CN111024571A - 用于颗粒物监测仪的采样流量控制系统、颗粒物监测仪、控制气体流量的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于颗粒物监测仪的采样流量控制系统、颗粒物监测仪、控制气体流量的方法及装置。该用于颗粒物监测仪的采样流量控制系统包括：主气路管,具有第一端和第二端，第二端用于连接抽气泵；采样气路管，与第一端连接；调节气路管，与第一端连接；测量单元，设置于采样气路管，用于测量采样气路管的气体流量；调节单元，设置于调节气路管，用于通过调节调节气路管的气体流量来调节采样气路管的气体流量。本申请示例性的用于颗粒物监测仪采样流量控制系统，能够在短时间内将颗粒物监测仪的采样流量调整至所需流量，有效减少采样流量的波动情况，极大地提升了采样流量的控制精度。

Description

用于颗粒物监测仪的采样流量控制系统、颗粒物监测仪、控制 气体流量的方法及装置

技术领域

本申请总地涉及环境监测领域，具体涉及用于颗粒物监测仪的采样流量控制系统、颗粒物监测仪、控制气体流量的方法及装置。

背景技术

β吸收颗粒物监测仪是通过对大气进行一个周期的连续采样，将样气中的颗粒物沉积在滤膜上，通过测量滤膜采样前后的β射线吸收强度来测量出大气中颗粒物的浓度。因此可知，一个周期内的采样流量决定了样品的多少，若采样流量不准确或不稳定，将导致测量结果与真值的偏差增大。

目前，β吸收颗粒物监测仪的样气采集大多使用的串联式采样气路，既将采样平台、流量计、流量调节阀、采样泵进行串联。开始采样时，采样泵工作为气路内提供一个较大的总流量，通过流量计对气路内的流量进行测量，由控制电路进行计算后，控制流量调节阀进行气路内的流量调节。

发明内容

本申请的目的在于提供一种用于颗粒物监测仪的采样流量控制系统、颗粒物监测仪、控制气体流量的方法及装置。

本申请提供了一种用于颗粒物监测仪的采样流量控制系统，其包括：主气路管,具有第一端和第二端，所述第二端用于连接抽气泵；采样气路管，与所述第一端连接；调节气路管，与所述第一端连接；测量单元，设置于所述采样气路管，用于测量所述采样气路管的气体流量；调节单元，设置于所述调节气路管，用于通过调节所述调节气路管的气体流量来调节所述采样气路管的气体流量。

可选地，根据上述的采样流量控制系统，其中，所述调节单元包括调节针阀或旋转阀。

可选地，根据上述的采样流量控制系统，其还包括：定值气路管，与所述第一端连接；流量定值器，设置于所述定值气路管，用于保持所述定值气路管的气体流量为一定值。

可选地，根据上述的采样流量控制系统，其还包括空气过滤器，所述空气过滤器设置在所述调节气路管以及所述定值气路管的进气端。

可选地，根据上述的采样流量控制系统，其还包括压力开关，所述压力开关设置于所述主气路管。

本申请还提供了一种颗粒物监测仪，其包括：如上所述的采样流量控制系统；颗粒物采样平台，设置在所述采样流量控制系统的采样气路管的进气端；抽气泵，设置在所述流量控制系统的主气路管的第二端。

可选地，根据上述的颗粒物监测仪，其还包括：控制单元，与所述采样流量控制系统的测量单元和调节单元连接。

本申请还提供了一种控制气体流量的方法，用于如上所述的采样流量控制系统，其包括：获取所述采样流量控制系统的测量单元测量的流量信息；根据所述流量信息和预设流量值控制所述调节单元调节所述采样流量控制系统的采样气路管的气体流量。

可选地，根据上述的控制气体流量的方法，其中，所述根据所述流量信息和预设流量值控制所述调节单元包括：根据所述流量信息计算预设时间段的流量平均值；比较所述流量平均值和所述预设流量值；根据所述流量平均值和所述预设流量值的比较结果控制所述调节单元。

本申请还提供了一种控制气体流量的装置，用于如上所述的采样流量控制系统，其包括：获取模块，用于获取所述采样流量控制系统的测量单元测量的流量信息；控制模块，用于根据所述流量信息和预设流量值控制所述调节单元调节所述采样流量控制系统的采样气路管的气体流量。

本申请的示例性的用于颗粒物监测仪采样流量控制系统，能够在短时间内将颗粒物监测仪的采样流量调整至所需流量，有效减少采样流量的波动情况，极大地提升了采样流量的控制精度。

附图说明

图1为根据本申请的一种实施例的用于颗粒物监测仪的采样流量控制系统结构示意图；

图2为根据本申请的一种实施例的用于颗粒物监测仪的采样流量控制系统结构示意图；

图3为根据本申请的一种实施例的用于颗粒物监测仪的采样流量控制系统结构示意图；

图4为根据本申请的一种实施例的用于颗粒物监测仪的采样流量控制系统结构示意图；

图5为根据一示例性实施例的采用上述采样流量控制系统控制气体流量的方法的流程图；

图6为根据一示例性实施例的用于上述采样流量控制系统的控制气体流量的装置的框图；以及

图7为根据本申请的一种实施例的颗粒物监测仪结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本申请的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本申请的限制。

实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

本申请提及的方法中各步骤的执行顺序，除特别说明外，并不限于本文的文字所体现出来的顺序，也就是说，各个步骤的执行顺序是可以改变的，而且两个步骤之间根据需要可以插入其他步骤。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本申请的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本申请，并不用于限定本申请。

发明人在使用β吸收颗粒物监测仪时发现，在采样过程中，滤膜上沉积的样品会逐渐增多、温度湿度的变化均会导致采样流量的变化。

具体来说，在整个采样系统中，滤膜相当于一个气阻，因为β吸收颗粒物监测仪是连续采样，所以滤膜上的样品为持续增加的。

采样开始之时，滤膜上没有样品，气阻为最小为f1，某一时间滤膜上样品增加，滤膜的气阻增大为f2,这一时间段内气阻的变化量为Δf，由于气体阻力变化导致了流量变化。当Δf很小时，由于流量调节阀的结构特性，无法在大流量的情况下对流量的微小变化进行响应，无法控制其微量变化；当Δf很大时，流量调节阀可以对流量变化进行响应，此时由于流量调节阀的滞后性和串联气路，导致气路内流量的大范围波动，最终导致滤膜端的大范围气压变化，此气压变化会造成滤膜上样品的损失。最终由于此上述两种情况造成了样品测量的不准确。

为此，本发明人提出一种用于颗粒物监测仪采样流量控制系统，能够在短时间内将颗粒物监测仪的采样流量调整至所需流量，有效减少采样流量的波动情况，极大地提升了采样流量的控制精度。下面将参照附图详细描述根据本申请实施例的技术方案。

图1示出了根据本申请的一个实施例的用于颗粒物监测仪采样流量控制系统100。

参见图1，根据本申请的一个实施例的颗粒物监测仪采样流量控制系统100包括：主气路管110、采样气路管120、调节气路管130、测量单元140、调节单元150。主气路管110的第一端111连接采样气路管120和调节气路管130。主气路管110的第二端112用于连接抽气泵。测量单元140设置于采样气路管120。调节单元150设置于调节气路管130。测量单元140用于测量采样气路管中的气体的流量信息。调节单元150用于调节调节气路管中气体的流量。

气体通过采样气路管120进入主气路管110。气体通过调节气路管130进入主气路管110。通过调节调节气路管中的气体流量，间接调节采样气路管中的气体流量，使得采样气路管中的气体流量调节至预设范围内。

根据本申请实施例，由于调节气路(即调节气路管和调节单元)的引入，使气体总量得到分流，流量变化以及调节进行了细微的分割，采样气路管中的气体流量相对保持稳定，气压变化连续，避免气路中流量大范围波动而导致的例如β吸收颗粒物监测仪滤膜端的大范围气压变化。

可选地，调节气路管的进气端可设置有空气过滤器，用于过滤进入调节气路管的气体杂质，以防止杂质影响该系统运行。

根据示例实施例，测量单元140为流量计，例如文丘里管原理流量计。

在一些实施例中，调节单元150可包括自动调节针阀或旋转阀。当调节阀为针阀时，其中的高精度针阀与步进电机由联轴器连接，而步进电机由驱动器控制，用于调节调节气路管中的气体流量。

针阀的调节精度可达到±0.005L/min，极大地提升了采样气体流量的控制精度。并且由于气流总量得到分流，该β吸收颗粒物监测仪采样流量控制系统可以在大流量的情况下对流量的微小变化进行响应，控制其微量变化。

图2示出了根据本申请的一个实施例的用于颗粒物监测仪的采样流量控制系统100。

参见图2，在一些实施例中，采样流量控制系统100还包括定值气路管160和流量定值器170。定值气路管160与第一端111连接。可选地，定值气路管160不与采样气路管120和调节气路管130串联。例如，该定值气路管160可设于第一端111和调节气路管130之间。流量定值器170设置于定值气路管160。通过流量定值器170的控制，经定值气路管160进入总气路管110的气体流量为一定值。根据示例实施例，定值气路管和流量定值器对通过该系统的气体进行进一步分流，减小了通过调节气路管的气体流量，使得调节单元可以更精确、微量地调控调节气体流量。

可选地，流量定值器为非泄压式流量定值器。

图3示出根据本申请的一个实施例的用于颗粒物监测仪的采样流量控制系统100。

参见图3，在一些实施例中，流量控制系统100还包括空气过滤器180和180’。空气过滤器180设置在调节气路管130。空气过滤器180’设置在定值气路管160。空气过滤器180和180’用于过滤进入调节气路管和定值气路管气体中的杂质，以防止杂质影响该系统运行。

图4示出根据本申请的一个实施例的用于颗粒物监测仪的采样流量控制系统100。

参见图4，在一些实施例中，该采样流量控制系统还包括压力开关190。压力开关190连接主气路管110。压力开关用于监控该流量控制系统压力变化情况。当该流量控制系统正常工作时，压力开关处于关闭状态。当该流量控制系统发生堵塞，例如气路管发生堵塞导致气路管中压力偏离压力开关170的压力预设值，压力开关打开。

图5示出根据一示例性实施例的采用上述采样流量控制系统控制气体流量的方法的流程图。

参见图5，本申请的一个实施例公开了一种采用上述采样流量控制系统控制气体流量的方法包括如下步骤：

S11获取测量单元测量的流量信息。

S12根据流量信息和预设流量值控制调节单元调节流量控制系统的采样气路管的气体流量。

根据一些实施例，步骤S12可包括：

S121根据流量信息计算预设时间段的流量平均值。

S122比较流量平均值和预设流量值获得比较结果。

S123根据比较结果控制调节单元。

其中，流量平均值符合预设流量值，则不发生动作；流量平均值不符合预设流量值，则控制单元控制调节单元使得流量平均值符合预设值。

该方法无论是对采样气体流量的变化，还是对调节气体流量的调节的响应速度很快。

预设值具体可为一具体数值范围，也可为一具体数值。

图6示出根据一示例性实施例的用于上述采样流量控制系统的控制气体流量的装置的框图。

参见图6，本申请的一个实施例还公开了一种控制气体流量的装置，其包括：获取模块610，用于获取测量单元测量的流量信息；控制模块620，用于根据流量信息和预设流量值控制调节单元调节所述流量控制系统的采样气路管的气体流量。

本申请的一个实施例还公开了一种颗粒物监测仪，其包括上述采样流量控制系统、颗粒物采样平台和抽气泵。颗粒物采样平台设置在流量控制系统的采样气路管的进气端。抽气泵设置在流量控制系统的主气路管的第二端。

图7示出根据一示例性实施例的颗粒物监测仪。

在一些实施例中，如图7所示，β吸收颗粒物监测仪包括采样流量控制系统100、颗粒物采样平台200和抽气泵300。采样气路管120连接颗粒物采样平台200。主气路管110的第二端112连接抽气泵300。

可选地，抽气泵300为可刮片式真空泵，刮片为石墨。

在β吸收颗粒物监测仪工作时，气体流动方向如图中箭头所示。抽气泵300将外界气体压入β吸收颗粒物监测仪，再从抽气泵300的排气口排出。

具体地，采样气体通过采样平台200的滤膜210，将采样气体中的颗粒物沉积在滤膜210上。然后采样气体通过采样气路管120进入主气路管110，再从抽气泵300的排气口排出。定值气体经通过定值气路管160进入主气路管110，再从抽气泵300的排气口排出。调节气体通过调节气路管130进入主气路管110，再从抽气单元300的排气口排出。压力开关170用于监控气路管中的压力。

在一些实施例中，颗粒物监测仪还包括：控制单元，与采样流量控制系统的测量单元和调节单元连接。

采用图7所示的颗粒物监测仪的工作流程具体可包括测量阶段、采样阶段和/或故障阶段。

根据一些实施例，测量阶段可包括如下步骤。

S21，启动抽气泵300，采用测量单元140测量总气体流量，此时，调节气路管130和定值气路管160可以是关闭状态，或者其中至少一个也可以是开启状态。

S22设置流量定值器170的定值量。例如，该定值量可小于总气体流量和采样气体预设值的差值。

S23在采样平台200上安装滤膜210。

采样阶段包括如下步骤。

S31定值气路管160开启状态下，启动抽气泵300，测量单元140实时测量采样气路管中采样气体的流量信息。

S32测量单元140每隔一定时间向控制单元发送测得的采样气体流量信息。例如，每隔0.5秒。

S33利用采样气体流量信息，控制单元计算预设时间段的采样气体流量平均值。例如，预设时间段可为5秒。

S34控制单元判断采样气体流量平均值是否符合采样气体预设流量值。S35当采样气体流量平均值符合采样气体预设流量值，则不发生动作。

S36当采样气体流量平均值不符合在采样气体预设流量值，控制单元向调节单元150发出控制信号，调节单元150根据接收的控制信号调整调节气路管130中的调节气体流量，以使采样气体流量平均值符合采样气体预设值。

采用本系统的流量控制方式，可在短时间内将β射线法颗粒物监测仪器的采样流量调整至所需流量。由于调节气路管、调节单元的加入，可有效减少采样流量的波动情况，并极大的提升了采样流量的控制精度。因此使β射线法颗粒物监测仪器的测量结果得到了一定的提高。

故障阶段包括：当该β吸收颗粒物监测仪中的气路管发生堵塞导致气路管中压力偏离压力开关170的压力预设值，压力开关170打开，将压力信号传送至控制单元。控制单元根据接收的压力信号向抽气泵300发送关闭信号。抽气泵300根据接收的关闭信号停止工作，以避免气路管持续堵塞而处于真空状态，进而损坏β吸收颗粒物监测仪的检测部件。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本申请的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种用于颗粒物监测仪的采样流量控制系统，其特征在于，包括：

主气路管,具有第一端和第二端，所述第二端用于连接抽气泵；

采样气路管，与所述第一端连接；

调节气路管，与所述第一端连接；

测量单元，设置于所述采样气路管，用于测量所述采样气路管的气体流量；

调节单元，设置于所述调节气路管，用于通过调节所述调节气路管的气体流量来调节所述采样气路管的气体流量。

2.根据权利要求1所述的采样流量控制系统，其特征在于，所述调节单元包括调节针阀或旋转阀。

3.根据权利要求1所述的采样流量控制系统，其特征在于，还包括：

定值气路管，与所述第一端连接；

流量定值器，设置于所述定值气路管，用于保持所述定值气路管的气体流量为一定值。

4.根据权利要求3所述的采样流量控制系统，其特征在于，还包括空气过滤器，所述空气过滤器设置在所述调节气路管以及所述定值气路管的进气端。

5.根据权利要求1所述的采样流量控制系统，其特征在于，还包括压力开关，所述压力开关设置于所述主气路管。

6.一种颗粒物监测仪，其特征在于，包括：

如权利要求1-5任一所述的采样流量控制系统；

颗粒物采样平台，设置在所述采样流量控制系统的采样气路管的进气端；

抽气泵，设置在所述流量控制系统的主气路管的第二端。

7.根据权利要求6所述的颗粒物监测仪，其特征在于，还包括：控制单元，与所述采样流量控制系统的测量单元和调节单元连接。

8.一种控制气体流量的方法，用于如权利要求1-5中任一项所述的采样流量控制系统，其特征在于，包括：

获取所述采样流量控制系统的测量单元测量的流量信息；

根据所述流量信息和预设流量值控制所述调节单元调节所述采样流量控制系统的采样气路管的气体流量。

9.根据权利要求8所述的控制气体流量的方法，其特征在于，所述根据所述流量信息和预设流量值控制所述调节单元包括：

根据所述流量信息计算预设时间段的流量平均值；

比较所述流量平均值和所述预设流量值；

根据所述流量平均值和所述预设流量值的比较结果控制所述调节单元。

10.一种控制气体流量的装置，用于如权利要求1-5中任一项所述的采样流量控制系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取所述采样流量控制系统的测量单元测量的流量信息；

控制模块，用于根据所述流量信息和预设流量值控制所述调节单元调节所述采样流量控制系统的采样气路管的气体流量。

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