更加合理地为当地制定水资源管理方案。
同位素自上世纪30年代首次发现，随后开始应用于各个领域的用于示踪研究，主要包括动物迁徙、食物链的构建以及农作物的溯源等。在20世纪50年代，同位素技术开始应用于水文学，水文学家应用同位素技术研究降水同位素全球变化、地下水补给、流域滞时等，随着同位素测量精度的不断提高及测量成本的不断下降，同位素水文学对于水文机理的研究已经变得越来越重要。由于稳定同位素氘和18-O是水分子组成的一部分，并且大气水中的稳定同位素成分主要受降落雨滴的同位素交换作用和蒸发分馏影响，因此通过研究大气水同位素的变化探究，可以探究降水事件中由蒸散发的贡献比例。
随着科学技术的发展，越来越多的采样设备开始应用于同位素水文学的研究，但是对大气水的采样设备却很少，主要有以下几方面原因：1.取样时间间隔难控制：人工取样往往面临这样的困难，很难控制两次采样时间的间隔，在进行大气水采样的过程中，往往会因很多原因造成采样时刻的提前或者延迟，这将会对试验的结果造成一定的影响；2.野外制冷困难：采集大气水往往需要将大气水冷凝成固态，然后在常温条件下进行融化，得到的水样进行同位素分析，而很多试验需要在野外进行，这样的环境下制冷条件很难达到；3.夜间取样困难：有些试验设计需要进行晚上采样，然而野外的环境对于实验人员的安全有很大威胁。综上所述，进行大气水采样需要设计一种等时段定时自动采样装置。
发明内容
为解决现有技术的问题，本发明提供一种等时段大气水采样装置及方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种等时段大气水采样装置，包括真空泵、负压瓶、橡胶阀门、电磁继电器、U形管、冷凝装置、过滤装置、控制器和若干条支路，所述真空泵连通负压瓶，由负压瓶控制整个装置处于负压状态，使得大气能源源不断的进入装置中，负压瓶连通各支路的U形管再连接过滤装置，每条支路均包括橡胶阀门、电磁继电器和U形管，U形管可拆卸式装入到冷凝装置中，冷凝装置内充有液氮，实现制冷作用，控制器控制电磁继电器得电或失电，驱动橡胶阀门启闭，实现抽取大气水。
进一步的，所述U形管一端通过连接管可拆卸式连通负压瓶，U形管另一端可拆卸式通过连接管伸入到过滤装置内。
进一步的，所述U形管与负压瓶之间的连接管上开设阀门一，U形管与过滤装置之间的连接管上开设阀门二。
进一步的，所述冷凝装置顶部开设冷凝装置阀门，通过冷凝装置阀门处向冷凝装置内添加液氮。
进一步的，所述过滤装置内放入活性炭，活性炭上面放有棉花，过滤装置内伸出一进气管，通过进气管的进气口过滤大气水中的杂质。
进一步的，所述支路设有4条，结构相同，分别为管路一、管路二、管路三和管路四。
进一步的，所述控制器控制电磁继电器得电时，电磁继电器的电磁继电器轴带动橡胶阀门向下运动，橡胶阀门开启，实现抽取大气水；控制器控制电磁继电器失电时，橡胶阀门关闭，不再抽取大气水。
进一步的，所述U形管、进气管和过滤装置均采用高硼硅玻璃材质。
进一步的，所述阀门一和阀门二均打磨成磨砂面，采用真空封脂涂于各磨砂接口处。
进一步的，包括以下步骤：
（a）首先分别将各支路的U形管装入到冷凝装置中，在冷凝装置中加好液氮，在过滤装置中加入活性炭和棉花，然后打开真空泵开始进行抽气；
（b）控制器控制第一支路上的电磁继电器得电，第一支路上的电磁继电器轴带动橡胶阀门向下运动，其他支路的电磁继电器不工作，第一支路开始抽取大气水；
（c）由控制器控制第一支路抽取大气水的时间，当到达设定时间后，控制器控制第一支路上的电磁继电器失电，第一支路上的橡胶阀门关闭，第一支路停止抽取大气水，与此同时，控制器控制第二支路上的电磁继电器得电，第二支路开始工作，抽取大气水；
（d）重复以上步骤，使得各条支路的U形管均收集到大气水，停止工作，通过阀门一和阀门二将各个支路的U形管拆下，室温下将U形管中的冰完全融化取样得到的水进行过滤，装入聚乙烯瓶中，密封，标号储存。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明公开了一种等时段大气水采样装置及方法，包括真空泵、负压瓶、橡胶阀门、电磁继电器、U形管、冷凝装置、过滤装置、控制器和若干条支路，真空泵连通负压瓶，由负压瓶控制整个装置处于负压状态，负压瓶连通各支路的U形管再连接过滤装置，每条支路均包括橡胶阀门、电磁继电器和U形管，U形管可拆卸式装入到冷凝装置中，冷凝装置内充有液氮，控制器控制电磁继电器得电或失电，驱动橡胶阀门启闭。本发明提供的一种等时段大气水采样装置及方法，利用控制器控制电磁继电器工作与否，进而控制各条支路的橡胶阀门的启闭，完成大气水抽取工作，控制器控制各个支路电磁继电器工作的时间，可以有效控制每条支路的起闭和抽样时间，能够提高采样间隔的精确性，为野外试验人员提供更高的安全保障，本发明设备简单，使用方便，避免了误差。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的冷凝装置的俯视图；
图3为本发明的冷凝装置的侧视图；
其中， 1-真空泵，2-负压瓶，3-电磁继电器轴，4-橡胶阀门，5-阀门一，6-电磁继电器，7-液氮，8-U形管，9-冷凝装置阀门，10-冷凝装置，11-阀门二，12-进气口，13-过滤装置,14-活性炭，15-管路一，16-管路二，17-管路三，18-管路四，19-控制器。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1-3所示，一种等时段大气水采样装置，包括真空泵1、负压瓶2、电磁继电器轴3、橡胶阀门4、阀门一5、电磁继电器6、U形管8、冷凝装置阀门9、冷凝装置10、阀门二11、进气口12、过滤装置13、活性炭14和控制器19等，真空泵1连通负压瓶2，负压瓶2连通U形管8再连接过滤装置13，由负压瓶2控制整个装置处于负压状态，使得大气能源源不断的进入装置中，U形管8可拆卸式装入到冷凝装置10中，冷凝装置10内充有液氮7，冷凝装置10顶部开设冷凝装置阀门9，通过冷凝装置阀门9处向冷凝装置10内添加液氮7，实现制冷作用，过滤装置13内放入活性炭14，用于对进入过滤装置13的水汽进行过滤，活性炭14上面放有棉花，防止活性炭颗粒由于真空吸力而进入仪器装置中的其他位置。
具体的，负压瓶2连接4条相同的支路，为便于区分，将所述4条相同的支路分别命名为管路一15、管路二16、管路三17和管路四18，每条支路均包括橡胶阀门4、阀门一5、电磁继电器6、U形管8和阀门二11，U形管8一端通过连接管连通负压瓶2，U形管8与负压瓶2之间的连接管上开设阀门一5，通过阀门一5拆离连接管和U形管8，U形管8另一端通过连接管伸入到过滤装置13内，U形管8与过滤装置13之间的连接管上开设阀门二11，通过阀门二11拆离连接管二和U形管8，如此，采样结束即可便捷地将U形管8拆卸下来，移除冷凝装置10，将其中冷冻的水室温下融化。
控制器19控制每条支路的电磁继电器6工作与否（得电或失电）以及工作的时间，电磁继电器6失电时，橡胶阀门4关闭，无法抽取大气水，反之，电磁继电器6得电时，橡胶阀门4开启，即可抽取大气水。通过控制器19设置抽取大气水时间，当达到设定时间时，控制器19控制某一条支路的电磁继电器6得电，电磁继电器6的电磁继电器轴3带动该支路的橡胶阀门4向下运动，橡胶阀门4开启，开始抽取大气水，此时，其他支路的电磁继电器6不工作，其他支路不抽取大气水。
采样装置的所有玻璃部分包括U形管8、进气管和过滤装置13均采用高硼硅玻璃材质，进气管伸入至过滤装置13内，进气管的进气口12的作用在于在空气进入冷凝装置10之前进行过滤，将大气水可能携带的杂质过滤，进气口12的大小决定了整个冷凝装置10冷凝的效率。阀门一5和阀门二11均打磨成磨砂面，采用真空封脂涂于各磨砂接口处，保持装置密封性，提高真空度。
当液氮7较少时，水汽可能不能够冷冻结冰，应该注意液氮7的体积，当液氮7量少时，应及时添加。
一种等时段大气水采样装置的采样方法，包括以下步骤：
以管路一15为例进行说明，管路二16、管路三17和管路四18操作相同。
(a)首先分别将4条支路（管路一15、管路二16、管路三17和管路四18）的U形管8装到入到冷凝装置10中，在冷凝装置10中加好液氮7，在过滤装置13中加入活性炭14和棉花，然后打开真空泵1开始进行抽气；
(b)控制器19控制第一支路（管路一15）上的电磁继电器6得电，其电磁继电器轴3带动橡胶阀门4向下运动，其他支路（管路二16、管路三17和管路四18）的电磁继电器6不工作，管路一15开始抽取大气水；
（c）由控制器19控制抽取大气水的时间，当到达设定时间后，控制器19控制管路一15上的电磁继电器6失电，管路一15的橡胶阀门4关闭，管路一15停止抽取大气水，与此同时，控制器19控制第二支路（管路二16或管路三17或管路四18）上的电磁继电器6得电，第二支路开始工作，抽取大气水；
(d)重复以上步骤，使得各条支路的U形管8均收集到大气水，停止工作，通过阀门1和阀门2将各个支路的U形管8拆下，室温下将U形管8中的冰完全融化取样得到的水进行过滤，装入30ml聚乙烯瓶中，密封，标号储存。
上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种等时段大气水采样装置，其特征在于，包括真空泵（1）、负压瓶（2）、橡胶阀门（4）、电磁继电器（6）、U形管（8）、冷凝装置（10）、过滤装置（13）、控制器（19）和若干条支路，所述真空泵（1）连通负压瓶（2），由负压瓶（2）控制整个装置处于负压状态，负压瓶（2）连通各支路的U形管（8）再连接过滤装置（13），每条支路均包括橡胶阀门（4）、电磁继电器（6）和U形管（8），U形管（8）可拆卸式装入到冷凝装置（10）中，冷凝装置（10）内充有液氮（7），控制器（19）控制电磁继电器（6）得电或失电，驱动橡胶阀门（4）启闭。
2.根据权利要求1所述的一种等时段大气水采样装置，其特征在于，所述U形管（8）一端通过连接管可拆卸式连通负压瓶（2），U形管（8）另一端可拆卸式通过连接管伸入到过滤装置（13）内。
3.根据权利要求2所述的一种等时段大气水采样装置，其特征在于，所述U形管（8）与负压瓶（2）之间的连接管上开设阀门一（5），U形管（8）与过滤装置（13）之间的连接管上开设阀门二（11）。
4.根据权利要求1所述的一种等时段大气水采样装置，其特征在于，所述冷凝装置（10）顶部开设冷凝装置阀门（9），通过冷凝装置阀门（9）处向冷凝装置（10）内添加液氮（7）。
5.根据权利要求1所述的一种等时段大气水采样装置，其特征在于，所述过滤装置（13）内放入活性炭（14），活性炭（14）上面放有棉花，过滤装置（13）内伸出一进气管，通过进气管的进气口（12）过滤大气水中的杂质。
6.根据权利要求1所述的一种等时段大气水采样装置，其特征在于，所述所述支路设有4条，结构相同，分别为管路一（15）、管路二（16）、管路三（17）和管路四（18）。
7.根据权利要求1所述的一种等时段大气水采样装置，其特征在于，所述控制器（19）控制电磁继电器（6）得电，电磁继电器（6）的电磁继电器轴（3）带动橡胶阀门（4）向下运动，橡胶阀门（4）开启，实现抽取大气水。
8.根据权利要求1所述的一种等时段大气水采样装置，其特征在于，所述U形管（8）、进气管和过滤装置（13）均采用高硼硅玻璃材质。
9.根据权利要求3所述的一种等时段大气水采样装置，其特征在于，所述阀门一（5）和阀门二（11）均打磨成磨砂面，采用真空封脂涂于各磨砂接口处。
10.采用权利要求1-7任一所述的一种等时段大气水采样装置的采样方法，其特征在于，包括以下步骤：
（a）首先分别将各支路的U形管（8）装入到冷凝装置（10）中，在冷凝装置（10）中加好液氮（7），在过滤装置（13）中加入活性炭（14）和棉花，然后打开真空泵（1）开始进行抽气；
（b）控制器（19）控制第一支路上的电磁继电器（6）得电，第一支路上的电磁继电器轴（3）带动橡胶阀门（4）向下运动，其他支路的电磁继电器6不工作，第一支路开始抽取大气水；
（c）由控制器（19）控制第一支路抽取大气水的时间，当到达设定时间后，控制器（19）控制第一支路上的电磁继电器（6）失电，第一支路上的橡胶阀门（4）关闭，第一支路停止抽取大气水，与此同时，控制器（19）控制第二支路上的电磁继电器（6）得电，第二支路开始工作，抽取大气水；
（d）重复以上步骤，使得各条支路的U形管（8）均收集到大气水，停止工作，通过阀门一（5）和阀门二（11）将各个支路的U形管（8）拆下，室温下将U形管（8）中的冰完全融化取样得到的水进行过滤，装入聚乙烯瓶中，密封，标号储存。
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