CN111006919A - 一种畜禽养殖场区气体多点位在线自动采集系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的一种畜禽场区气体多点位在线自动采集系统，包括多组采气头、多组进气管路、气体采集箱、气体反冲洗系统，养殖场各监测点位的气体样品通过放置于可伸缩支撑架顶端的采气头进入进气管路，然后通过进气管路输送到气体采集箱中，采集的气体样品在气体采样箱中通过进气切换阀切换后顺次进入气体监测仪器。本发明提供的畜禽养殖场区气体多点位在线自动采集方法，能够自动实现畜禽场多个监测点位气体样品的自动在线连续采集，用于气体在线监测仪器实时连续测定。与常规的方法相比，本发明简化了畜禽场气体采集流程，节省了人工，提交了气体检测精度。
Description
技术领域
本发明属于畜禽养殖环境监测技术领域，涉及一种畜禽养殖场气体在线监测的多点位自动采集系统。
背景技术
随着集约化畜禽养殖业的迅速发展，畜禽养殖引起的大气环境污染问题越来越受到重视。畜禽场一般面积较大，包括圈舍、堆粪棚、污水处理区等多种设施，圈舍又可分排风区、窗户区、进风区、过道区等不同区域，同时场区产生的气体污染物种类较多，包括氨气、硫化氢、氧化亚氮、VOCs、PM2.5、PM10等，为了明确畜禽养殖场污染物的特征，评价畜禽养殖业对大气的污染程度，常常需要在不同点位安排气体监测点位进行长期在线监测。
常规养殖场区气体样品监测中，气体样品的采集需要人工使用手持气体采集器在不同监测点位中分别采集，然后带回实验室进行测定。该方法不能实现实时测定气体样品的谜底，且需要频繁往返实验室与畜禽养殖场，费时费力。同时养殖场区监测点位气体样品中的氨气、硫化氢、臭气、PM2.5对人体有害，对采样工作人员的身体带来伤害。
近年来，随着现代科技技术的突破，在线气体监测仪器开始应用于气体监测中，这些仪器可在无人值守的条件下实现对气体污染物指标的在线连续测定，因而受到科研工作者的青睐。然而，一方面由于已有在线水质监测仪器的设计主要是针对城市大气或者工业设备尾气气体污染物测定，仪器一般安装于固定的监测位点，仪器中相应配套的气体采样装置仅能采集单一点位的气体样品；另一方面一套完整的气体监测仪器包括氨气传感器、硫化氢传感器、甲烷传感器、二氧化碳传感器、氧化亚氮传感器、TVOCs传感器等，仪器价格昂贵。以上原因导致现有的气体监测仪器在养殖场区气体污染物监测应用受限。因此，如何实现畜禽养殖场区不同位点气体样品的在线连续采集是急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有畜禽养殖场气体样品采集技术的不足之处，提供一种操作便捷、结构简单、可在无人值守情况下实现的畜禽养殖场气体在线监测的多点位自动采集方法，解决现有在线气体监测仪器无法大量应用于畜禽养殖场区气体的监测问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
一种畜禽场区气体多点位在线自动采集系统，包括可伸缩支撑架、多组采气头、多组进气管路、气体采集箱、气体反冲洗系统，多组采气头放置于可伸缩支架顶部，通过进气管路与气体采集箱正面连接，气体反冲洗系统通过反冲洗管路与气体采样箱连接，养殖场各监测点位的气体样品通过放置于可伸缩支撑架顶端的采气头进入进气管路，然后通过进气管路输送到气体采集箱中，采集的气体样品在气体采样箱中通过进气切换阀切换后顺次进入气体监测仪器，一个监测点位的气体完成采集后，气体反冲洗系统启动将养殖场外上风向部位鲜空气泵入反冲洗气体过滤器、气体管路与采气头，对过滤器、气体管路与采气头进行清洗。
而且，所述气体采集箱包括进气切换阀箱，控制器、电源开关、排气切换阀以及汽水分离器；进气切换阀箱内设置进气管路和进气切换阀盘，多组进气管路从上部进入气体采集箱，进气管路连通连接进气切换阀盘，气切换阀盘的电磁控制端均连接控制器，由控制器控制八个管路的开、关或反冲洗，控制器连接电源开关，进气切换阀盘的出气管为一个，出气管延申出进气切换阀箱后依次连接排气切换阀，然后再连接汽水分离器，然后再连接气体检测仪器。
而且，在每个进气管路连接进气切换阀盘之前，进气管路上依次安装过滤器、反冲洗切换阀、吸气泵以及相连接的进气管路组成，反冲洗切换阀另一走向通过反冲洗管路连接气体反冲洗系统。
而且，气体反冲洗系统包括空气压缩机进气口连接清洁空气位置的采气头。
而且，所述采样头包括粗滤网罩、蜂巢状罩、细过滤器、进气管路接头组成，进气管路具有一锥形进气口，锥形进气口端部同轴盖装粗滤网罩，粗滤网罩内部为蜂巢状罩，蜂巢状罩内部为细过滤器，细过滤器内部为干燥剂层。
而且，所述粗滤网罩为进气侧，表面为不锈钢方形网格，网格边长小于等于0.5cm，网格可拆卸，蜂巢状罩表面为蜂巢状孔，孔径小于等于50mm，细过滤器包括两层过滤网，外层过滤网厚度为5-10cm，过滤气体中粒径大于等于50μm的大颗粒粉尘；内层滤网厚度为0.5-2cm，过滤粒径大于等于5μm。
而且，所述气体干燥剂为氯化钙或活性氧化铝。
本申请的优点在于：
本申请提供的畜禽场气体在线监测的多点位自动采集方法，能够实现在无人工值守的条件下自动将养殖场区不同监测点位的气体样品在线连续采集并输送到气体监测仪器，实现了一套监测仪器同时对养殖场区多个监测点位气体样品的实时连续测定。与常规的方法相比，本申请存在以下优点：(1)本申请简化了养殖场区气体样品采集流程，节省了人工；(2)有效减少了采样头与气体管路中粘附的微小粉尘，延长了气体采集装置的寿命，减轻了养殖场区气体样品中粉尘对监测仪器精度的影响；(3)消除了不同气体管路中气体样品之间的相互干扰，提高了检测精密度。
本申请所述的畜禽场气体在线监测的多点位自动采集方法整体设计合理、操作便捷，可与现有的在线气体监测仪器联用，实现一套气体监测仪器同时对养殖场区多个监测点位气体样品的实时连续测定。
附图说明
图1为本申请平面结构示意图。
图2为本申请平面结构中气体采集箱平面结构示意图。
图3为进气切换阀盘的平面结构示意图。
图4中进气切换阀箱的结构示意图。
图5可伸缩支撑架结构示意图。
图6为采气头结构示意图。
图7为图6的内部结构示意图。
图中标号的含义如下：
1到8均为进气管路，9为进气切换阀盘(9-1至9-9为气切管路单向阀阀，可以是两个六通阀，或者是一个六通阀一个四通阀，共用8路通路)，10为开关控制器(控制9-1到9-9的气体单向阀)，11为金属导线，12为电源开关，13为气体收集管路，14为排气切换阀，15为排气管，16为数据传输线，17气体检测仪器，18为汽水分离器，1-1为过滤器，1-2为反冲洗切换阀，1-3为吸气泵，19气体连接管，20为出气阀，21为反冲洗管路，22为空气压缩机，23为气体采集箱，24为可伸缩支架，25为采气头(其中25-1至25-8分别为安装于监测点位1至8的采气头，25-9为安装于清洁空气位置的采气头，26为粗滤网罩，27为蜂巢状罩，28为细过滤器，29气体干燥剂层，30进气管路接头，31数据采集器，A为进气切换阀箱。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种畜禽场区气体多点位在线自动采集系统，包括可伸缩支撑架、多组采气头、多组进气管路、气体采集箱、气体反冲洗系统。多组采气头放置于可伸缩支架顶部，通过进气管路与气体采集箱正面连接，气体反冲洗系统通过反冲洗管路与气体采样箱连接。养殖场各监测点位的气体样品通过放置于可伸缩支撑架顶端的采气头进入进气管路，然后通过进气管路输送到气体采集箱中，采集的气体样品在气体采样箱中通过进气切换阀切换后顺次进入气体监测仪器(气体检测仪，可检测甲烷、二氧化碳、氧化亚氮、挥发性有机物、氨气、硫化氢的浓度)。当一个监测点位的气体完成采集后，气体反冲洗系统启动将养殖场外上风向部位鲜空气泵入反冲洗气体过滤器、气体管路与采气头，以清洗气体管路与采气头等部分中残余的气体样品以及粘附的微小尘土颗粒。
所述气体采集箱包括进气切换阀箱，控制器10、电源开关12、排气切换阀14、汽水分离器18、气体管路、金属导线。进气切换阀箱内设置进气管路1-8和进气切换阀盘9，多组进气管路从上部进入气体采集箱，进气管路连通连接进气切换阀盘，气切换阀盘的电磁控制端均连接控制器，由控制器控制八个管路的开、关或反冲洗，控制器连接电源开关。进气切换阀盘的出气管为一个，出气管延申出进气切换阀箱后依次连接排气切换阀，然后再连接汽水分离器，然后再连接气体检测仪器，经过气体监测仪器后，气体被排出。
在每个进气管路连接进气切换阀盘之前，进气管路上依次安装过滤器1-1、反冲洗切换阀(三通换向阀)1-2、吸气泵1-3以及相连接的进气管路组成，反冲洗切换阀由控制器控制，反冲洗切换阀另一走向通过反冲洗管路连接空气压缩机出气口，空气压缩机进气口连接清洁空气位置的采气头，反冲洗侧阀打开，空气压缩机开启，对管路进行冲洗。
气体监测仪器以及控制器均可以连接一个上位机，用于记录数据，也可以用于控制器编程。
所述气体采集箱由多组进气管路、进气切换阀以及相连接的进气管路组成。各进气管路前端独立与气体采样箱前侧相连接，末端通过进气管路与进气切换阀箱连接，顺次由过滤器、反冲洗切换阀、吸气泵组成。其中各进气管理中的反冲洗切换阀独立与反冲洗气体管路连接。
所述气体反冲洗系统，气体反冲洗系统包括反冲洗切换阀、反冲洗管路、空气压缩机、采气头。其中反冲洗切换阀安装与进气管路中，通过反冲洗管路与空气压缩机以及采气头连接。气体反冲系统主要用来冲洗进气管路、过滤器以及采样头中粘附的微小尘埃以及进气管路中残留的监测点位的气体。
所述进气切换阀呈圆盘状，由数个气体切换阀与气体连接管组成，它的上部与进气管路连接，下部与气体收集管路连接。其中各个气体切换阀通过气体连接管单向与出气阀连通，各气体切换阀之间彼此不连接。进行气体样品检测时，按照监测点位气体样品检测排列顺序，进入各个气体切换阀顺序启动关闭，保证该点位的气体样品通过气体收集管路进入气体监测仪器。
本申请提供的畜禽场气体在线监测的多点位自动采集系统的具体结构为：包括可伸缩支撑架24、多个采气头25-1至25-8、多组进气管路1至8、气体采集箱23、气体反冲洗管路21、气体压缩机22、清洁空气采集头25-9。采气头25-1至25-8放置为可伸缩支架24顶端，分别安装到养殖场监测点位P1-P8，通过相应进气管路1-8将畜禽场监测位点位气体采集到气体采集箱23中，各组气体样品在气体采集箱中通过进气切换阀箱18自动顺次切换输送到气体监测仪器中进行检测。
气体采集箱23为方形，内部结构为：上部连接进气管路1到8，下部通过气体收集管路13顺次连接排气切换阀14和汽水分离器18，左侧通过金属导线11顺次与控制器10和电源开关12连接，右侧连接反冲洗气体管路21。排气切换阀14设有两个接口，一个连接排气管路15，另一个连接汽水分离器18。
排气切换阀14可排空气体收集管路13中残存的其他点位气体样品，当监测点位的气体样品通过气体采集箱切换后进入排气切换阀14时，排气切换阀14会先连通排气管15，以排出管路中残余的其他监测点位的气体样品；待排尽后，排气切换阀14自动切换到气切换阀箱18内，经过气体收集管路13后连接到汽水分离器17，经过脱水水分后进入监测仪器开始监测，从而再次保证气体样品检测结果的准确性。
进气切换阀盘由多组进气单元(一般为8组)、进气切换阀箱9以及相连接的进气管路。进气单元前端独立与气体采样箱23前侧相对应的进气管路1-8相连接，末端通过进气管路与进气切换阀箱18连接。第一组进气单元顺次由过滤器1-1、反冲洗切换阀(三通换向阀)1-2、吸气泵1-3以及相连接的进气管路组成，其中反冲洗切换阀1-2的另一出气端与反冲洗气体管路21连接。用于反向冲洗从采集头开始到气体采集箱之间的管路，其它八组连接方式同第一组。
进气切换阀箱呈圆盘状，由多个气体切换阀(9-1到9-8)与气体连接管19组成，它的上部与进气管路连接(其中气体切换阀9-1与进气管路1连接、9-2与进气管路2连接、9-3与进气管路3连接、9-4与进气管路4连接、9-5与进气管路5连接、9-6与进气管路6连接、9-7与进气管路7连接、9-8与进气管路8连接)，下部与气体收集管路13连接。其中各个气体切换阀(9-1到9-8)分别通过气体连接管19单向与出气阀22单向连通，各气体切换阀之间彼此不连接。进行气体样品检测时，按照监测点位气体样品检测排列顺序，进入各个气体切换阀顺序启动关闭，保证该点位的气体样品通过气体收集管路13进入气体监测仪器。气体采样系统中可设置多组进气管路，一般设置8组进气管路，具体数量根据监测点位的数量确定。
所述气体采集系统与控制器通过金属导线连接，排气切换阀与控制器通过金属导线连接，控制器通过金属导线与电源开关连接。气体采集箱通过数据传输线与电脑连接。
本申请中采样头包括粗滤网罩26、蜂巢状罩27、细过滤器28、进气管路接头30组成。进气管路具有一锥形进气口，锥形进气口端部同轴盖装粗滤网罩，粗滤网罩内部为蜂巢状罩，蜂巢状罩内部为细过滤器，细过滤器内部为干燥剂层29。粗滤网罩为进气侧，表面为不锈钢方形网格，网格边长小于等于0.5cm，网格可拆卸冲洗更换，粗过滤网罩主要用于过滤掉监测点位中饲料粉末、动物毛发等漂浮物；蜂巢状罩表面为蜂巢状孔，孔径小于等于50mm。细过滤器包括两层过滤网，外层过滤网厚度一般为5-10cm，过滤气体中粒径大于等于50μm的大颗粒粉尘；内层滤网厚度一般为0.5-2cm，过滤粒径大于等于5μm，用于过滤小颗粒粉尘。过滤网材质拟选用化学性质稳定的合成纤维，对于测定不同的气体指标过滤网推荐材质见表1。细过滤器后面气体干燥剂，干燥剂的化学成分，根据测定气体指标的不同而异，具体见表1。
表1采气头中细过滤器过滤网材质与干燥剂推荐成分
气体采集系统中过滤器中的滤膜为化学性质稳定的滤网，滤膜孔径小于等于1μm，厚度小于等于1cm。
畜禽养殖场区气体监测点位的布置，主要考虑养殖场区的气体化学指标变异较大的敏感区域，包括养殖舍的入口、窗户外侧、排风扇外侧、排风扇的内侧等，反冲洗气体一般采集于养殖场区上风向无养殖粪污堆放的区域。
具体操作方式如下：
本气体采集方法设置于气体在线监测仪器的前端。根据畜禽养殖场监测点位的要求在气体采集系统设置相应数量(本申请为8个)进气管路，并将各进气管路的末端放置到相应的监测点位(见附图1)。然后，打开电源开关，设置控制器程序参数，调整各监测点位进气管路的气体样品进入气体监测仪器的顺序、持续时间、排气时间、反冲洗时间等程序参数。设置好控制器程序参数后，启动控制器程序，气体采集系统中的吸气泵启动将各监测点位的气通过气体进气管路输送到气体切换阀箱，气体切换阀箱中的气体切换阀顺次启动，使得该监测点位气体样品进入气体监测仪器。
为了更清楚表述具体操作方式，举例如下：当设置各监测点位进气管路的气体样品进入气体监测仪器的顺序为如图1中的1、2、3、4、5、6、7、8，每路气体样品在气体监测仪器中的持续时间为2min，反冲洗阀持续5min，排气管路排出管路中残余气体30s。启动控制器10程序后，发冲洗系统中空气压缩机启动，此时各进气单元中的吸气泵、反冲洗切换阀、气体切换阀箱中的气体切换阀、排气切换阀均呈关闭状态。待空气压缩机压力平衡时，进气管路1中的反冲洗切换阀1-2启动并连通反冲洗管路21与过滤器1-1、进气管路1、采气头，将采气头25-9位置的清洁空气输送到进气管路中，冲洗气体管路、过滤网以及采气头。5min后反冲洗切换阀1-2自动转换连通过滤网1-1与吸气泵1-3，进气管路中的吸气泵1-3启动，监测点位1中的气体样品输送到气体切换阀箱，此时气体切换阀箱中的切换阀18-1与出气阀20同时启动，而气体切换阀18-2至18-8均呈关闭状态，此时气体进气管路1中的气体样品从气体切换阀18-1沿着气体连接管19进入气体收集管13。与此此时排气切换阀14与排气管15连通，排出管路中残余气体；排气30s后，排气切换阀14自动切换关闭排气管路15，连通汽水分离器17，监测点位1中的样品脱水后进入监测仪器。持续2min后，气体切换阀18-1与出气阀20同时自动关闭，排气切换阀14关闭连接气体监测仪器的通路，连通排气切换阀14。其它进气管路对应监测点位气体样品进入气体监测仪器的运行流程同上。
Claims (7)
1.一种畜禽场区气体多点位在线自动采集系统，其特征在于：包括可伸缩支撑架、多组采气头、多组进气管路、气体采集箱、气体反冲洗系统，多组采气头放置于可伸缩支架顶部，通过进气管路与气体采集箱正面连接，气体反冲洗系统通过反冲洗管路与气体采样箱连接，养殖场各监测点位的气体样品通过放置于可伸缩支撑架顶端的采气头进入进气管路，然后通过进气管路输送到气体采集箱中，采集的气体样品在气体采样箱中通过进气切换阀切换后顺次进入气体监测仪器，一个监测点位的气体完成采集后，气体反冲洗系统启动将养殖场外上风向部位鲜空气泵入反冲洗气体过滤器、气体管路与采气头，对过滤器、气体管路与采气头进行清洗。
2.根据权利要求1所述的畜禽场区气体多点位在线自动采集系统，其特征在于：所述气体采集箱包括进气切换阀箱，控制器、电源开关、排气切换阀以及汽水分离器；进气切换阀箱内设置进气管路和进气切换阀盘，多组进气管路从上部进入气体采集箱，进气管路连通连接进气切换阀盘，气切换阀盘的电磁控制端均连接控制器，由控制器控制八个管路的开、关或反冲洗，控制器连接电源开关，进气切换阀盘的出气管为一个，出气管延申出进气切换阀箱后依次连接排气切换阀，然后再连接汽水分离器，然后再连接气体检测仪器。
3.根据权利要求1所述的畜禽场区气体多点位在线自动采集系统，其特征在于：在每个进气管路连接进气切换阀盘之前，进气管路上依次安装过滤器、反冲洗切换阀、吸气泵以及相连接的进气管路组成，反冲洗切换阀另一走向通过反冲洗管路连接气体反冲洗系统。
4.根据权利要求3所述的畜禽场区气体多点位在线自动采集系统，其特征在于：气体反冲洗系统包括空气压缩机进气口连接清洁空气位置的采气头。
5.根据权利要求1所述的畜禽场区气体多点位在线自动采集系统，其特征在于：所述采样头包括粗滤网罩、蜂巢状罩、细过滤器、进气管路接头组成，进气管路具有一锥形进气口，锥形进气口端部同轴盖装粗滤网罩，粗滤网罩内部为蜂巢状罩，蜂巢状罩内部为细过滤器，细过滤器内部为干燥剂层。
6.根据权利要求1或5所述的畜禽场区气体多点位在线自动采集系统，其特征在于：所述粗滤网罩为进气侧，表面为不锈钢方形网格，网格边长小于等于0.5cm，网格可拆卸，蜂巢状罩表面为蜂巢状孔，孔径小于等于50mm，细过滤器包括两层过滤网，外层过滤网厚度为5-10cm，过滤气体中粒径大于等于50μm的大颗粒粉尘；内层滤网厚度为0.5-2cm，过滤粒径大于等于5μm。
7.根据权利要求1或5所述的畜禽场区气体多点位在线自动采集系统，其特征在于：所述气体干燥剂为氯化钙或活性氧化铝。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201911332943.3A CN111006919A (zh) | 2019-12-23 | 2019-12-23 | 一种畜禽养殖场区气体多点位在线自动采集系统 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN201911332943.3A CN111006919A (zh) | 2019-12-23 | 2019-12-23 | 一种畜禽养殖场区气体多点位在线自动采集系统 |
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| CN111006919A true CN111006919A (zh) | 2020-04-14 |
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ID=70117581
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| CN201911332943.3A Pending CN111006919A (zh) | 2019-12-23 | 2019-12-23 | 一种畜禽养殖场区气体多点位在线自动采集系统 |
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- 2019-12-23 CN CN201911332943.3A patent/CN111006919A/zh active Pending
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