CN113358423A - 一种准连续环境大气气体采样装置 - Google Patents

一种准连续环境大气气体采样装置 Download PDF

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Abstract

本发明的一种准连续环境大气气体采样装置，包括采样箱和采样管路，还包括控制系统，所述采集管路和控制系统都设置在采集箱里；在进气口通过输气管依次联接干燥器、颗粒物过滤器、单向阀，单向阀再联接到气体贮存盘管；气体贮存盘管的出口通过三通、蠕动泵再通过输气管联接到排气口；三通的另一分支通过阀门、输气管联接到气体快速接头；所述控制系统的控制器依次通过数据线、继电器和双绞线联接蠕动泵。本发明结构简单，使用方便，可在不适合放置测量仪器的场所获取长时间准连续的环境大气样品，也可使用多个装置放在不同位置进行同步采样，还可以将该装置放置在车辆上进行移动采样；通过无线通信定位模块可以监控当前的工作状态并进行远程控制。

Description

一种准连续环境大气气体采样装置
技术领域
本发明涉及大气采样技术领域，具体涉及一种准连续环境大气气体采样装置。
背景技术
温室气体是导致全球变暖和气候变化的重要因素，对温室气体的排放和浓度监测至关重要。随着我国做出的关于碳排放峰值和碳中和的承诺，急需对环境大气温室气体浓度进行实时连续监测，而气体样品的原位采样是传统温室气体监测的高精度方法。
为了获取大气关键温室气体成分的浓度数据，大都使用设置在背景监测站点或环境监测站点的气体分析仪器实时采样分析。
但在野外或供电困难的偏远区域，由于不适合放置大型的实时采样分析设备，因此只能依赖人工对气体进行采样再带回实验室分析。用此种方式采集的气体样品只能获得某个时间点的温室气体浓度信息。若想同时从几个不同的监测点获取样品，就需要多名工作人员在不同地点同时采样，这大大增加了监测成本。
在采样现场，现有的气体样品采样装置主要用单个采集瓶或多个采集管来保存气体样品。单个采集瓶方式用于人工在待测地点进行单个时间点的现场采样。多个采集管方式多用于人工在待测地点进行多个时间点的现场采样，采集管的数量决定了采集样品的个数。但是这两种装置均无法进行长时间连续的气体样品采集。
发明内容
本发明提出的一种准连续环境大气气体采样装置，可解决偏远地区环境大气温室气体浓度监测中原位采样的样品数量少以及非连续采集问题。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种准连续环境大气气体采样装置，包括采样箱和采样管路，还包括控制系统，所述采集管路和控制系统都设置在采集箱里；
所述采样管路包含进气口、干燥器、颗粒物过滤器、气体贮存盘管、排气口、气体快速接头；
在进气口通过输气管依次联接干燥器、颗粒物过滤器、单向阀，单向阀再联接到气体贮存盘管；气体贮存盘管的出口通过三通、蠕动泵再通过输气管联接到排气口；
三通的另一分支通过阀门、输气管联接到气体快速接头；
所述控制系统包含控制器、继电器、显示屏及无线通信定位模块；控制器依次通过数据线、继电器和双绞线联接蠕动泵；无线通信定位模块通过数据线与控制器联接；显示屏通过数据线与控制器联接。
其中，所述采样箱包括可密封安装的箱体及面板，在面板上设置有进气口、阀门旋钮、出气口、气体快速接头、显示屏、电源开关；在采样箱顶部设置有无线通信定位模块。
所述控制器根据设定的工作时间控制继电器的通断继而控制蠕动泵的工作与否，无线通信定位模块将控制器和远程控制单元通过无线方式进行互联，实现控制器和远程控制单元之间的数据交互，远程控制单元通过无线通讯模块接收系统工作状态并通过发送指令调整系统的工作模式。
系统采用设定的时间间隔来采集环境大气样品，开始采样时，蠕动泵将气体抽入气体贮存盘管，到达设定的采样时间长度后，蠕动泵停止工作，气体贮存盘管中就保留了一段气体样品柱；再一次到达设定的采样时间时，蠕动泵开始工作，将新一段气体抽入气体贮存盘管，按此种方式循环操作，气体贮存盘管中就保存了多个时间点对应的多个气体样品；选择的气体贮存盘管管径较细，气体样品在气体贮存盘管内不容易产生扩散，保持了样品的稳定性。系统可以通过设置采样时间间隔和每次采样的时长来实现准连续气体采样，也可以通过设置一次性采样时长来实现一定时间范围内的连续气体采样。
样品采集完毕后，将采样装置带回实验室；用输气管将气体快速接头和实验室的气体测试仪器联接，打开阀门，气体测试仪器将储存在气体贮存盘管里的气体样品依次抽入进行分析。
则本发明的准连续环境大气气体采样装置的采样方法包括以下步骤：
气体采样步骤如下：
(11)进气口、干燥器、颗粒物过滤器、单向阀、气体贮存盘管、出气口、三通、蠕动泵、继电器、控制器、无线通信定位模块、远程控制单元均处于准备工作状态，阀门闭合；
(12)控制器通过继电器控制蠕动泵向外抽气；
(13)气体通过进气口进入干燥器干燥；
(14)气体通过颗粒物过滤器过滤颗粒物；
(15)气体进入气体贮存盘管；
(16)控制器通过继电器控制蠕动泵停止工作；
通过以上程序，从而完成了气体的采样。
进一步的，输出样品步骤如下，
(27)实验室检测设备联接气体快速接头；
(28)进气口、干燥器、颗粒物过滤器、单向阀、气体贮存盘管、三通、阀门、气体快速接头均处于准备工作状态，打开阀门；
(29)实验室检测设备抽取气体样品；
(30)气体样品通过三通、阀门、气体快速接头进入实验室检测设备；
(31)气体样品抽取完毕后，关闭阀门，断开气体快速接头和实验室检测设备间的联接；
(32)通过以上程序，从而完成了气体贮存盘管输出气体样品。
进一步的，还包括控制步骤如下，
(36)控制器、继电器、显示屏、无线通信定位模块、远程控制单元均处于准备工作状态；
(37)控制器根据预先设置好的程序，按照时间间隔通过继电器控制蠕动泵工作；
(38)控制器将当前系统工作状态通过显示屏显示；
(39)控制器将当前系统工作状态通过无线通信定位模块发往远程控制单元；
远程控制单元通过无线通信定位模块向控制器发送控制指令，调整系统工作模式和工作状态。
由上述技术方案可知，本发明的准连续环境大气气体采样装置是一种能方便携带，在无人值守情况下能获取长时间准连续气体样品的环境大气气体采样装置。本发明主要结构由进气口、干燥器、颗粒物过滤器、单向阀、气体贮存盘管、蠕动泵、三通、排气口、气体快速插头、继电器、控制器、无线通信定位模块组成，采用蠕动泵采样、气体干燥、气体颗粒物过滤、流量控制、气样保存、控制器控制、远程数据传输，远程控制单元，进行环境大气样品的准连续采样，再将气体样品送交实验室检测。
此装置选择的细管径气体贮存盘管，可以同时保存多个独立的气体样品，在采样的同时还保存了每次的采样时间和地点，提高了采样的可靠性，扩展了样品的使用范围；此装置设计先进合理，结构简单，使用方便，可在不适合放置测量仪器的场所获取长时间准连续的环境大气样品，也可使用多个装置放在不同位置进行同步采样，还可以将该装置放置在车辆上进行移动采样；通过无线通信定位模块可以监控当前的工作状态并进行远程控制。
附图说明
图1为本发明的组成示意图；
图2为本发明的气体贮存盘管截面示意图；
图3为本发明的外部结构示意图；
图4为本发明的壳体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，本实施例所述的准连续环境大气气体采样装置，包括：采样箱，所述采样箱包括可密封安装的箱体及面板。
采样管路，所述采样管路包含进气口1、干燥器3、颗粒物过滤器5、单向阀7、气体贮存盘管8、三通9、蠕动泵10、阀门、排气口20及气体快速接头23组成；在进气口1上方通过输气管2联接干燥器3，通过输气管4联接颗粒物过滤器5，通过输气管6、单向阀7联接到气体贮存盘管8；气体贮存盘管8通过三通9、蠕动泵10、输气管19联接到排气口20；三通9通过阀门21、输气管22联接到气体快速接头23。
控制系统，所述控制系统包含控制器、继电器、显示屏及无线通信定位模块；控制器14向右通过数据线13、继电器12和双绞线11联接蠕动泵10；无线通信定位模块16通过数据线15与控制器14联接；显示屏18通过数据线17与控制器14联接；
具体的说，所述的干燥器3呈圆柱体，在干燥器下侧通过输气管2联接进气口1。
所述的颗粒物过滤器5呈圆柱体，在颗粒物过滤器下侧通过输气管4联接到干燥器3，在颗粒物过滤器的上部自下而上依次设有输气管6、单向阀7、气体贮存盘管8。
所述的气体贮存盘管8为不锈钢材质的细长管盘绕而成。
所述的蠕动泵10，为卧式，上部通过三通9联接到气体贮存盘管8。
所述的控制器14的右侧依次通过数据线13、继电器12和双绞线11联接到蠕动泵10。
所述的三通9通过蠕动泵10、输气管19联接到排气口20；同时三通9通过阀门21和输气管22联接到气体快速接头23，所述的阀门为手动式快开阀门。
所述的显示屏18通过数据线17与控制器14联接，用于显示采样系统当前状态，所述的显示屏为电容触摸屏。
图2为本发明的气体贮存盘管截面示意图，具体的该气体贮存盘管由内径为2.5毫米、长度为200米的304不锈钢管盘绕而成。较细的管径可以有效降低管内气体的流动和扩散，保证了气体样品的时间序列特征，即某个时刻采集的样品可以较长时间维持其物理化学性质。较长的盘管长度可以容纳更多样品，便于实现连续样品采集或者根据程序设定进行定时采集。
图3所示，为本发明的外部结构示意图。包括进气口1，显示屏18、排气口20、阀门旋钮21、气体快速接头23、电源开关24。
图4所示，为本发明的壳体结构示意图。
所述采样箱包括可密封安装的箱体及面板，在面板上设置有进气口、阀门旋钮、出气口、气体快速接头、显示屏、电源开关；在采样箱顶部设置有无线通信定位模块。
箱体包括气体存储腔体25、控制器件腔体26、上盖板27、固定插销28和29、输气管过孔30和31、面板32，输气管过孔30和31设置在气体存储腔体25和控制器件腔体26之间的隔板上；固定插销设置在腔体25里，用于简单固定气体贮存盘管。
安装时，打开上盖板27，拔掉固定插销28和29，将气体贮存盘管放入气体存储腔体25，插入固定插销28和29，将控制部分放入控制器件腔体26，气体贮存盘管和控制部分通过穿过输气管过孔30和31的输气管进行联接。
以下是本发明的采样方法：
(一)准连续采样
为了采集更大时间范围内的环境大气样品，利用本实施例中的环境大气气体采样装置进行环境大气样品准连续采样的方法，包括如下步骤：
通过触摸屏或远程控制单元设置系统为准连续采样模式，设定样品采集起始工作时间，设定每次采样的时间间隔、每次采样持续时间长度以及采样总时长。
到达设定的样品采集起始工作时间时，蠕动泵10工作。蠕动泵10工作时，通过采样管路抽取经干燥和颗粒物过滤的环境大气。当采样时间长度到达设定的每次采样持续时间长度时，蠕动泵停止抽气，采集的样品气体将存储于气体贮存盘管8中。
当时间到达设定的每次采样的时间间隔时，蠕动泵10工作，通过采样管路抽取经干燥和颗粒物过滤的环境大气。当采样时间长度到达设定的每次采样持续时间长度时，蠕动泵停止抽气，又一段采集的样品气体将存储于气体贮存盘管8中。
采样装置按照设定的准连续采样模式持续工作，气体贮存盘管8将连续存储每次采集的气体样品。
采样装置按照设定的样品采集起始工作时间t0、每次采样的时间间隔t0n、每次采样持续时间长度t1n持续采样，可以获取整个采样时间范围内的准连续的气体样品。
当总的采样时长等于设定的采用总时长时，采样停止，控制器向远程控制单元发送系统状态信息，并等待接收远程控制单元新的控制指令。
采样结束后，将采集装置带回实验室。实验室的气体检测设备通过气体快速接头21联接采样装置，打开阀门21对样品进行抽取并测试。
由采样时蠕动泵的抽气流速v、记录的样品采集起始工作时间t0、每次采样的时间间隔t0n、每次采样持续时间长度t1n和实验室气体检测设备的抽气流速v’，可以得到当前检测的气体样品的获取时刻。
样品抽取结束后，关闭阀门21。
(二)定时连续采样
为了连续采集特定时间段的环境大气样品，利用本实施例中的气体采样装置进行环境大气样品定时采样的方法，包括如下步骤：
通过触摸屏或远程控制单元设置系统为定时采样模式，设定样品采集起始工作时间，设定样品采集时间长度。
到达设定的样品采集起始工作时间时，蠕动泵10工作。蠕动泵10工作时，通过采样管路抽取经干燥和颗粒物过滤的环境大气，当蠕动泵10工作时间长度等于设定的样品采集时间长度时，蠕动泵停止抽气，采集的样品气体将存储于气体贮存盘管8中。
控制器向远程控制单元发送系统状态信息，并等待接收远程控制单元新的控制指令。控制器根据设定的时间间隔，通过继电器控制蠕动泵来进行气体采样。
采样结束后，将采集装置带回实验室。实验室的气体检测设备通过气体快速接头21联接采样装置，打开阀门21对样品进行抽取并测试。
由采样时蠕动泵的抽气流速v、记录的样品采集起始工作时间t0、采样的时间长度t1和实验室气体检测设备的抽气流速v’，可以得到当前检测的气体样品的获取时刻。
样品抽取结束后，关闭阀门21。
综上所述，本发明实施例的此装置选择的细管径气体贮存盘管，可以同时保存多个独立的气体样品，在采样的同时还保存了每次的采样时间和地点，提高了采样的可靠性，扩展了样品的使用范围；此装置设计先进合理，结构简单，使用方便，可在不适合放置测量仪器的场所获取长时间准连续的环境大气样品，也可使用多个装置放在不同位置进行同步采样，还可以将该装置放置在车辆上进行移动采样；通过无线通信定位模块可以监控当前的工作状态并进行远程控制。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种准连续环境大气气体采样装置，包括采样箱和采样管路，其特征在于：还包括控制系统，所述采集管路和控制系统都设置在采集箱里；
所述采样管路包含进气口(1)、干燥器(3)、颗粒物过滤器(5)、气体贮存盘管(8)、排气口(20)、气体快速接头(23)；
在进气口(1)通过输气管依次联接干燥器(3)、颗粒物过滤器(5)、单向阀(7)，单向阀(7)再联接到气体贮存盘管(8)；气体贮存盘管(8)的出口通过三通(9)、蠕动泵(10)再通过输气管联接到排气口(20)；
三通(9)的另一分支通过阀门(21)、输气管联接到气体快速接头(23)；
所述控制系统包含控制器(14)、继电器(12)、显示屏(18)及无线通信定位模块(16)；
控制器(14)依次通过数据线、继电器(12)和双绞线(11)联接蠕动泵(10)；
无线通信定位模块(16)通过数据线与控制器(14)联接；显示屏(18)通过数据线与控制器(14)联接。
2.根据权利要求1所述的准连续环境大气气体采样装置，其特征在于：
所述的气体贮存盘管(8)为不锈钢材质的细长管盘绕而成。
3.根据权利要求1所述的准连续环境大气气体采样装置，其特征在于：所述采样箱包括可密封安装的箱体及面板；
所述箱体内设置气体存储腔体(25)、控制器件腔体(26)和上盖板(27)；
进气口、阀门旋钮、出气口、气体快速接头、显示屏、电源开关设置在面板上；无线通信定位模块设置在箱体顶部。
4.根据权利要求3所述的准连续环境大气气体采样装置，其特征在于：
所述箱体内还包括固定插销、输气管过孔；
输气管过孔设置在气体存储腔体(25)和控制器件腔体(26)之间的隔板上，安装时，打开上盖板(27)，拔掉固定插销，将气体贮存盘管(8)放入气体存储腔体(25)，插入固定插销，将控制系统放入控制器件腔体(26)，气体贮存盘管(8)和控制系统通过穿过输气管过孔的输气管进行联接。
5.根据权利要求1所述的准连续环境大气气体采样装置，其特征在于：所述蠕动泵(10)为卧式。
6.根据权利要求1所述的准连续环境大气气体采样装置，其特征在于：
所述的阀门(21)为手动式快开阀门。
7.根据权利要求1所述的准连续环境大气气体采样装置，其特征在于：
所述显示屏(18)为电容触摸屏。
8.一种准连续环境大气气体采样装置的采样方法，其特征在于：包括气体采样步骤如下：
(11)进气口、干燥器、颗粒物过滤器、单向阀、气体贮存盘管、出气口、三通、蠕动泵、继电器、控制器、无线通信定位模块、远程控制单元均处于准备工作状态，阀门闭合；
(12)控制器通过继电器控制蠕动泵向外抽气；
(13)气体通过进气口进入干燥器干燥；
(14)气体通过颗粒物过滤器过滤颗粒物；
(15)气体进入气体贮存盘管；
(16)控制器通过继电器控制蠕动泵停止工作；
通过以上程序，从而完成了气体的采样。
9.根据权利要求8所述的一种准连续环境大气气体采样装置的采样方法，其特征在于：包括输出样品步骤如下，
(21)实验室检测设备联接气体快速接头；
(22)进气口、干燥器、颗粒物过滤器、单向阀、气体贮存盘管、三通、阀门、气体快速接头均处于准备工作状态，打开阀门；
(23)实验室检测设备抽取气体样品；
(24)气体样品通过三通、阀门、气体快速接头进入实验室检测设备；
(25)气体样品抽取完毕后，关闭阀门，断开气体快速接头和实验室检测设备间的联接；
(26)通过以上程序，从而完成了气体贮存盘管输出气体样品。
10.根据权利要求8所述的一种准连续环境大气气体采样装置的采样方法，其特征在于：还包括控制步骤如下，
(31)控制器、继电器、显示屏、无线通信定位模块、远程控制单元均处于准备工作状态；
(32)控制器根据预先设置好的程序，按照时间间隔通过继电器控制蠕动泵工作；
(33)控制器将当前系统工作状态通过显示屏显示；
(34)控制器将当前系统工作状态通过无线通信定位模块发往远程控制单元；
(35)远程控制单元通过无线通信定位模块向控制器发送控制指令，调整系统工作模式和工作状态。
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