CN115655805A - 一种等速取样器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种等速取样器，包括：伺服电机、减速器、取样管，所述伺服电机和所述减速器通过驱动连接件与所述取样管驱动连接；所述取样管的前端连接有取样头，所述取样头中具有流量泵，所述取样管的外壁设置有两个或两个以上外静压孔，所述取样管的内壁设置有内静压孔，所述外静压孔和内静压孔均通过引压管与压力计相连。本发明在取样管上设计了内静压孔和外静压孔，通过伺服电机和减速器，驱动调节取样管的指向，使取样管外侧的多个外静压孔之间的压力值一致，保证取样管的位置与该处的流体方向一致，然后控制流量泵，使内静压孔和外静压孔的内外压差为零，保证取样管抽吸速度与该处流场速度相等，从而实现了等速取样。

Description

一种等速取样器

技术领域

本发明涉及检测取样器技术领域，尤其是涉及一种等速取样器。

背景技术

在选矿、水处理、化工、造纸和食品加工等流程中，为了了解设备的运行情况，以保证其运行在最佳状态，需要对内部流体进行取样检测分析。以选矿工业为例，需要对磨矿分级产品的细度、浓度以及浮选流程精矿和尾矿产品的各金属品位进行实时监控，那就需要对设备内的矿浆定期或实时进行在线取样检测分析。

目前有些生产线采用人工取样的方式，由于人工取样的不可控因素过多，导致样本的波动性较大。有些生产线选择自动化设备进行取样以避免人工操作带来的误差，但取样设备多为固定的管道取样器或刀口取样器，这种取样器不能调节方向，不能调节取样流量，因此不能实现等速取样。由于矿浆是包含固液气的多相流，传统的矿浆取样器取样速度过大或者过小都会导致样本矿浆的固体含量或者是气泡含量不准确，从而影响检测结果的准确性。另外，传统矿浆取样器一般最多只能实现一个自由度的手动姿态调整，基本只能应用于管道或槽道内取样，限制了其使用范围。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种可以保证取样器方向与该处流场方向一致、抽吸速度与该处流场速度相等的等速取样器。

本发明提供了一种等速取样器，包括：伺服电机、减速器、取样管，所述伺服电机和所述减速器通过驱动连接件与所述取样管驱动连接；所述取样管的前端连接有取样头，所述取样头中具有流量泵，所述取样管的外壁设置有两个或两个以上外静压孔，所述取样管的内壁设置有内静压孔，所述外静压孔和内静压孔均通过引压管与压力计相连，或在静压孔处安装微型压力传感器。

进一步地，所述外静压孔至少具有一对。

进一步地，所述取样管的外表面为流线型。

进一步地，所述取样管的形状为圆柱形、椭圆管形、方管形、多边形管形、刀片形或其他形状。

进一步地，所述引压管可埋置于所述取样管的管壁中或置于所述取样管的内壁或外壁表面。

进一步地，所述驱动连接件包括第一支架和第二支架，所述第一支架的一端与所述减速器相连，所述第一支架的另一端通过转轴与所述第二支架的一端可转动地连接，所述第二支架的另一端与所述取样管相连，所述转轴上套接有压簧，所述压簧的两个支脚分别抵压在第一支架和第二支架上；所述第一支架为中空结构，所述第一支架与所述减速器相连的位置处还设置有圆筒，所述圆筒驱动连接有牵引绳，所述牵引绳穿过中空的所述第一支架与所述第二支架相连，以使所述压簧处于常压缩状态。

进一步地，所述圆筒中具有驱动电机和卷轴，所述牵引绳缠绕在所述卷轴上，所述驱动电机驱动连接所述卷轴。

进一步地，所述牵引绳为钢丝绳。

进一步地，所述减速器为谐波减速器。

进一步地，还包括控制器，所述控制器与所述压力计信号连接，且与所述伺服电机和圆筒控制连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

设置内静压孔和外静压孔，通过在取样管周向对称布置了2个或2个以上外静压孔，相对的两个外静压孔为一对，调节取样头的姿态使得每对外静压孔的压差为0即可保证取样器的方向和该处的流体流向一致，可通过调节取样流量泵的流速保持内外静压孔的压差为零保证取样管内外流体流速一致，实现矿浆等速取样，取样方向一致和取样流速一致确保取样的代表性及准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例等速取样器的结构示意图；

图2为本发明实施例取样管的结构示意图；

图3为本发明实施例外静压孔的结构示意图；

图4为本发明实施例内静压孔的结构示意图；

图5为本发明实施例第一支架和第二支架转接结构示意图；

图6为本发明实施例刀片形取样管的结构示意图。

附图标记说明：

1：伺服电机；2：减速器；3：圆筒；4：第一支架；5：牵引绳；6：压簧；7：转轴；8：第二支架；9：取样头；10：外静压孔；11：内静压孔；12：取样管。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，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；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种等速取样器，包括：伺服电机1、减速器2、取样管12，伺服电机1和减速器2通过驱动连接件与取样管12驱动连接；取样管12的前端连接有取样头9，取样头9中具有流量泵，取样管12的外壁设置有两个或两个以上外静压孔10，取样管12的内壁设置有内静压孔11，外静压孔10和内静压孔11均通过引压管与压力计相连。本发明在取样管12上设计了外静压孔10和内静压孔11，通过伺服电机1和减速器2，驱动调节取样管12的位置，使取样管外侧的多个外静压孔10之间的压力值一致，保证取样管12的位置与该处的流体方向一致，然后控制流量泵，使外静压孔10和内静压孔11的内外压差为零，保证取样管12抽吸速度与该处流场速度相等，从而实现了等速取样。其中，外静压孔10和内静压孔11通过引压管与压力计相连，进而通过压力计测出各个外静压孔10和内静压孔11处的压力值，优选地，如图3和图4所示，引压管内置于取样管12的外壁中，这样有利于压力的传导，减小传导误差。在其他的实施例中，引压管还可以设置在取样管12的内壁或外壁表面上。可以理解地，本发明在外静压孔10和内静压孔11中安装微型压力传感器，与外接压力计信号连接，也可以起到相同的功能。

在一个优选的实施例中，如图2所示，外静压孔10具有两对，均沿取样管12的径向对称设置，两对外静压孔10的设置可以相互比对压力值数据，保证取样管12外侧的压力值一致，从而尽可能精准地确定取样管12的位置与该处的流体方向一致。因此，为了进一步提高精确度，这里的外静压孔10还可以设置更多对。

如图5所示，本发明实施例还提供了一个两自由度的运动控制系统。上述驱动连接件包括第一支架4和第二支架8，第一支架4的一端与减速器2相连，第一支架4的另一端通过转轴7与第二支架8的一端可转动地连接，第二支架8的另一端与取样管12相连，转轴7上套接有压簧6，压簧6的两个支脚分别抵压在第一支架4和第二支架8上；第一支架4为中空结构，第一支架4与减速器2相连的位置处还设置有圆筒3，圆筒3驱动连接有牵引绳5，牵引绳5穿过中空的第一支架4与第二支架8相连，以使压簧6处于常压缩状态。优选地，圆筒3中具有驱动电机和卷轴，牵引绳5缠绕在卷轴上，驱动电机驱动连接卷轴。

本发明使用时，将取样管12伸入矿浆内，其上设有外静压孔10和内静压孔11，其中四个外静压孔10位于取样管12外侧圆周方向对称分布，一个内静压孔11位于取样管12内部，外静压孔10和外静压孔11均沿各自的引压管引出到矿浆外与压力计相连以测量流体静压；取样管12固定在第二支架8上。本发明设计了一个正交布置的两自由度旋转装置用于调节取样管12的姿态；伺服电机1驱动减速器2，依次驱动第一支架4、第二支架8和取样管12，实现取样管12的偏航旋转自由度；位于圆筒3内的驱动电机驱动卷轴，卷轴上缠绕牵引绳5，牵引绳5穿过第一支架4，连接在第二支架8上，第二支架8与第一支架4通过转轴7连接，转轴7安装有压簧6将第一支架4与第二支架8撑开一定角度，牵引绳5牵引第二支架8绕第一支架4旋转与压簧6配合实现取样管12的俯仰旋转自由度。优选地，牵引绳5为钢丝绳或者其他满足强度要求的绳索，减速器2为谐波减速器或其他类型减速机。

本发明有两个电机驱动系统，一个是伺服电机1和减速器2，可以控制第一支架4的旋转，第一支架4的旋转轴为经过取样管12取样口的一条铅锤直线；另一个是位于圆筒3内的驱动电机，通过卷轴和牵引绳5可以控制第二支架8的旋转，第二支架8的旋转轴为经过取样管12取样口的一条水平直线；通过控制第一支架4和第二支架8的旋转，可使取样管12达到任意角度，调节角度过程中，取样管12的取样口始终保持在同一位置。

在一个优选的实施例中，取样管12的外表面为流线型，可以尽可能减小对流体造成的扰动，减小取样误差。进一步优选地，取样管12的形状为圆柱管形、椭圆管形、方管形、多边形管形、刀片形或者其他形状，均可以起到减小对流体造成的扰动，减小取样误差的作用。如图6所示，刀片形的取样管12，由于其取样头9其竖直方向的取样距离较长补偿了俯仰造成的误差，故只需要对其进行一个偏航旋转自由度的调整即可，可以简化运动控制系统；可以理解地，取样管12的形状不仅限于本专利中介绍的两种，还有三角形、椭圆形、方形、异形等，可根据具体应用场景进行合理设计。

在本发明具体实施例中，本发明还包括控制器，控制器与压力计信号连接，且与伺服电机1和圆筒3控制连接，具体的，控制器控制连接圆筒3中的驱动电机，根据接收到的压力计信号对取样管12的位置进行自动判断，进而通过伺服电机1和驱动电机对取样管12进行两自由度的自动调节，使取样管12位置与外部流体方向一致。进一步地，控制器还可以控制连接取样头9中的流量泵，在取样管12位置与外部流体方向一致后，控制流量泵进行等速取样，实现全过程自动等速取样功能。

在本发明具体实施例中，结合外静压孔10的压力数据可对取样管12的姿态进行调整，调整方法如下：两个相对的外静压孔10为一对，可以先对水平布置的一对外静压孔10的压力进行比较，若其中一个外静压孔10的压力较大，则表明取样管12存在一个偏航角，这时候需旋转第一支架4，让取样管12朝着这个外静压孔10所在的一侧旋转，直到两个外静压孔10的压力相等为止，然后对竖直布置的一对外静压孔10的压力进行比较，若其中一个外静压孔10的压力较大，则表明取样管12存在一个俯仰角，这时候需旋转第二支架8，让取样管12朝着这个外静压孔10所在的一侧旋转，直到两个外静压孔10的压力相等为止。

在本发明具体实施例中，当取样管12的方向与该处流场方向一致后，可结合外静压孔10和内静压孔11的压力数据对取样管12的取样流量进行调整，调整方法如下：若内静压孔11的压力较大，则表明取样管12内的流速低于外部流场流速，这时候需要加大流量泵的抽吸流量，直到外静压孔10和内静压孔11的压力相等为止，反之则降低流量泵的抽吸流量。

本发明使用范围广，可定制化程度高；可用于管道内、槽道内、搅拌槽内、浮选机槽内以及任何存在流体流速的设备容器内；安装形式可采用固定式或移动式，根据具体应用合理选择；外静压孔10可根据具体应用场景合理选择布置形式和数量。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (10)

1.一种等速取样器，其特征在于，包括：伺服电机（1）、减速器（2）、取样管（12），所述伺服电机（1）和所述减速器（2）通过驱动连接件与所述取样管（12）驱动连接；所述取样管（12）的前端连接有取样头（9），所述取样头（9）中具有流量泵，所述取样管（12）的外壁设置有两个或两个以上外静压孔（10），所述取样管（12）的内壁设置有内静压孔（11），所述外静压孔（10）和内静压孔（11）均通过引压管与压力计相连。

2.根据权利要求1所述的等速取样器，其特征在于，所述外静压孔（10）至少具有一对。

3.根据权利要求1所述的等速取样器，其特征在于，所述取样管（12）的外表面为流线型。

4.根据权利要求3所述的等速取样器，其特征在于，所述取样管（12）的形状为圆柱形、椭圆管形、方管形、多边形管形或者刀片形。

5.根据权利要求1所述的等速取样器，其特征在于，所述引压管可埋设于所述取样管（12）的管壁中或置于所述取样管（12）的内壁或外壁表面。

6.根据权利要求1所述的等速取样器，其特征在于，所述驱动连接件包括第一支架（4）和第二支架（8），所述第一支架（4）的一端与所述减速器（2）相连，所述第一支架（4）的另一端通过转轴（7）与所述第二支架（8）的一端可转动地连接，所述第二支架（8）的另一端与所述取样管（12）相连，所述转轴（7）上套接有压簧（6），所述压簧（6）的两个支脚分别抵压在第一支架（4）和第二支架（8）上；

所述第一支架（4）为中空结构，所述第一支架（4）与所述减速器（2）相连的位置处还设置有圆筒（3），所述圆筒（3）驱动连接有牵引绳（5），所述牵引绳（5）穿过中空的所述第一支架（4）与所述第二支架（8）相连，以使所述压簧（6）处于常压缩状态。

7.根据权利要求6所述的等速取样器，其特征在于，所述圆筒（3）中具有驱动电机和卷轴，所述牵引绳（5）缠绕在所述卷轴上，所述驱动电机驱动连接所述卷轴。

8.根据权利要求7所述的等速取样器，其特征在于，所述牵引绳（5）为钢丝绳。

9.根据权利要求1所述的等速取样器，其特征在于，所述减速器（2）为谐波减速器。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的等速取样器，其特征在于，还包括控制器，所述控制器与所述压力计信号连接，且与所述伺服电机（1）和圆筒（3）控制连接。

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