CN111220599A - 一种用于水质检测的取样装置及取样方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于水质检测的取样装置及其使用方法，所述的取样装置是利用液体连通器的原理，能够从待监测水体中，原位取出多份试样的便携或在线取分样系统；所述系统的主体由过滤器、流量控制阀、第①三通球阀、便携分样管、第②三通球阀、在线分样管构成；结合所述的便携比色组件或在线配样组件，共同完成取样、配样及检测任务。本发明采用模块化设计，实现取配样与检测分析相分离的仪器设计理念，便于日常维护和故障排查；在一台设备上，同时实现了手工便携取样与自动在线取样方式；既能够使用分光光度法原理，又便于采用电化学传感器原理来检测水质状态。本发明能够设置自动清洗步骤，降低了两次检测的记忆效应；可以根据使用情况，选择应用便携或在线取样方式，满足多用途、多方式、多参数的检测需要。

Description

一种用于水质检测的取样装置及取样方法

技术领域

本发明涉及水质检测取样领域，尤其涉及一种利用液体连通器的原理，从待监测水质中，同时原位取出多份试样的便携或在线取样系统。

背景技术

在大型湖泊、养殖水塘、观赏鱼池及工业冷却水等领域使用水质的状态，对于其用途具有重要意义；河流、湖泊和水库等地表水的水质状况对于人类生产生活的质量至关重要。目前，水质检测的技术手段，主要基于采样人员现场取样，在一定条件下保存，并运输到实验室，进行检测。对于一些元素类和无机盐等性质较稳定的检测参数，这种方式具有较好的效果；但对于反映水质污染实时状况的氨氮、COD、BOD₅、亚硝酸盐和总磷等指标的检测结果，很难严格反映取样时的实际情况。故各类水质的便携、现场检测和在线检测成为日益重要的发展方向。取样是在线或现场检测的第一步，在某些工业应用领域和大型观赏鱼池方面，对水质多参数同时检测的定量取样是实现检测的首要步骤。

申请号为201110300834.0的中国发明专利，公开了一种根据获取的调节参数确定抽吸管在容器中插入的深度，根据确定的插入深度，使用蠕动泵定量抽取水样的方法，但并没有具体描述取样设备的结构和使用方法。申请号为201710873886.4的发明专利公开了一种利用包括横向管段和竖向管段的中空取样管及溢流器作为连续取样设备，但不适合用于多参数同时取样检测的情况。专利号为US 5,795,996的美国专利公开了一种利用电导率计，PH计和测量水中氧气量的设备，对冷却塔、游泳池和锅炉类设备中水质状况进行监测，不能扩展应用于对反映水质污染状况的氨氮、COD、BOD₅和总磷等常规参数进行准确测定。申请号为201710729151.4的发明专利公开了一种水体污染在线检测单元，其核心是利用多种传感器对水体进行实时检测，遗憾的是，传感器法并非目前环保行业水质检测领域的标准方法，对于部分参数，存在检测结果的精度和可比性差的问题。

综上所述，现行的“现场采样、长途运输、实验室检测”的主流检测手段，存在检测结果不能及时反映采样点位实时状况的问题；而现存的在线或便携检测设备在多参数同时检测过程中，检测原理单一；取样和样品制备方面，存在着设计复杂和难以维护的缺点，而且不能实现便携多参数检测与在线多参数检测的设备一体化。

发明内容

本发明是为了避免现有技术的不足之处，提供一种结构简单、容易操作和维护，能够实现多参数便携与在线检测于一体的新型、专用于水质检测的取样分样装置。

本发明所述的取样分样装置的引水端与便携分样管和在线分样管，共同构成底部连通的连通器结构；连通器体从引水端依次安装有过滤器、流量控制阀、第①三通球阀、便携分样管、第②三通球阀和在线分样管；第①三通球阀位于流量控制阀与便携分样管之间的连通器体的底部，第②三通球阀位于便携分样管与在线分样管之间的连通器体底部；便携分样管内部设置有便携取样凸块，两根或多根内部均设置有在线取样凸块的在线分样管，底部通过连通器体并联连接在一起；第①液位传感器设置于便携分样管的便携取样凸块上方，第②液位传感器安装于在线分样管的在线取样凸块上方；根据液位传感器的类型，可以选择安装于分样管的内部或外部。在线配样组件通过接头紧固孔固定安装在紧固支架上，在控制单元的控制下，电动机能够驱动紧固支架，执行预定的动作，沿着升降导轨，进行升降运动；或者以升降导轨为轴心，进行同轴转动。

本发明所述的在线配样组件上设置有在线配样皿、取样接头、接头顶盖和其它必要的元件；使用时，取样接头的一端安装于在线配样皿上，另一端安装上接头顶盖；所述的接头顶盖上设置有一个或多个顶盖小孔，能够实现在线配样皿内、外部的物质交换和转移。所述的电动机优先选择做直线运动的直线电动机。根据实际在线检测需要，本发明所述的连通器体上可以设置一个、两个或多个在线分样管；相应地，在线配样组件亦可以根据检测参数性质的需要，安装一套、两套或多套。

本发明所述的第①三通球阀和第②三通球阀的结构相同，均由球阀体、球阀体内部的球阀内腔，球阀内腔内部安装的三通球体构成；三通球体与球阀内腔的上下两个接触面能够密封相切，且依靠安装于其上的球体扳手的传动，能够在球阀内腔的内部自由旋转。三通球体中部设置有一根贯通于所述球体两端的球体直通管，且一根球体旁通管与所述的球体直通管垂直贯通于球心位置。球阀体上设置有使第①三通球阀和第②三通球阀分别与连通器底部相贯通的球阀连通孔，三通球阀底部设置有排除连通器内残液的残液排放孔。所述的球体旁通管、球体直通管与球阀内腔的上下接触面，亦可采用设置密封圈的方式，进行密封。

本发明所述的在线配样组件和便携比色组件上安装有取样接头，所述取样接头由接头腔体、腔体圆孔、圆孔堵头、圆孔挡板、密封圈、弹簧、弹簧支架和环状挡板组成。两个腔体圆孔分别设置于接头腔体的相对两侧面的同一高度处，且其连线通过接头腔体内的中轴线；两个带有圆孔堵头和密封圈的圆孔挡板，通过适当压缩的弹簧相连接，起到密封腔体圆孔的作用。弹簧中间的一段串套在弹簧支架的横梁上，弹簧支架的横梁明显短于弹簧的正常状态，弹簧支架支柱端的底部焊接在所述接头腔体内的环状挡板上；接头腔体的上下两端通过设置紧固螺纹等方式，用来固定连接在线配样皿和接头顶盖，或者顶端比色管和第①比色管。所述的顶端比色管和第①比色管优选采用预先装填固化显色剂的比色管，顶端比色管的顶端侧壁设置一个或多个取样小孔，水样可以通过取样小孔进入顶端比色管内，实现取样功能。

本发明所述在线配样组件的取样接头上安装有接头顶盖，接头顶盖上分别设置有顶盖A孔、顶盖B孔和顶盖C孔；所述的顶盖A孔中密封插入一根中空针管，中空针管的一端亦可以安装上一个多孔筛板，且插入深度距在线配样皿的底部不超过10mm，多孔筛板能够使气体均匀分散于液体中，产生较好的鼓泡混合效果；所述中空针管的另一端密封连接位于顶盖A孔外侧的第①三通接头上。第①三通接头的一个接头通过管路依次连接第②开关阀、第①多通接头、稳压阀和气泵；另一个接头密封连接第①开关阀后，伸入废液桶中。所述的顶盖B孔通过管路密封连接第②三通接头，第②三通接头的一个接头与第③开关阀密封连接后，再与第①多通接头上的一个接头密封连接；第②三通接头的另一个接头依次密封连接第④开关阀和第①计量泵，最后插入试剂瓶的底部。所述的顶盖C孔依次通过管路，密封连接第②多通接头、第⑤开关阀和第②计量泵后，插入清洗剂瓶的底部；本发明所述的计量泵也可以使用包括蠕动泵、真空泵或柱塞泵等能够实现流量流速控制的驱动装置。实际应用中，可以根据拟检测参数的性质，适当调整接头顶盖上所联接配件的种类和数量。

本发明所述的在线配样组件上设置的在线配样皿是采用玻璃、石英或者透明高分子材料中的一种制成圆柱体或长方体形状的皿状结构；当采用圆柱体结构时，在其侧面，加工有一对相互平行的两个侧面，以满足定量比色测量中朗伯-比尔定律对比色皿应该具两个相互平行、透光且具有精确厚度平面的要求，使其光程的精度不变。

本发明所述在线配样组件的在线配样皿处，亦可安装上测量水质状况参数的测量传感器，优先选择电极、电化学传感器和光学传感器；例如，测定水质常规项目的pH值、溶解氧、电导率、浊度、氨氮和高锰酸盐指数等参数均可以使用相应电化学原理制作的电极或传感器作为测量传感器；侧量水温时，使用的铂电阻温度传感器；测定生化需氧量选用微生物膜电极作为传感器。根据检测目的对参数种类、检测精度的要求，选用不同性能的传感器，配合外置的光谱比色系统，满足不同场合的取样检测需求。

本发明所述的便携分样管中插入便携比色组件，实现取样显色功能；所述便携比色组件包括顶端比色管、取样接头和第①比色管；所述的顶端比色管和第①比色管采用玻璃、石英或透明高分子材料中的一种制成，内部装填固定有显色剂、缓冲剂和助色剂的载体吸附剂；所述的载体吸附剂是由硅胶、硅藻土、活性炭、高分子多孔微球、玻璃珠、分子筛、石英沙和高分子胶体中的一种或几种组成的，从而实现多参数检测、便携使用、低成本制造的目的。顶端比色管的上壁加工有取样小孔，以有利于完成顶端比色管的取样操作。根据不同的检测需要，所述的便携比色组件安装有一个或数个第①比色管和取样接头；所述取样接头的结构与在线配样组件的取样接头的结构相同。

本发明所述的用于水质检测的取样装置，可以同时应用于在线检测和现场便携检测的情况；根据应用情况，每种便携分样管和在线分样管的规格、尺寸和型号可以相同或不同。当仅需要便携检测时，分样系统由过滤器、流量控制阀、连通器体、第①三通球阀和便携分样管构成U型连通器；所述便携分样管的合适位置，安装有便携取样凸块和水位传感器；所述的分样系统配合便携比色组件完成取样显色步骤，结合系统自带或外置的光谱比色系统，完成水样的现场检测；所述的便携比色组件采用预先装填固化显色剂的比色管与取样接头构成。

本发明所述的用于水质检测的取样装置，用于现场便携检测时，包括如下程序：

（1）准备步骤，将第①三通球阀调整到球体直通管与球阀连通孔相互贯通的状态，第②三通球阀调整到球体直通管与其两端球阀连通孔的连线相互垂直的关闭状态，将第①比色管和顶端比色管通过取样接头串接组成便携比色组件。

（2）分样步骤，水样经过滤器过滤，流量控制阀控制流速后，通过第①三通球阀，进入便携分样管中，达到预定的高度后，第①液位传感器通过控制单元，关闭流量控制阀。

（3）取样显色步骤，将便携比色组件插入便携分样管中，便携取样凸块接触并向内压迫圆孔堵头，带动圆孔挡板外侧的密封圈与腔体圆孔相互分离，同时压缩弹簧，水样通过腔体圆孔，流入第①比色管中。继续将便携比色组件插入便携分样管中，水样通过顶端比色管的取样小孔流入顶端比色管中，实现一次取样，多参数检测。每次圆孔堵头通过便携取样凸块后，弹簧能够恢复原状，取样接头恢复密封效果；使比色管中水样不能进入取样管中，避免了交叉污染。

（4）排液步骤，取样完毕后，第①三通球阀的三通球体在球体扳手的带动下，顺时针转动90°，转换成球体旁通管连通便携分样管的排液状态，剩余的水样经残液排放孔排出，下次取样检测之前，重复上述分样步骤和排液步骤，对便携分样管进行清洗。

本发明所述的用于水质检测的取样装置应用于在线取样检测时，所述方法包括以下步骤：

（1）分样步骤，所述的取样装置接受到控制单元的信号后，流量控制阀自动打开，第①三通球阀和第②三通球阀均处于球体直通管与两端球阀连通孔，相互贯通的状态，待检测水样经过滤器过滤后，依次流入便携分样管和在线分样管中，水位升至第②液位传感器的预定控制限后，系统关闭流量控制阀，完成分样步骤。

（2）取样步骤，在线配样组件上安装有在线配样皿、取样接头和接头顶盖；紧固支架在电动机的驱动下，沿升降导轨向下运动，在线配样皿插入在线分样管中，当取样接头上的圆孔堵头与在线取样凸块接触时，迫使圆孔挡板压缩弹簧，腔体圆孔被打开，定量水样通过取样接头流入在线配样皿中；当在线分样管中的水位低于在线取样凸块时，电动机驱动紧固支架向上运动，在线配样皿离开在线分样管，完成取样步骤；第①三通球阀和第②三通球阀的三通球体在球体扳手的带动下，转动180°，转换成球体旁通管贯通残液排放孔的状态，排除取样管中的残液。

（3）配样步骤，在控制单元的指令下，联接接头顶盖的第①开关阀、第③开关阀关闭，第②开关阀、第④开关阀和第⑤开关阀打开；第①计量泵从试剂瓶中定量吸取试剂溶液，经由顶盖B孔，添加进在线配样皿中；同时气泵开启，气体在稳压阀的调节下经第①多通接头、第②开关阀、第①三通接头和针管，缓缓进入在线配样皿中，鼓泡混合，使反应液发生反应或显色；多余气体经由顶盖C孔、第②多通接头、第⑤开关阀和第②计量泵而排出，使待测水样充分反应后，完成配样步骤。

（4）排液步骤，反应后的水样经分光比色系统或测量传感器检测后，联接接头顶盖的第②开关阀、第④开关阀和第⑤开关阀关闭，第③开关阀和第①开关阀打开，气泵开启，气体经稳压阀、第①多通接头、第③开关阀、第②三通接头和顶盖B孔进入在线配样组件中；随着系统中气压的增大，在线配样皿中的反应液依次通过针管、第①三通接头和第①开关阀，排入废液桶中，一定时间后，关闭气泵，完成排液步骤。

（5）清洗步骤，联接接头顶盖的第⑤开关阀开启，第②计量泵从清洗剂瓶中，定量吸取清洗液，经第⑤开关阀、第②多通接头注入在线配样皿中，针管重复前述的鼓泡过程，多余气体经顶盖C孔、第②多通接头、第⑤开关阀和第②计量泵而排出。清洗完毕后，重复前述的排液步骤，将清洗液排出，下次正式取样检测之前，重复上述分样步骤、取样步骤和排液步骤，用待检测的水样，润洗在线配样组件，完成清洗步骤。

本发明所述的用于水质检测的取样装置，需要安装于跨越贮存水样容器的边沿取样时，使用一根可变形的导管，一端密封连接所述取样装置的进水端，另一端跨越容器的边沿后，伸入待检测水样的水面下，从便携分样管的开口端吸取水样到U型连通器中，利用液体连通器的虹吸原理，完成取样步骤。

本发明具有结构简单，采用模块化设计，实现取样配样步骤与检测分析步骤相互分离的仪器设计理念，便于日常维护和故障排查；在一台设备上，同时实现了便携手工取样与在线自动监测取样，增加了仪器性能的扩展；取样后，既能够使用分光光度法原理，又便于采用电化学传感器原理来检测水质状态；系统能够设置自动清洗步骤，降低了设备两次连续检测的记忆效应，提高了分析数据的准确度；采用了鼓泡的方式代替传统的搅拌或振动的液体混合方式，简化了设备的结构。本发明也可以根据实际需要，仅应用于现场便携取样，能够满足多用途、多方式、多参数的水质检测需要。

附图说明

图1为水质检测专用取样装置的结构原理图。

图2为水质检测专用取样装置中三通球阀的结构原理图。

图3为水质检测专用取样装置中便携比色组件的结构图。

图4为水质检测专用取样装置中在线配样组件的结构示意图。

图5 为仅应用于现场便携检测时，分样组件的结构示意图。

附图标记：1—过滤器；2—流量控制阀；3—连通器体；4—第①三通球阀；5—便携分样管；6—控制单元；7—便携取样凸块；8—第①液位传感器；9—紧固支架；10—第②三通球阀；11—在线分样管；12—接头紧固孔；13—第②液位传感器；14—在线配样组件；15—在线取样凸块；16—电动机；17—升降导轨；18—接头顶盖；19—取样接头；20—便携比色组件；21—三通球体；22—球阀内腔；23—球体直通管；24—球体旁通管；25—球阀连通孔；26—残液排放孔；27—球体扳手；28—球阀体；29—顶端比色管；30—接头腔体；31—圆孔堵头；32—圆孔挡板；33—密封圈；34—弹簧；35—弹簧支架；36—腔体圆孔；37—环状挡板；38—显色剂；39—第①比色管；40—取样小孔；41—在线配样皿；42—针管；43—顶盖A孔；44—顶盖B孔；45—顶盖C孔；46—第①三通；47—第①开关阀；48—废液桶；49—第①多通接头；50—稳压阀；51—气泵；52—第②开关阀；53—第③开关阀；54—第②三通；55—第④开关阀；56—第①计量泵；57—试剂瓶；58—第②多通接头；59—第⑤开关阀；60—第②计量泵；61—清洗剂瓶；62—测量传感器。

具体实施方式

下面将结合附图说明本发明的具体实施方式：如图1所示，所述取样装置的引水端与便携分样管5、在线分样管11构成底部联通的连通器体3，连通器体3从引水端依次安装有过滤器1、流量控制阀2、第①三通球阀4、便携分样管5、第②三通球阀10、在线分样管11；所述的便携分样管5中，插入便携比色组件20，能够实现取样显色的目的；第①三通球阀4位于便携分样管5与流量控制阀2之间的连通器体3的底部，第②三通球阀10设置于便携分样管5与在线分样管11之间连通器体3的底部；便携分样管5顶端内部设置有便携取样凸块7，两根或多根并联且底部连通的在线分样管11的内部顶端均设置有在线取样凸块15；第①液位传感器8设置于便携分样管5内部的便携取样凸块7上方，第②液位传感器13安装于其中一根在线分样管11内部的在线取样凸块15上方，亦可在多根在线分样管11内部分别安装一个第②液位传感器13；在线配样组件14上依次安装有在线配样皿、取样接头19和接头顶盖18等部件，多个在线配样组件14分别拧紧固定在紧固支架9的接头紧固孔12上；接头顶盖18上加工有能够满足在线配样组件14内外物质转移和交换需要的顶盖小孔；紧固支架9可以在电动机16的驱动下，沿着升降导轨17，在控制单元6的控制下，执行特定的动作；电动机16可以选择直线电动机。

其中，图1所述的第①三通球阀4和第②三通球阀10的结构相同，如图2所示，它们均是由球阀体28、球阀体28内部的球阀内腔22、球阀内腔22内部安装的三通球体21构成；三通球体21与球阀内腔22的上下两个接触面能够密封相切，且依靠固定于其上的球体扳手27的传动，在球阀内腔22的内部自由转动；三通球体21的中部设置有一根贯通所述球体两端的球体直通管23，且一根球体旁通管24与所述的球体直通管23垂直贯通于球心位置；球阀体28上设置有使第①三通球阀4和第②三通球阀10分别与连通器体3相互贯通的球阀连通孔25，且底部设置有排除连通器内残液的残液排放孔26。

为进一步说明本发明的详细特征，如图3所示，便携比色组件20包括顶端比色管29、取样接头19和第①比色管39；所述的取样接头19由接头腔体30、腔体圆孔36、圆孔堵头31、圆孔挡板32、密封圈33、弹簧34、弹簧支架35和环状挡板37构成。两个腔体圆孔36分别设置于接头腔体30的两相对侧面的同一高度处，且其连线通过接头腔体30内的中轴线；两个带有圆孔堵头31和密封圈33的圆孔挡板32，通过弹簧34相连接，弹簧34的中间一段串套在弹簧支架35的横梁上。弹簧支架35的横梁明显短于弹簧34的正常状态，弹簧支架35的支柱底端焊接在接头腔体30内的环状挡板37上。接头腔体30的上下两端均设置有紧固螺纹，用来固定连接顶端比色管29和第①比色管39，或者在线配样皿41和接头顶盖18。顶端比色管29、第①比色管39和在线配样皿41均可采用玻璃、石英或透明高分子材料中的一种材质加工制造而成。顶端比色管29和第①比色管39优选采用预先装填固化显色剂38的比色管，即将比色反应用的显色剂38、缓冲剂、助色剂等化学试剂采用载体吸附剂固化后，装填进入普通比色管中制成；其中的载体吸附剂可以由硅胶、硅藻土、活性炭、高分子多孔微球、玻璃珠、分子筛、石英沙和高分子胶体中的一种或几种组成。顶端比色管29的上壁加工有取样小孔40，以完成顶端比色管29的取样。

为说明本发明应用于在线检测时的详细特征，又如图4所示，所述的在线配样组件14上安装有在线配样皿41、取样接头19和接头顶盖18等部件；所述的接头顶盖18上分别设置有顶盖A孔43、顶盖B孔44和顶盖C孔45。所述的顶盖A孔43中密封插入一根中空针管42，中空针管42的一端亦可以安装上一个多孔筛板，伸入距在线配样皿41的底部不超过10mm处，另一端密封连接位于顶盖A孔43外侧的第①三通46上。第①三通46的一个接头通过管路依次连接第②开关阀52、第①多通接头49、稳压阀50和气泵51；另一个接头密封连接第①开关阀47后，伸入废液桶48中。所述的顶盖B孔44通过管路密封连接第②三通54，第②三通54的一个接头与第③开关阀53密封连接后，再与第①多通接头49的一个接头密封连接；第②三通54的另一个接头依次密封连接第④开关阀55和第①计量泵56，最后插入试剂瓶57的底部。所述的顶盖C孔45依次通过管路，密封连接第②多通接头58、第⑤开关阀59和第②计量泵60后，插入清洗剂瓶61的底部。部分在线配样皿41内部安装有能够直接测量水质状态参数的测量传感器62，以满足某些采用传感器法测量具有优势的状态参数；例如采用化学荧光溶解氧传感器测溶解氧，采用散射光光度传感器测浊度，采用pH电极测量pH值等。本发明所述的第①计量泵56和第②计量泵60也可以选用蠕动泵、真空泵或柱塞泵等能够实现流量、流速控制的驱动装置。

本发明所述的水质检测取样装置应用于现场便携检测时，包括以下步骤：

（1）准备步骤，将第①三通球阀4调整到球体直通管23与球阀连通孔25相贯通的状态，第②三通球阀10调整到球体直通管23与其两端球阀连通孔25的连线相互垂直的关闭状态；将第①比色管39和顶端比色管29通过取样接头19串接组成便携比色组件20，所述顶端比色管29的上端侧壁设置1个或多个取样小孔40。

（2）分样步骤，水样经过滤器1过滤，流量控制阀2控制流速后，通过第①三通球阀4，进入便携分样管5中，达到预定的高度后，第①液位传感器8通过控制单元6，关闭流量控制阀2。

（3）取样显色步骤，将便携比色组件20插入便携分样管5中，便携取样凸块7接触并向内压迫圆孔堵头31，带动圆孔挡板32外侧的密封圈33与腔体圆孔36相互分离，同时压缩弹簧34，水样通过腔体圆孔36，流入第①比色管39中；继续将便携比色组件20插入便携分样管5中，水样通过取样小孔40流入顶端比色管29中，能够实现一次取样，多参数检测；每次圆孔堵头31通过便携取样凸块7后，弹簧34能够恢复原状，使得取样接头19恢复密封效果。

（4）排液步骤，取样完毕后，第①三通球阀4的三通球体21在球体扳手27的带动下，顺时针转动90°，转换成球体旁通管24连通便携分样管5的排液状态，剩余的水样经残液排放孔26排出，下次取样之前，重复上述分样步骤和排液步骤，对便携分样管5进行清洗。

本发明所述的水质检测取样装置应用于在线取样监测的方法包括以下步骤：

（1）分样步骤，所述的取样系统接受到控制单元6的信号后，流量控制阀2自动打开，第①三通球阀4和第②三通球阀10处于球体直通管23与其两端球阀连通孔25贯通的状态；待检测水样经过滤器1过滤后，依次流入便携分样管5和在线分样管11中，水量上升至第②液位传感器13的预定水位限后，系统关闭流量控制阀2，完成分样步骤。

（2）取样步骤，固定有在线配样组件14的紧固支架9在电动机16的驱动下，沿升降导轨17向下运动，在线配样皿41插入在线分样管11中，当取样接头19上的圆孔堵头31与在线取样凸块15接触时，压力迫使圆孔堵头31向内移动，带动圆孔挡板32压缩弹簧34，同时腔体圆孔36被打开，定量水样通过取样接头19流入在线配样皿41中。当在线分样管11中的水位低于在线取样凸块15时，电动机16驱动紧固支架9向上运动，在线配样皿41离开在线分样管11，完成取样步骤。第①三通球阀4和第②三通球阀10的三通球体21在球体扳手27的带动下，转动180度，转换成球体旁通管24连通残液排放孔26的状态，排除取样管中的残液。

（3）配样步骤，在控制单元6的指令下，联接接头顶盖18的第①开关阀47、第③开关阀53关闭，第②开关阀52、第④开关阀55和第⑤开关阀59打开；第①计量泵56从试剂瓶57中定量吸取化学试剂，通过顶盖B孔44加入在线配样皿41中；气泵51开启，气体经稳压阀50的调节后，依次通过第①多通接头49、第②开关阀52、第①三通46和针管42，缓缓进入在线配样皿41中，鼓泡混合化学溶液；多余气体依次流经顶盖C孔45、第②多通接头58、第⑤开关阀59和第②计量泵60而排出，使待测水样充分显色或测定后，完成配样步骤。

（4）排液步骤，显色后的水样经外置比色系统或内置测量传感器62检测后，联接接头顶盖18的第②开关阀52、第④开关阀55和第⑤开关阀59关闭，第③开关阀53和第①开关阀47打开；气泵51开启，气体经稳压阀50、第①多通接头49、第③开关阀53、第②三通54和顶盖B孔44进入在线配样组件14中；随着系统中气压的增大，在线配样皿41中的反应液依次通过针管42、第①三通46和第①开关阀47，排入废液桶48中，一定时间后，关闭气泵51，完成排液步骤。

（5）清洗步骤，联接接头顶盖18的第⑤开关阀59开启，第②计量泵60从清洗剂瓶61中，定量吸取清洗液，经第⑤开关阀59、第②多通接头58注入在线配样皿41中，针管42重复前述的鼓泡过程，多余气体经顶盖C孔45、第②多通接头58、第⑤开关阀59和第②计量泵60而排出；清洗完毕后，重复前述的排液步骤，将清洗液排出。下次正式取样检测之前，重复上述分样步骤、取样步骤和排液步骤，用待检测的水样，润洗在线配样组件14内部，完成清洗步骤。

当仅将本发明应用于现场检测取样时，又如图5所示，本发明可以不包括在线监测系统的部件。所述分样装置的连通器体3从引水端依次安装有过滤器1、流量控制阀2、第①三通球阀4和便携分样管5，所述的便携分样管5的顶部依次安装有便携取样凸块7和第①液位传感器8；当需要跨越贮存水样的容器边沿取样时，使用一根可变形的导管，一端密封连接所述取样装置的进水端，另一端跨越容器的边沿后，伸入待检测水体的水面下；从便携分样管5的开口端吸取水样到U型连通器中，利用液体连通器的虹吸原理，完成分样步骤。所述的分样系统配合便携比色组件20完成取样显色步骤，结合系统自带或外置的比色装置，能够完成水样的现场检测。

本领域的技术人员可以从本发明中得到启发，做出大量的改进而获利。这些修改被认为是包含在本发明范围内的，权利要求中已经阐明了该范围。

Claims (11)

1.一种用于水质检测的取样装置，其特征在于：所述取样装置的引水端与便携分样管（5）、在线分样管（11）组成连通器结构，从连通器体（3）的进水端，依次安装有过滤器（1）、流量控制阀（2）、第①三通球阀（4）、便携分样管（5）、第②三通球阀（10）和在线分样管（11）；第①三通球阀（4）位于流量控制阀（2）与便携分样管（5）之间连通器体（3）底部，第②三通球阀（10）位于便携分样管（5）与在线分样管（11）之间连通器体（3）底部；便携分样管（5）内部设置有便携取样凸块（7），在线分样管（11）内部设置有在线取样凸块（15）；第①液位传感器（8）设置于便携分样管（5）的便携取样凸块（7）上方，第②液位传感器（13）安装于在线分样管（11）的在线取样凸块（15）上方；在线配样组件（14）通过接头紧固孔（12）固定在紧固支架（9）上，在控制单元（6）的控制下，电动机（16）驱动紧固支架（9），依靠升降导轨（17）执行预定动作。

2.根据权利要求1所述的一种用于水质检测的取样装置，其特征在于：所述第①三通球阀（4）和第②三通球阀（10）的结构相同，均由球阀体（28）、球阀内腔（22）和三通球体（21）构成；三通球体（21）安装于球阀内腔（22）内部，与球阀内腔（22）的上下两个接触面密封相切，且通过球体扳手（27）的传动，能够在球阀内腔（22）的内部自由转动；三通球体（21）中部设置有一根贯通于所述球体两端的球体直通管（23），且所述球体直通管（23）与一根球体旁通管（24）垂直贯通于球心位置，构成三通结构；球阀体（28）两端分别设置有使第①三通球阀（4）和第②三通球阀（10）与连通器体（3）底部相贯通的球阀连通孔（25），底部设置有残液排放孔（26）。

3.根据权利要求1所述的一种用于水质检测的取样装置，其特征在于：所述在线配样组件（14）上安装有取样接头（19），取样接头（19）由接头腔体（30）、腔体圆孔（36）、圆孔堵头（31）、圆孔挡板（32）、密封圈（33）、弹簧（34）、弹簧支架（35）和环状挡板（37）构成；两个腔体圆孔（36）分别设置于接头腔体（30）的相对两侧面的同一高度处，且其连线通过接头腔体（30）内的中轴线；两个均带有圆孔堵头（31）和密封圈（33）的圆孔挡板（32），通过弹簧（34）相连接，弹簧（34）的中间一段串套在弹簧支架（35）的横梁上，弹簧支架（35）的支柱底端焊接在接头腔体（30）内的环状挡板（37）上；接头腔体（30）的上下两端能够固定顶端比色管（29）和第①比色管（39），或者连接在线配样皿（41）和接头顶盖（18）。

4.根据权利要求1所述的一种用于水质检测的取样装置，其特征在于：在线配样组件（14）上安装有接头顶盖（18），所述接头顶盖（18）上分别设置有顶盖A孔（43）、顶盖B孔（44）和顶盖C孔（45）；所述顶盖A孔（43）中密封插入一根中空针管（42），其一端伸入在线配样皿（41）内部距其底部0～10mm处，另一端密封连接位于顶盖A孔（43）外侧的第①三通（46）上；第①三通（46）的一个接头通过管路依次连接第②开关阀（52）、第①多通接头（49）、稳压阀（50）和气泵（51），另一个接头密封连接第①开关阀（47）后，插入废液桶（48）中；所述顶盖B孔（44）通过管路密封连接第②三通（54），第②三通（54）的一个接头与第③开关阀（53）密封连接后，再与第①多通接头（49）的一个接头密封连接，第②三通（54）的另一个接头依次密封连接第④开关阀（55）和第①计量泵（56），最后插入试剂瓶（57）中；所述顶盖C孔（45）通过管路，依次密封连接第②多通接头（58）、第⑤开关阀（59）和第②计量泵（60）后，插入清洗剂瓶（61）中；所述的第①计量泵（56）和第②计量泵（60）可以用蠕动泵、真空泵或柱塞泵代替。

5.根据权利要求1所述的一种用于水质检测的取样装置，其特征在于：所述在线配样组件（14）上安装有在线配样皿（41），所述的在线配样皿（41）设置有测量水质性状参数的测量传感器（62）。

6.根据权利要求1所述的一种用于水质检测的取样装置，其特征在于：所述在线配样组件（14）上安装的在线配样皿（41）是采用玻璃、石英或透明高分子材料中的一种材料制成外形为圆柱体或长方体的皿状结构；采用圆柱体结构时，在圆柱体的侧面，加工有一对相互平行的两个侧面。

7.根据权利要求1所述的一种用于水质检测的取样装置，其特征在于：所述便携分样管（5）中插入便携比色组件（20），实现取样显色功能；所述便携比色组件（20）是由顶端比色管（29）、第①比色管（39）和取样接头（19）组成；所述的顶端比色管（29）和第①比色管（39）采用玻璃、石英或透明高分子材料中的一种制成，内部装填固定有显色剂（38）、缓冲剂和助色剂的载体吸附剂；所述的载体吸附剂是由硅胶、硅藻土、活性炭、高分子多孔微球、玻璃珠、分子筛、石英砂和高分子胶体中的一种或几种组成；所述便携比色组件（20）安装有一个或数个第①比色管（39）和取样接头（19）。

8.根据权利要求1所述的一种用于水质检测的取样装置，其特征在于：仅用于现场便携检测时，包括分样系统和取样系统；所述分样系统是由过滤器（1）、流量控制阀（2）、连通器体（3）、第①三通球阀（4）和便携分样管（5）构成的U型连通器；所述取样系统的便携比色组件（20）是由预先装填固化显色剂（38）的比色管和取样接头（19）构成。

9.根据权利要求1所述的一种用于水质检测的取样装置，其特征在于：需要跨越贮存水样容器的边沿取样时，使用一根可变形的导管，导管一端密封连接所述取样装置的进水端，另一端伸入待检水体的水面下，在便携分样管（5）的开口端形成负压，吸取水样到连通器中，完成取样步骤。

10.一种用于权利要求1至9任一项所述的水质检测现场便携取样方法，其特征在于，包含以下步骤：

准备步骤，调整第①三通球阀（4）的球体直通管（23）与球阀连通孔（25）相贯通的状态，调整第②三通球阀（10）的球体直通管（23）与其两端球阀连通孔（25）的连线相互垂直的位置，将第①比色管（39）和顶端比色管（29）通过取样接头（19）串接成便携比色组件（20），所述顶端比色管（29）的上端侧壁设置1个或多个取样小孔（40）；

分样步骤，水样经过滤器（1）过滤，流量控制阀（2）控制流速后，通过第①三通球阀（4），进入便携分样管（5）中，达到预定高度后，第①液位传感器（8）通过控制单元（6）关闭流量控制阀（2）；

取样显色步骤，将便携比色组件（20）插入便携分样管（5）中，便携取样凸块（7）接触并压迫圆孔堵头（31），带动圆孔挡板（32）外侧的密封圈（33）与腔体圆孔（36）相互分离，同时压缩弹簧（34），水样通过腔体圆孔（36），进入第①比色管（39）中，继续将便携比色组件（20）插入便携分样管（5）中，水样通过取样小孔（40）流入顶端比色管（29）中，完成取样显色，每次圆孔堵头（31）通过便携取样凸块（7）后，弹簧（34）恢复原状，取样接头（19）恢复密封效果；

排液步骤，取样完毕后，球体扳手（27）带动第①三通球阀（4）的三通球体（21）转动90°，转换成球体旁通管（24）连通便携分样管（5）的状态，便携分样管（5）中剩余的水样经残液排放孔（26）排出，下次取样检测之前，重复上述分样步骤和排液步骤，对便携分样管（5）进行清洗。

11.一种用于权利要求1至9任一项所述的水质在线检测的取样方法，其特征在于，包含以下步骤：

分样步骤，所述的取样系统接收到控制单元（6）的信号后，流量控制阀（2）自动打开，第①三通球阀（4）和第②三通球阀（10）处于球体直通管（23）与其两端球阀连通孔（25）贯通的状态，待检测水样经过滤器（1）过滤后，依次流入便携分样管（5）和在线分样管（11）中，水位升至第②液位传感器（13）的预定控制限时，流量控制阀（2）关闭，完成分样步骤；

取样步骤，在线配样组件（14）上安装有在线配样皿（41）、取样接头（19）和接头顶盖（18），紧固支架（9）在电动机（16）的驱动下，沿升降导轨（17）向下运动，在线配样皿（41）插入在线分样管（11）中，当取样接头（19）上的圆孔堵头（31）与在线取样凸块（15）接触时，圆孔挡板（32）压缩弹簧（34），腔体圆孔（36）被打开，水样通过取样接头（19）流入在线配样皿（41）中，在线分样管（11）中的水位低于在线取样凸块（15）时，电动机（16）驱动紧固支架（9）向上运动，在线配样皿（41）离开在线分样管（11），完成取样步骤；

配样步骤，在控制单元（6）的指令下，联接接头顶盖（18）的第①开关阀（47）、第③开关阀（53）关闭，第②开关阀（52）、第④开关阀（55）和第⑤开关阀（59）开启，第①计量泵（56）从试剂瓶（57）中定量吸取试剂溶液，通过顶盖B孔（44）加入在线配样皿（41）中，气泵（51）开启，气体在稳压阀（50）的调节下经第①多通接头（49）、第②开关阀（52）、第①三通（46）和针管（42），缓缓进入在线配样皿（41）中，鼓泡混合反应液，多余气体经顶盖C孔（45）、第②多通接头（58）、第⑤开关阀（59）和第②计量泵（60）而排出，水样充分反应后，完成配样步骤；

排液步骤，反应液经测量系统检测后，联接接头顶盖（18）的第②开关阀（52）、第④开关阀（55）和第⑤开关阀（59）关闭，第③开关阀（53）和第①开关阀（47）打开，气泵（51）开启，气体经稳压阀（50）、第①多通接头（49）、第③开关阀（53）、第②三通（54）和顶盖B孔（44）进入在线配样组件（14）中，随着系统中压力的增大，在线配样皿（41）中的反应液依次通过针管（42）、第①三通（46）和第①开关阀（47），排入废液桶（48）内，一段时间后，关闭气泵（51），完成排液步骤；

清洗步骤，联接接头顶盖（18）的第⑤开关阀（59）开启，第②计量泵（60）定量吸取清洗剂瓶（61）中的清洗液，经第⑤开关阀（59）和第②多通接头（58）注入在线配样皿（41）内，针管（42）重复前述的鼓泡过程，多余气体经顶盖C孔（45）、第②多通接头（58）、第⑤开关阀（59）和第②计量泵（60）而排出，清洗完毕后，重复前述的排液步骤，排出清洗液，下次正式取样检测之前，重复上述分样步骤、取样步骤和排液步骤，用待检测的水样，润洗在线配样组件（14），完成清洗步骤。

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