CN114705511A - 一种多通道气体采样器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通道气体采样器，包括机箱、设于机箱内的采样系统和旋转式多通道气路切换系统，所述采样系统通过聚四氟乙烯管与旋转式多通道气路切换装置的气口相连接，所述旋转式多通道气路切换装置具有多个气路，所述旋转式多通道气路切换系统包括电机、旋转气路切换结构，电机带动旋转气路切换结构旋转调节，并对应相应气路以采集不同气体样品。本发明采用微型采气泵联用质量控制系统，确保采样过程恒流，采样人员每次更换吸附管时只需要将吸附管和鲁尔公母接头准确对接，不需要每次检查装置的气密性和采样流量；且通过改进，可以降低外界环境温度和压强的波动对样品的影响，以及残留气体对下一次采样的影响，提高采样精准度。

Description

一种多通道气体采样器

技术领域

本发明涉及气体采样装置技术领域，具体为一种多通道气体采样器。

背景技术

大气环境监测技术是污染物溯源、污染天气预警的重要手段，包括样品采集和分析。针对环境空气样品中痕量组分，由于直接检测达不到分析仪的检出限，在样品采集时需要进行富集浓缩。吸附管采样法是常用的气体富集浓缩的采样方法。针对目标气体组分，在吸附管中装入相应的填充剂，结合动力装置，空气样品中的待测组分经过填充剂被截留，实现目标组分的富集。常见的吸附管如Tenax吸附管、硅胶吸附管、活性炭吸附管等。传统气体样品采样中，大气采样器是最常见的动力装置，可控制空气样品的进气流量和采样时间，确定采样体积。待采样完成后，对吸附管内富集的气体组分进行脱附，以便后续定性定量分析。现有大气采样器以双气路为主，通过控制电磁阀来控制多个气路的转换。

现有技术中，使用传统大气采样器作为吸附管的动力装置采集气体样品，主要存在以下几个弊端：

(1)一次只能采集一个样品，无法实现样品连续采集。为了反映大气污染组分在一段时间的变化规律或实现对空气污染天气进行预警预报，通常需要对样品进行连续采集及分析，因为换样、重新设置采样流量等环节需要人工操作，造成采样人员在该点位需长时间驻守，增加人工成本。

(2)缺乏温度、湿度、流量等校准技术，易导致监测结果产生偏差。

(3)一次只能连接一根吸附管，仅能对某种或某类气体组分进行采集，测其他目标组分时需重新更换吸附管，并设置相应的采样参数，无法实现一次仪器操作采集多种气体组分。

(4)现有多通道大气采样器主要是通过控制多个电磁阀来控制多个气路的转换，有多少个通道则需要多少个电磁阀，且工作时各个电磁阀都要一直通电，其缺点在于体积庞大，能耗相对较高。

为了解决上述问题，本案由此而生。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种多通道气体采样器，解决了上述背景技术中提出的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种多通道气体采样器，包括机箱、设于机箱内的采样系统和旋转式多通道气路切换系统，所述采样系统通过吸附管与旋转式多通道气路切换装置的气口相连接，所述旋转式多通道气路切换装置具有多个气路，所述旋转式多通道气路切换系统包括电机、旋转气路切换结构，电机带动旋转气路切换结构旋转调节，并对应相应气路以采集不同气体样品。

优选的，所述旋转式多通道切换结构包括固定盘、齿轮、进气管路、出气管路、固设于箱体内的圆环支架，多通道切换阀、聚四氟乙烯管，所述聚四氟乙烯管设有多个，并分别设于固定盘内侧，所述电机与多通道切换阀平行固定在圆环支架上，固定盘的底部有一大一小两个齿轮，小齿轮在电机的下方，大齿轮在多通道切换阀的下方。

优选的，所述多通道切换阀的侧边分上下两层均匀分布10个螺纹孔，作为为所采集样品气体的进、出通道口，每个所述孔连接聚四氟乙烯管，下层螺纹孔连接出的聚四氟乙烯管与采样器上方的鲁尔公接头相连(作为进气端)，上层连接出的聚四氟乙烯管与采样器上方的鲁尔母接头相连(作为出气端)，通过螺纹卡套直通终端将整个装置紧固为一体。

优选的，所述电机通过将电脉冲信号转换成相应的角位移带动底部的小齿轮转动，小齿轮再带动旋转气路切换阀底部的大齿轮转动，大齿轮带动内部的转座转动，实现气路切换。

优选的，所述旋转式多通道切换结构包括设于机箱上设有圆环支架，吸附管周向布置于圆环支架上，吸附管一侧设有与之相通的抽吸管，其中抽吸管内置活塞座，活塞座向外延伸有连杆，连杆的外端连接有支块，在抽吸管的前侧外周套有固定环，支块与固定环之间连接有弹簧。

优选的，还包括固定盘、转座、齿轮，固定盘的底部有一大一小两个相互啮合的齿轮，小齿轮在电机的下方并通过电机驱动转动，大齿轮上同轴连接有旋转座，旋转座的上端连接有水平布置的微型电动推杆。

优选的，所述吸附管的前端口铰接有盖板一，在抽吸时向内翻转打开，受到外推力时闭合，所述微型电动推杆的前端连接有拉块，支块上端水平连接有延伸杆，延伸杆上开设有与拉块适配的槽口。

优选的，所述抽吸管的前端口铰接有盖板二，所述抽吸管前端铰接一推块，其中铰接点处于推块的中部，推块的下端与盖板二相接壤，上端高于抽吸管。

进一步说明的是，吸附管也可以采用不同种类，用于采集多种大气污染物，同时也可以用于气袋采样。

(三)有益效果

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比，具备以下优点：本发明一种多通道气体采样器，采用微型采气泵联用流量控制系统，确保采样过程恒流，采样人员每次更换吸附管时只需要将吸附管和鲁尔公母接头准确对接即可，不需要每次检查装置的气密性和采样流量；且通过改进，可以降低外界环境温度和压强的波动对样品的影响，以及残留气体对下一次采样的影响，提高采样精准度。

附图说明

图1为本发明实施例一中机箱内部结构示意图；

图2为本发明实施例一中机箱底部示意图；

图3为本发明实施例一示意图；

图4为本发明实施例二中机箱内部结构示意图；

图5为本发明施例二中吸附管和抽吸管结构示意图。

图中：1、机箱；2、旋转式多通道切换结构；3、电机；4、固定盘；5、聚四氟乙烯管；6、进气管路；7、出气管路；8、多通道切换阀；9、小齿轮；10、大齿轮；11、螺纹孔；12、圆环支架；13、吸附管；14、抽吸管；15、活塞座；16、连杆；17、支块；18、固定环；19、弹簧；20、微型电动推杆；21、盖板一；22、拉块；23、延伸杆；24、槽口；25、盖板二；26、推块；27、转座。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细阐述。

实施例一

如图1-3所示：一种多通道气体采样器，包括机箱1、设于机箱1内的采样系统和旋转式多通道气路切换系统，采样系统通过聚四氟乙烯管5与旋转式多通道气路切换装置的气口相连接，旋转式多通道气路切换装置具有多个气路，旋转调节气路，采集不同样品。

旋转式多通道气路切换系统由电机3，旋转气路切换结构组成。旋转式多通道切换结构2包括固定盘4、转座27、齿轮、下盖、进气管路6、出气管路7、多通道切换阀8，电机3与多通道切换阀8平行固定在固定盘4上，固定盘4的底部有一大一小两个齿轮，小齿轮9在电机3的下方，大齿轮10在多通道切换阀8的正下方。(其中大齿轮10的旋转带动多通道切换阀8进行转动以切换关、开，多通道切换阀8采用常规结构)

在多通道切换阀8的侧边分上下两层均匀分布多个螺纹孔11(本方案以20个螺纹孔11为例，当然也可根据尺寸设置更多)，作为为所采集样品气体的进、出通道口。每个孔连接聚四氟乙烯管5，下层螺纹孔11连接出的聚四氟乙烯管5与采样器上方的鲁尔公接头相连(作为进气端)，上层连接出的聚四氟乙烯管5与采样器上方的鲁尔母接头相连(作为出气端)，通过螺纹卡套直通终端将整个装置紧固为一体且密封良好。其中上端有一个螺纹孔11，为出气孔，与颗粒物过滤头相连。

多通道切换阀8的底部，即与固定盘4的连接处，通过螺丝均匀安装个传感器，每个传感器对应一个采样通道。

采样系统用于控制采样设备的出气端进入到吸附管13的气体流量以及采样时间，采样系统包括质量流量控制器、微型空气泵，质量流量控制器的进气端通过聚四氟乙烯管5路与安装于旋转气路切换阀上方的颗粒物过滤头的出气端相连，出气端通过管路与微型空气泵的进气端连通，质量流量控制器用于控制所采气体的流量。该系统的主要功能使实现吸附管13的采样。当吸附管13与仪器上方的鲁尔公母接头连接好后，微型空气泵接收指令启动，同时质量流量控制器按照设定的采样流量开启，采样开始，设定采样时间到，质量流量控制器关闭，泵关闭。

进一步的可采用控制系统，设定起始采样通道，采样管数，采样时间，间隔时间，采样流量，并通过传感器输入的信号，确定旋转式多通道气路切换系统的通道位置，控制电机3启动与停止，同时控制大气采样系统的启动与停止。控制气路切换的控制单元包括电机3，控制电路以及传感器。其中控制电路包括控制电机3的单片机，对整个电路提供电力的供电电路，驱动电机3的驱动电路，将转座27位置信号输送给单片机进行处理，使转座27能转到指定位置的传感器反馈电路。

步进电机3通过将电脉冲信号转换成相应的角位移带动底部的小齿轮9转动，小齿轮9再带动旋转气路切换阀底部的大齿轮10转动，大齿轮10带动内部的转座27转动，实现气路切换，齿轮每转动36°则切换至下一采样通道。在下盖的表面，通过螺丝固定个传感器；旋转气路切换阀侧边有20个间距相等的穿透螺纹孔11位，通过螺纹卡套直通终端把进气管道固定在旋转气路切换阀上，螺纹穿透是为了保证工作时管路之间是密封状态。

其中控制电路包括控制步进电机3的单片机，对整个电路提供供电的电路，驱动步进电的驱动电路，将转座27位置信号输送给单片机进行处理，使转座27能转到指定位置的传感器反馈电路。

采用体积较小的旋转式多通道气路切换装置取代体积相对较大的电磁阀，通过对气路的切换来控制采样器采样过程中各个通道的连通或关闭，从而控制各个采样通道样品采集的时间以及顺序，当电机3转至合适位置开始采样时，电机3停止工作，无需能耗，体积小，能耗低。

实施例二

参见附图4-5所示，进一步的，考虑到吸入聚四氟乙烯管5的气体可能会存在上一个时间或之前时间的残留导致混合，或者采样端未将前次或者之前的气体排尽，容易导致采样的精度受损，难以精准反映大气污染组分在一段时间的变化规律或实现对空气污染天气进行预警预报。因此，本实施例通过结构的改进，将每个吸附管13之间以及采样源头之间分别独立设置，具体如下。

本实施例主要针对旋转式多通道气路切换系统进行修改，其中旋转式多通道切换结构2包括设于机箱1上设有圆环支架12，吸附管13周向布置于圆环支架12上，吸附管13一侧设有与之相通的抽吸管14，其中抽吸管14内置活塞座15，活塞座15向外延伸有连杆16，连杆16的外端连接有支块17，在抽吸管14的前侧外周套有固定环18，支块17与固定环18之间连接有弹簧19。

还包括固定盘4、转座27、齿轮、下盖，固定盘4的底部有一大一小两个相互啮合的齿轮，小齿轮9在电机3的下方并通过电机3驱动转动，大齿轮10上同轴连接有旋转座27，旋转座27的上端连接有水平布置的微型电动推杆20。

在吸附管13的前端口铰接有盖板一21，在抽吸时向内翻转打开，受到外推力时闭合，形成类似单向气体阀门。考虑到需要自动操作，因此，微型电动推杆20的前端连接有拉块22，在支块17上端水平连接有延伸杆23，延伸杆23上开设有与拉块22适配的槽口24。

使用时拉块22通过旋转座27间接带动，并转动至相应抽吸管14的延伸杆23处时，回收电动推杆以通过拉块22带动支块17向内侧移动，进而实现活塞外推而采集气体，此时电动推杆复位，在铰接的盖板一21闭合状态下，气体密封于吸附管13和抽吸管14内。间隔时段重复上述操作，可将周向布置的每个吸附管13和抽吸管14内在间隔时间内采集相应气体。

由于不同时间段大气中的气体成分比例具有一定不同，而每个吸附管13和抽吸管14内在初始状态留有原先的气体，因此需要将其先排空，再进行采样的精度才更高。

因此，进一步的，本实施在抽吸管14的前端口铰接有盖板二25，该设置与吸附管13的盖板一21设置相同，其次，在抽吸管14前端铰接一推块26，其中铰接点处于推块26的中部，推块26的下端与盖板二25相接壤，上端高于抽吸管14。该设置的作用在于，相应的吸附管13和抽吸管14采样完成后，只需将电动推杆进一步伸长，将推块26的上端向外顶，即可实现抽吸管14的前端口不再封闭，进而在弹簧19的回缩作用下，活塞回收，将内部气体排出，多次操作(电动推杆收缩-伸长)后即可实现相应时间段大气的精准采样。

以上所述依据实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项使用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其保护的范围。

Claims (8)

1.一种多通道气体采样器，包括机箱、设于机箱内的采样系统和旋转式多通道气路切换系统，所述采样系统通过吸附管与旋转式多通道气路切换装置的气口相连接，其特征在于：所述旋转式多通道气路切换装置具有多个气路，所述旋转式多通道气路切换系统包括电机、旋转气路切换结构，电机带动旋转气路切换结构旋转调节，并对应相应气路以采集不同气体样品。

2.根据权利要求1所述的一种多通道气体采样器，其特征在于：所述旋转式多通道切换结构包括固定盘、齿轮、进气管路、出气管路、固设于箱体内的圆环支架，多通道切换阀、聚四氟乙烯管，所述吸附管为聚四氟乙烯管并设有多个，并分别设于固定盘内侧，所述电机与多通道切换阀平行固定在圆环支架上，固定盘的底部有一大一小两个齿轮，小齿轮在电机的下方，大齿轮在多通道切换阀的下方。

3.根据权利要求2所述的一种多通道气体采样器，其特征在于：所述多通道切换阀的侧边分上下两层均匀分布10个螺纹孔，作为为所采集样品气体的进、出通道口，每个所述孔连接聚四氟乙烯管，下层螺纹孔连接出的聚四氟乙烯管与采样器上方的鲁尔公接头相连(作为进气端)，上层连接出的聚四氟乙烯管与采样器上方的鲁尔母接头相连(作为出气端)，通过螺纹卡套直通终端将整个装置紧固为一体。

4.根据权利要求3所述的一种多通道气体采样器，其特征在于：所述电机通过将电脉冲信号转换成相应的角位移带动底部的小齿轮转动，小齿轮再带动旋转气路切换阀底部的大齿轮转动，大齿轮带动内部的转座转动，实现气路切换。

5.根据权利要求1所述的一种多通道气体采样器，其特征在于：所述旋转式多通道切换结构包括设于机箱上设有圆环支架，吸附管周向布置于圆环支架上，吸附管一侧设有与之相通的抽吸管，其中抽吸管内置活塞座，活塞座向外延伸有连杆，连杆的外端连接有支块，在抽吸管的前侧外周套有固定环，支块与固定环之间连接有弹簧。

6.根据权利要求5所述的一种多通道气体采样器，其特征在于：还包括固定盘、转座、齿轮，固定盘的底部有一大一小两个相互啮合的齿轮，小齿轮在电机的下方并通过电机驱动转动，大齿轮上同轴连接有旋转座，旋转座的上端连接有水平布置的微型电动推杆。

7.根据权利要求6所述的一种多通道气体采样器，其特征在于：所述吸附管的前端口铰接有盖板一，在抽吸时向内翻转打开，受到外推力时闭合，所述微型电动推杆的前端连接有拉块，支块上端水平连接有延伸杆，延伸杆上开设有与拉块适配的槽口。

8.根据权利要求7所述的一种多通道气体采样器，其特征在于：所述抽吸管的前端口铰接有盖板二，所述抽吸管前端铰接一推块，其中铰接点处于推块的中部，推块的下端与盖板二相接壤，上端高于抽吸管。

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