CN114839122A - 一种环境颗粒物取样测量装置及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环境颗粒物取样测量装置及其测量方法，装置包括底座和安装在底座上的空气泵、支架、离心筒、离心筒旋转驱动件、压力传感器、中心轴、粘合板和粘合板旋转驱动件，中心轴与支架枢接，离心筒固接在中心轴上的一侧，空气泵的输出端与离心筒的内腔连接，离心筒旋转驱动件与中心轴传动连接，粘合板设置在离心筒内，粘合板旋转驱动件驱动粘合板旋转，压力传感器设置在支架内。本发明通过旋转离心筒内的粘合板，从而可以快速吸附带测量空气中的颗粒物，进一步的，通过利用压力传感器两次测量的离心力差值推算粘合板上粘接的固体颗粒的质量，进而可以快速得出该环境中颗粒物的含量。
Description
技术领域
本发明涉及空气检测领域，具体为一种环境颗粒物取样测量装置及其测量方法。
背景技术
目前，随着环保意识的普及和环保要求的提高，关于环境中颗粒物（比如PM2.5和PM10）的检测以成为评测空气质量的重要指标。由此，对应的环境中颗粒物检测取样装置也得以推广应用。
中国专利CN201811649298.3公开了一种大气颗粒物检测装置和方法，其测试方式采用比较常见的光电结合检测的方式，但是，光电装置当空气中悬浮物浓度过低，或者悬浮物在空气中不是均匀飘散的情况下，测量会有较大的误差。
发明内容
本发明目的在于提供一种环境颗粒物取样测量装置及其测量方法，从而解决上述问题。
为实现上述目的，本发明首先公开了一种环境颗粒物取样测量装置，包括底座和安装在所述底座上的空气泵、支架、离心筒、离心筒旋转驱动件、压力传感器、中心轴、粘合板和粘合板旋转驱动件，所述中心轴与所述支架枢接，所述离心筒固接在所述中心轴上的一侧，所述空气泵的输出端与所述离心筒的内腔连接，所述离心筒旋转驱动件与所述中心轴传动连接，所述粘合板设置在所述离心筒内，所述粘合板旋转驱动件驱动所述粘合板旋转粘接所述离心筒内的颗粒物，所述压力传感器设置在所述支架内以测量所述离心筒旋转时的离心力。
进一步的，所述离心筒通过一连接座与所述中心轴固接，所述连接座与所述中心轴的上端垂向设置，所述中心轴内轴向设置有中心轴气道，所述空气泵与所述中心轴气道的下端旋转连接，所述连接座内设置有与所述中心轴气道连通的连接座气道，所述连接座气道与所述离心筒的内腔连通。
进一步的，还包括离心从动齿圈，所述离心从动齿圈的一侧安装在所述中心轴的轴肩处，另一侧安装在所述连接座上，所述离心筒旋转驱动件为离心筒电机，所述离心筒电机的输出轴上安装有离心主动齿轮，所述离心主动齿轮与所述离心从动齿圈啮合传动。
进一步的，还包括粘合板驱动轴和粘合板中间轴，所述粘合板中间轴枢接在所述中心轴内，所述粘合板旋转驱动件安装在所述中心轴上，所述粘合板驱动轴设置在所述连接座气道内，所述粘合板旋转驱动件的一端通过粘合板直齿轮组与所述粘合板中间轴的一端传动连接，另一端通过粘合板锥齿轮组与所述粘合板驱动轴的一端传动连接，所述粘合板驱动轴的另一端与所述粘合板固接。
进一步的，还包括与所述粘合板驱动轴的另一端固接的翻板，所述翻板的侧面设置有用于安装粘合板的粘合板安装槽，所述粘合板安装槽的底部设置有通气孔。
进一步的，还包括卷筒旋转驱动件、卷筒和遮罩，所述卷筒与所述翻板的一侧枢接，所述卷筒通过所述卷筒旋转驱动件驱动旋转，所述翻板沿着所述离心筒的径向的两侧设置有滑槽，所述滑槽从所述翻板的一侧向另一侧延伸，所述遮罩的一端与所述卷筒连接，另一端经过所述滑槽而覆盖所述粘合板。
进一步的，还包括卷筒驱动轴和卷筒中间轴，所述卷筒中间轴同轴套接在所述粘合板中间轴外，所述卷筒驱动轴同轴套接在所述粘合板驱动轴内，所述卷筒旋转驱动件与所述卷筒中间轴的一端通过第一卷筒直齿轮组件传动，所述卷筒中间轴的另一端通过卷筒锥齿轮组件与所述卷筒驱动轴的一端传动，所述卷筒驱动轴的另一端通过第二卷筒直齿轮组件与所述卷筒传动。
进一步的，所述支架包括多根沿着所述中心轴周向固定布设的支撑梁，任一所述支撑梁内均设置有所述压力传感器。
进一步的，所述空气泵的输入端设置有用于筛选不同目标颗粒的滤清器。
然后本发明公开了一种环境颗粒物取样测量方法，包括如下步骤：
S1、在离心筒的翻板上安装粘合板，使遮罩完全盖住粘合板；
S2、驱动离心筒旋转驱动件，使离心筒以第一速度匀速转动，测量此时的压力传感器的压力；
S3、空气泵泵入预定体积的气体后停止，驱动卷筒旋转驱动件使遮罩卷收，控制粘合板旋转驱动件驱动粘合板旋转，从而吸附离心筒内的固体颗粒；
S4、固体颗粒吸附完成后，驱动离心筒旋转驱动件，使离心筒以第一速度匀速转动，测量此时的压力传感器的压力，通过两次测量的离心力差值推算粘合板上粘接的固体颗粒的质量。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明通过旋转离心筒内的粘合板，从而可以快速吸附带测量空气中的颗粒物，进一步的，通过利用压力传感器两次测量的离心力差值推算粘合板上粘接的固体颗粒的质量，进而可以快速得出该环境中颗粒物的含量。本装置可以通过收集更长时间，来积累悬浮物。并且在悬浮物飘散不均匀的情况下，通过一段时间的平均值，来推算悬浮物含量。本装置结构简单、操作方便，并且能快速准确的颗粒物测量，便于推广应用。
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例公开的环境颗粒物取样测量装置的第一轴测视示意图；
图2是本发明优选实施例公开的环境颗粒物取样测量装置第二轴测视示意图（离心筒、连接座和中心轴等部分结构剖视）；
图3是图2的A处放大示意图；
图4是图3的B处放大示意图；
图5是本发明优选实施例公开的翻板、遮罩等配合的第一示意图；
图6是本发明优选实施例公开的翻板、遮罩等配合的第二示意图（隐藏下部的遮罩）；
图7是本发明优选实施例公开的卷筒和遮罩的配合的示意图。
图例说明：
1、底座；2、空气泵；3、支架；31、支撑梁；4、离心筒；5、压力传感器；6、粘合板电机；7、中心轴；701、中心轴气道；8、粘合板；9、连接座；901、连接座气道；10、离心从动齿圈；11、离心主动齿轮；12、粘合板驱动轴；13、粘合板中间轴；14、粘合板直齿轮组；15、粘合板锥齿轮组；16、翻板；161、粘合板安装槽；162、通气孔；163、滑槽；17、卷筒电机；18、卷筒；19、遮罩；20、卷筒驱动轴；21、卷筒中间轴；22、第一卷筒直齿轮组件；23、卷筒锥齿轮组件；24、第二卷筒直齿轮组件；25、离心筒电机；26、滤清器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1-图7所示，本发明实施例首先公开了一种环境颗粒物取样测量装置，包括底座1和安装在底座1上的空气泵2、支架3、离心筒4、离心筒旋转驱动件、压力传感器5、中心轴7、粘合板8和粘合板旋转驱动件，其中，离心筒旋转驱动件采用离心筒电机25，粘合板旋转驱动件为粘合板电机6，中心轴7与支架3的中部枢接，离心筒4固接在中心轴7上的一侧，从而中心轴7旋转时，离心筒4由于偏心设置会产生离心力，空气泵2的输出端与离心筒4的内腔连接（本申请的空气泵2带体积检测的流量计），离心筒旋转驱动件与中心轴7传动连接，粘合板8设置在离心筒4内，粘合板8设置有细小孔，用于气流通过和粘接颗粒，粘合板旋转驱动件驱动粘合板8旋转粘接离心筒4内的颗粒物，压力传感器5设置在支架3内以测量离心筒4旋转时的离心力，从而通过检测离心力的变化测量一定体积空气内颗粒物的含量。
在本实施例中，离心筒4通过一连接座9与中心轴7固接，即连接座9的一端与离心筒4固接，另一端与中心轴7套接固定。连接座9与中心轴7的上端垂向设置，中心轴7内轴向设置有中心轴气道701，空气泵2与中心轴气道701的下端旋转密封连接，连接座9内设置有与中心轴气道701连通的连接座气道901，连接座气道901与离心筒4的内腔连通，具体的，中心轴7开设左右气孔，从而将中心轴气道701内的空气导入到连接座气道901内，进而进入离心筒4。
在本实施例中，为了实现离心筒4的旋转，还包括离心从动齿圈10，离心从动齿圈10的一侧安装在中心轴7的轴肩处，从而实现上下限位，另一侧安装在连接座9上，离心筒旋转驱动件为离心筒电机25，通过电力驱动，离心筒电机25的输出轴上固定安装有离心主动齿轮11，离心主动齿轮11与离心从动齿圈10啮合传动，从而当离心筒电机25驱动离心主动齿轮11转动时，离心主动齿轮11带动离心从动齿圈10转动，进而驱动中心轴7旋转。
在本实施例中，为了实现粘合板8的旋转运动，还包括相互垂直设置的粘合板驱动轴12和粘合板中间轴13，粘合板中间轴13枢接在中心轴7内，其两端均与中心轴7枢接，粘合板旋转驱动件安装在中心轴7上，粘合板驱动轴12同轴设置在连接座气道901内，粘合板旋转驱动件的一端通过一粘合板直齿轮组14与粘合板中间轴13的一端传动连接（即粘合板电机6的输出轴上和粘合板中间轴13的一端均设置有直齿轮，且两直齿轮相互啮合传动），另一端通过粘合板锥齿轮组15与粘合板驱动轴12的一端传动连接（同样的，粘合板中间轴13的另一端和粘合板驱动轴12的一端均安装有啮合的锥齿轮），粘合板驱动轴12的另一端与粘合板8固接。进一步的，为了实现粘合板8的固定安装，还包括与粘合板驱动轴12的另一端固接的翻板16，翻板16的两侧侧面设置有用于安装粘合板8的粘合板安装槽161，粘合板8可以更换，粘合板安装槽161的底部设置有通气孔162，便于气流通过与粘合板8接触。
在本实施例中，为了实现精确测量，便于在测量开始前排除离心筒4、中心轴气道701和连接座气道901内气体的干扰，还包括卷筒旋转驱动件、卷筒18和遮罩19，卷筒旋转驱动件为卷筒电机17，卷筒18通过卷筒旋转驱动件驱动旋转，卷筒18与翻板16的一侧枢接，翻板16沿着离心筒4的径向的两侧设置有滑槽163，滑槽163从翻板16的一侧向另一侧延伸，从而通过滑槽163限制遮罩19的运动轨迹，遮罩19的一端与卷筒18连接，另一端经过滑槽163而覆盖粘合板。本实施例翻板16的两侧均设置有卷筒18和遮罩19，当需要转动粘合板8时，通过卷筒电机17驱动卷筒18，进而实现遮罩19的卷收。
在本实施例中，为了实现卷筒18的驱动，还包括卷筒驱动轴20和卷筒中间轴21，卷筒中间轴21同轴套接在粘合板中间轴13内，卷筒驱动轴20同轴套接在粘合板驱动轴12外，卷筒旋转驱动件与卷筒中间轴21的一端通过第一卷筒直齿轮组件22传动，卷筒中间轴21的另一端通过卷筒锥齿轮组件23与卷筒驱动轴20的一端传动，卷筒驱动轴20的另一端通过第二卷筒直齿轮组件24与卷筒18传动，其中，第一卷筒直齿轮组件22、卷筒锥齿轮组件23和第二卷筒直齿轮组件24均是通过两两啮合的直齿轮或者锥齿轮啮合传动。
在本实施例中，为了提高离心力测量的准确程度，支架3包括多根沿着中心轴7周向固定布设的支撑梁31，任一支撑梁31内均设置有压力传感器5，从而，可以对各个压力传感器5进行综合判断，进而测量出最准确的离心力，避免单个压力传感器5误差或者失效影响测量过程。
在本实施例中，空气泵2的输入端设置有用于筛选不同目标颗粒的滤清器26，从而可以测量PM2.5和PM10等不同粒径的颗粒物的测量，比如，如果测量PM2.5时，可以通过滤清器26将颗粒粒径大于2.5微米的先过滤掉。从而扩大了装置的检测范围，提高了装置的通用性。
然后，本发明公开了一种环境颗粒物取样测量方法，包括如下步骤：
S1、在离心筒4的翻板16上安装粘合板8，使遮罩19完全盖住粘合板8，然后驱动空气泵2将上次测量环境中残留在离心筒4、中心轴气道701和连接座气道901内气体的排出，防止干扰；
S2、驱动离心筒旋转驱动件，使离心筒4以第一速度匀速转动，测量此时的压力传感器5的压力；
S3、空气泵2泵入预定体积的气体后停止，记录空气泵2泵入气体的体积，驱动卷筒旋转驱动件使遮罩19卷收，控制粘合板旋转驱动件驱动粘合板8旋转，从而吸附离心筒4内的固体颗粒；
S4、固体颗粒吸附完成后，驱动离心筒旋转驱动件，使离心筒4以第一速度匀速转动，测量此时的压力传感器5的压力，通过两次测量的离心力差值推算粘合板8上粘接的固体颗粒的质量，进而可以快速得出该环境中颗粒物的含量。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种环境颗粒物取样测量装置，其特征在于，包括底座（1）和安装在所述底座（1）上的空气泵（2）、支架（3）、离心筒（4）、离心筒旋转驱动件、压力传感器（5）、中心轴（7）、粘合板（8）和粘合板旋转驱动件，所述中心轴（7）与所述支架（3）枢接，所述离心筒（4）固接在所述中心轴（7）上的一侧，所述空气泵（2）的输出端与所述离心筒（4）的内腔连接，所述离心筒旋转驱动件与所述中心轴（7）传动连接，所述粘合板（8）设置在所述离心筒（4）内，所述粘合板旋转驱动件驱动所述粘合板（8）旋转粘接所述离心筒（4）内的颗粒物，所述压力传感器（5）设置在所述支架（3）内以测量所述离心筒（4）旋转时的离心力。
2.根据权利要求1所述的环境颗粒物取样测量装置，其特征在于，所述离心筒（4）通过一连接座（9）与所述中心轴（7）固接，所述连接座（9）与所述中心轴（7）的上端垂向设置，所述中心轴（7）内轴向设置有中心轴气道（701），所述空气泵（2）与所述中心轴气道（701）的下端旋转连接，所述连接座（9）内设置有与所述中心轴气道（701）连通的连接座气道（901），所述连接座气道（901）与所述离心筒（4）的内腔连通。
3.根据权利要求2所述的环境颗粒物取样测量装置，其特征在于，还包括离心从动齿圈（10），所述离心从动齿圈（10）的一侧安装在所述中心轴（7）的轴肩处，另一侧安装在所述连接座（9）上，所述离心筒旋转驱动件为离心筒电机（25），所述离心筒电机（25）的输出轴上安装有离心主动齿轮（11），所述离心主动齿轮（11）与所述离心从动齿圈（10）啮合传动。
4.根据权利要求3所述的环境颗粒物取样测量装置，其特征在于，还包括粘合板驱动轴（12）和粘合板中间轴（13），所述粘合板中间轴（13）枢接在所述中心轴（7）内，所述粘合板旋转驱动件安装在所述中心轴（7）上，所述粘合板驱动轴（12）设置在所述连接座气道（901）内，所述粘合板旋转驱动件的一端通过粘合板直齿轮组（14）与所述粘合板中间轴（13）的一端传动连接，另一端通过粘合板锥齿轮组（15）与所述粘合板驱动轴（12）的一端传动连接，所述粘合板驱动轴（12）的另一端与所述粘合板（8）固接。
5.根据权利要求4所述的环境颗粒物取样测量装置，其特征在于，还包括与所述粘合板驱动轴（12）的另一端固接的翻板（16），所述翻板（16）的侧面设置有用于安装粘合板（8）的粘合板安装槽（161），所述粘合板安装槽（161）的底部设置有通气孔（162）。
6.根据权利要求5所述的环境颗粒物取样测量装置，其特征在于，还包括卷筒旋转驱动件、卷筒（18）和遮罩（19），所述卷筒（18）通过所述卷筒旋转驱动件驱动旋转，所述卷筒（18）与所述翻板（16）的一侧枢接，所述翻板（16）沿着所述离心筒（4）的径向的两侧设置有滑槽（163），所述滑槽（163）从所述翻板（16）的一侧向另一侧延伸，所述遮罩（19）的一端与所述卷筒（18）连接，另一端经过所述滑槽（163）而覆盖所述粘合板（8）。
7.根据权利要求6所述的环境颗粒物取样测量装置，其特征在于，还包括卷筒驱动轴（20）和卷筒中间轴（21），所述卷筒中间轴（21）同轴套接在所述粘合板中间轴（13）外，所述卷筒驱动轴（20）同轴套接在所述粘合板驱动轴（12）内，所述卷筒旋转驱动件与所述卷筒中间轴（21）的一端通过第一卷筒直齿轮组件（22）传动，所述卷筒中间轴（21）的另一端通过卷筒锥齿轮组件（23）与所述卷筒驱动轴（20）的一端传动，所述卷筒驱动轴（20）的另一端通过第二卷筒直齿轮组件（24）与所述卷筒（18）传动。
8.根据权利要求1-7任一所述的环境颗粒物取样测量装置，其特征在于，所述支架（3）包括多根沿着所述中心轴（7）周向固定布设的支撑梁（31），任一所述支撑梁（31）内均设置有所述压力传感器（5）。
9.根据权利要求1-7任一所述的环境颗粒物取样测量装置，其特征在于，所述空气泵（2）的输入端设置有用于筛选不同目标颗粒的滤清器（26）。
10.一种环境颗粒物取样测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、在离心筒（4）的翻板（16）上安装粘合板（8），使遮罩（19）完全盖住粘合板（8）；
S2、驱动离心筒旋转驱动件，使离心筒（4）以第一速度匀速转动，测量此时的压力传感器（5）的压力；
S3、空气泵（2）泵入预定体积的气体后停止，驱动卷筒旋转驱动件使遮罩（19）卷收，控制粘合板旋转驱动件驱动粘合板（8）旋转，从而吸附离心筒（4）内的固体颗粒；
S4、固体颗粒吸附完成后，驱动离心筒旋转驱动件，使离心筒（4）以第一速度匀速转动，测量此时的压力传感器（5）的压力，通过两次测量的离心力差值推算粘合板（8）上粘接的固体颗粒的质量。
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