CN200952977Y - 自动气体采样器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种自动气体采样器。该气体采样器包括一底座；一采样装置，包括一组采样电磁阀、一采气泵、一针头座、一安装在针头座上的注射头及多个样品容器；一定位装置，包括一设置于底座上的可转动升降的旁轴，旁轴上横设有上、下气缸支架，以及一挡瓶臂，上、下气缸支架上还各设置有一气缸固定座；一动作机构，包括设置于底座上的打气泵、进针电磁阀、退针电磁阀及设置于气缸固定座的双向气缸；一承托装置，包括一主轴、一导向盘、一导向臂及一样品盘，主轴设置于底座中央，导向盘及样品盘套设于其上，导向盘的顶面设置有螺旋型导向槽，周边设有齿牙；一控制装置，用于控制采样装置和动作机构动作；以及一电源。本实用新型适用于环境保护领域，可满足监测空气质量时的采样要求。

Description

自动气体采样器

技术领域

本实用新型涉及气体采样器，特别是指一种可自动采集气体样品的装置。

背景技术

当前国内外气体采样器种类众多，功能各异。主要可以分为两类，一类是便携式气体采样器，大部分采用电池供电，包含流量控制器、干燥过滤系统、采样泵、定时器或微处理器、液晶显示，比较典型的有武汉分析仪器厂生产的QG-3气体采样器、美国AIRMETRICS PM10系列、上海宏宇环保应用研究所的GS-3B大气采样仪、日本产的AL-430大气采样器。还有一些更小巧的气体采样器，例如美国的GilAir系列和BDX系列空气采样器，仅使用充电电池就可工作，主要由采样泵、可调流量计、计时器及电源系统组成。这些小巧便携式气体采样器虽然有自动定时采样功能，但由于均为采用双路平行采样或单路采样，造成采样通道数少，自动采集样品的数量有限，并需要依赖采样人员及时更换样品收集容器，不能真正实现自动气体采样。

还有一类自动化程度较高的气体采样器，例如美国SKC公司的Airchek52和PCXR系列以及意大利产的BRAVO和ISOSTACK系列气体采样仪，能实现多通道、可编程定时采样。但这些设备均需采用交流电供电，而且在大量采集样品时仍需人工及时更换气体容器。而且，气体采样器的使用场所不固定，若是在野外使用，经常会遇到没有交流电源的情形，为使气体采样器能够正常工作，还需要为其配备供电设施。这就使得自动采气受到限制，且提高了运行成本。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的主要目的在于提供一种自动气体采样器，其可实现多通道自动采集气体样品。

为达到上述目的，本实用新型所提供的一种自动气体采样器，其特征在于包含：一底座；一采样装置，包括一组采样电磁阀、一采气泵、一针头座、一安装在所述针头座上的注射头及多个样品容器，各所述电磁阀及所述采气泵设置在所述底座上，所述采样电磁阀、采气泵及针头座之间通过导气管导通气路；一定位装置，包括一设置于所述底座上的可转动升降的旁轴，所述旁轴上横设有上、下气缸支架，以及一挡瓶臂，所述上、下气缸支架的末端设置各有一气缸固定座，所述下气缸支架的相应位置处设置有一通孔，所述挡瓶臂上对应所述注射头的位置处设置有一可容所述注射头通过的针孔；一动作机构，包括设置于所述底座上的打气泵、进针电磁阀、退针电磁阀及设置于所述气缸固定座的双向气缸，所述打气泵通过导气管与所述双向气缸的气路连接，所述气缸的轴连接所述针头座；一承托装置，包括一主轴、一导向盘、一导向臂及一样品盘，所述主轴设置于所述底座中央，所述导向盘及样品盘套设于其上，所述导向盘的顶面设置有螺旋型导向槽，周边设有可与减速电机主轴上的齿轮啮合的齿牙，所述导向臂具有上、下两层片体，将所述导向盘夹设于其中，所述导向臂的一端固设在所述旁轴上，另一端的上层片体上设有定位于所述导向槽中的导向头及定位探测装置，所述样品盘上设有与所述导向槽对应的按螺旋线等距排列的样品容器插孔；一控制装置，用于控制所述采样装置、动作机构及所述减速电机的动作；一电源，为所述控制装置供电。

上述本实用新型的技术方案中，所述控制装置其包括一预设有控制程序的处理器，与所述处理器连接的存储器、显示装置及操作按键，所述处理器的控制指令通过接口电路连接所述采样装置、动作机构及所述减速电机。

以上所述本实用新型的技术方案中，所述导向槽的起始和结束位置分别埋设有一磁钢，所述导向槽的中心等距设有与所述样品盘上样品容器插孔相对应的定位孔。

以上所述本实用新型的技术方案中，所述导向臂上设置的定位探测装置为光电感应装置，所述光电感应装置的光电发射管设置于所述导向臂下层片体对应所述导向头的位置，所述光电接收管嵌设于所述导向头中，所述光电感应装置的检测信号通过线路输入所述控制装置。

以上所述本实用新型的技术方案中，所述定位探测装置还包括两个可感应磁场的霍尔开关，用于检测所述导向槽的起始和结束位置，其检测信号也通过线路输入所述控制装置。

以上所述本实用新型的技术方案中，所述承托装置的主轴与所述定位装置的旁轴分别通过轴承设置在所述底座上。

采用上述技术方案，本实用新型具有以下优点：1、本实用新型采用设置有螺旋型导向槽的样品盘，可在一个样品盘上密集放置数量较多的样品瓶，无需操作人员频繁更换样品瓶，可满足自动采集样品的要求。2、本实用新型采用的螺旋型导向槽的样品盘，既可放置较多数量的样品瓶，又节约了占用的空间，缩小了装置的体积，便于携带。3、本实用新型设置有多个采样电磁阀，可实现多通道采样，能满足自动采样时从多个不同的气源采集样品。4、本实用新型采用直流电源供电，不仅可满足便携式设备的使用要求，而且可降低运行成本。

附图说明

图1是本实用新型的总体分布连接图；

图2是本实用新型针头座的剖视图；

图3是本实用新型上气缸支架的俯视图；

图4是本实用新型下气缸支架的剖视图；

图5是本实用新型挡瓶臂的俯视图；

图6是本实用新型挡瓶臂的剖视图；

图7A是本实用新型导向盘的俯视图；

图7B是本实用新型导向盘上导向槽的局部放大图；

图8是本实用新型样品盘的俯视图；

图9是本实用新型控制电路的示意图；

图10是本实用新型的工作流程图。

具体实施方式

为了详细说明本实用新型的结构及特点，现举以下较佳实施例并配合附图说明如下。

如图1所示，本实用新型包括一底座10，底座10上设置有采样装置20、定位装置30、动作机构40、承托装置50、控制装置60及电源70。

采样装置20包括一采样电磁阀组21、一采气泵22、一针头座23、一注射头24及多个样品容器25。采样电磁阀组21设置于底座1的一侧缘，包括多个电磁阀，每一个电磁阀为一个独立的采气通道。电磁阀的数量在2个以上，可按照需要设置，如设置10个。采样电磁阀组21通过一导气管连接采气泵22，采气泵22采用具有隔膜的隔膜泵，其出气口通过导气管连通针头座23。如图2所示，针头座23具有一连接杆231，两个连通的开口232、233，其中一个开口233通过导气管连通采气泵22的出气口，另一个开口232连通注射头24，由注射头24将气体注入样品容器25中。针头座23与注射头24的连接部为一设有外螺纹的空心柱体(图中未示)，并用螺母将注射头24锁定在针头座23上。为了使注射头24与针头座23连接紧密防止漏气，在针头座23与注射头24之间还设置有一O型密封圈234保证气密性。本实用新型的注射头24采用普通的注射针头即可。样品容器25为玻璃制的平底螺口气体样品瓶，其顶部塑料盖中央设有可容注射头24通过的小圆孔，盖内设有橡胶密封垫。

定位装置30，包括一设置在底座10一侧的旁轴31，旁轴31采用套筒结构，套筒上套设有上、下气缸支架32、33，以及一挡瓶臂34，通过螺钉锁定在旁轴上。套筒上设有定位槽，旁轴31上有一凸块，可使套筒卡在旁轴31上。旁轴31的顶部还设有内螺纹，可用一螺栓将套筒锁固，使上、下气缸支架32、33及挡瓶臂34通过套筒牢固定位于旁轴31上。这样旁轴31不但可顺滑地转动，套筒更可被抽拉升降。如图3所示，上、下气缸支架32、33的末端设置有一气缸固定座321，下气缸支架33上的相应位置处设置有一通孔331(如图4所示)。挡瓶臂34上对应注射头24的位置处则设置有一个可容注射头24通过的针孔341(如图5、图6所示)。针孔341的作用在于当注射头24向下扎时，可以扶正注射头24并增加针的强度，防止弯针或断针。当拔针时，挡瓶臂34可以挡住样品瓶，使注射头24从样品瓶中拔出来，样品瓶在重力的作用下回位。

动作机构40，包括打气泵41，进针电磁阀42，退针电磁阀43及双向气缸44。打气泵41、进针电磁阀42与退针电磁阀43均设置在底座10上，双向气缸44固设在上、下气缸支架32、33的气缸固定座321上，打气泵41通过导气管与双向气缸44的气路连接。气缸轴441与针头座23的连接杆231连接，使针头座23可与气缸轴441连动。

承托装置50，包括一设置于底座10中央的主轴51，其上端设有内螺纹，以配合一螺栓螺锁固定。主轴51上套设一导向盘52，如图7A所示，导向盘52的顶面设置有螺旋型导向槽521，其中心等距设有与样品瓶相对应的定位孔522(如图7B所示)，作为光电定位之用，在导向槽521的起始和结束位置还分别埋设有一圆柱型磁钢523(图7A)。导向盘52的周边设有齿牙524，以与一设置在直流减速电机53主轴上的齿轮56啮合，在电机53的带动下旋转。一导向臂54，分为上、下两层片体，将导向盘52夹设于其中，导向臂54的一端通过顶丝座固设在旁轴31上，另一端的上层片体上设置有金属导向头541，导向头541伸设在导向槽521中，沿着导向槽521移动。导向头541采用铝、不锈钢或铜等金属制成，本实施例采用硬度适中、延展性及磨擦性好的铜制成，以获得导向头在导向槽521内顺畅滑动的效果。导向头541中还嵌设有光电接收管542。导向臂54的下层片体上对应光电接收管542的位置设有光电发射管543。当光电发射管543发出的光线穿过定位孔522被光电接收管542接收，即可确定样品瓶的位置。导向臂54上还设有两个能感应磁场的霍尔开关544，与埋设在导向槽521起始和结束位置的磁钢相对应，用于检测导向盘52的初始及终止位置。光电感应装置及霍尔开关544所检测到的位置信号均通过线路传输至控制装置60。为了简化结构，导向臂54采用电路板制成，既可实现导向臂的导向定位功能，又可同时完成传输信号的功能。一样品盘55，供插设样品容器25，样品盘55由上中下三块盘通过均匀分布在外圆周上的四根连杆551连接起来，中心设有套设于主轴51上的套筒552，套筒552上设有嵌槽553，主轴51上的相应位置则设有一凸块511，凸块511嵌入嵌槽553中即可嵌合定位。样品盘55的上盘及中盘设置有与导向槽521对应的按螺旋线等距排列的样品瓶插孔553，插孔553的数量可以根据样品盘55的尺寸及样品瓶的粗细灵活设置，从数十个到上百个均可(如图8所示)，即一次可以自动完成上百个样品瓶的采样。

样品盘55套设定位后，只需将一螺栓螺锁入主轴51顶端，便完成了样品盘55的安装。然后向上提拉并旋转旁轴31上的套筒，便可使固定在套筒上的二气缸支架32、33及一挡瓶臂34同时向上并旋转，当旋转至样品瓶上方时，再向下放下套筒即可。如需更换样品盘55，只需先提起旁轴31上的套筒旋离样品瓶，即可很方便地取下来更换。

控制装置60，如图9所示，其核心为一微处理器61，本实用新型采用通用的8051微处理器，微处理器61中预设有编好的控制程序。微处理器61还连接有存储器62、液晶显示面板63及操作按键64，微处理器61的控制指令则通过接口电路65连接各被控元件。在具体实施时，微处理器61、存储器62、液晶显示面板63及操作按键64安装在一个盒体中，盒体表面设置液晶显示面板63及操作按键64，接口电路65则设置在底座10上，通过导线连接设置在盒体中的微处理器61。微处理器61还留有外接RS232电脑接口，能通过外接电脑输入采气的参数。

电源70，为控制装置60供电，采用12伏直流电源，本实施例采用蓄电池。

如图10所示，本实用新型的操作过程如下：

打开电源70，控制装置60对系统初始化并进行自检，完成后，通过外接电脑或通过液晶显示面板63及操作按键64输入采气的时间、气路及管道清洗等参数。当开始进行全自动采气状态时，控制装置60判断是否到达采气时间，当到达采气时间后，首先由直流减速电机53上的齿轮带动导向盘52运动，导向盘52再带动固定在主轴51上的样品盘55一起转动，同时，导向臂54上的导向头541在导向槽521内运动，检测定位孔522的位置并带动旁轴31一起转动，当导向头541运动并检测到相应的导向槽521内的定位孔522时，电机53停止运动，这时导向臂54也带动旁轴31上的双向气缸44和针头座23转动到样品盘中对应的样品瓶的上方，做好采样的准备。然后控制装置60发出指令，开启采样电磁阀组21中相应的一个电磁阀和采气泵22，由采气泵22将气体从相应的采气通道泵入到注射头24进行管道清洗。当管道清洗时间到达后，启动打气泵41及进针电磁阀42，使空气通过打气泵41压入薄型双向气缸44的上气室，压缩空气驱动气缸轴441，气缸轴441再带动连在轴上的针头座23及注射头24向下运动，注射头24刺破样品瓶顶部的橡胶密封垫，将采气泵22抽过来的气体泵入样品瓶中。当采气时间到达后，控制装置60发出指令，关闭采样电磁阀组21中相应的电磁阀及打气泵41，使气缸44上气室中的压缩气体通过进针电磁阀42的排气口排出，然后启动打气泵41及退针电磁阀43，使空气通过打气泵41压入薄型双向气缸44的下气室，压缩空气驱动气缸轴441，带动连在轴上的针头座23及注射头24向上运动，注射头24带着样品瓶向上运动，这时挡瓶臂34会挡住样品瓶，注射头24则继续向上运动从样品瓶中抽出来，样品瓶顶部的橡胶密封垫在弹性作用下又密封好针头孔，将气体以一定的压力封闭在样品瓶中，同时样品瓶在重力的作用下自动回位。当气缸轴441回位，注射头24已全部从样品瓶中拔出来时，控制装置60发出指令，关闭退针电磁阀43和打气泵41，使气缸44下气室中的压缩空气通过退针电磁阀43的排气口排出，然后关闭采气泵22及采样电磁阀组21的气路通道，完成一次气体样品的采样过程。此时，控制装置60会读取下一次采气信息，准备下一次采样过程。

为了提高主轴51与旁轴31在转动时的稳定性，在它们的底部还可以加设固定轴承11。二固定轴承11的轴承座111固设在底座10上，各轴承座111中设有两个轴承112，主轴51与旁轴31穿置其中，便可收到稳定、顺畅地转动的功效。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，但具体的实施方式并不以此为限，如本实用新型所采用的光电定位方式，也可实施为电磁感应的定位方式。凡依据本实用新型的说明书、权利要求书及附图所作的等效结构变换，均应包含在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1、一种自动气体采样器，其特征在于包含：

一底座；

一采样装置，包括一组采样电磁阀、一采气泵、一针头座、一安装在所述针头座上的注射头及多个样品容器，各所述电磁阀及所述采气泵设置在所述底座上，所述采样电磁阀、采气泵及针头座之间通过导气管导通气路；

一定位装置，包括一设置于所述底座上的可转动升降的旁轴，所述旁轴上横设有上、下气缸支架，以及一挡瓶臂，所述上、下气缸支架的末端各设置有一气缸固定座，所述下气缸支架的相应位置处设置有一通孔，所述挡瓶臂上对应所述注射头的位置处设置有一可容所述注射头通过的针孔；

一动作机构，包括设置于所述底座上的打气泵、进针电磁阀、退针电磁阀及设置于所述气缸固定座的双向气缸，所述打气泵通过导气管与所述双向气缸的气路连接，所述气缸的轴连接所述针头座；

一承托装置，包括一主轴、一导向盘、一导向臂及一样品盘，所述主轴设置于所述底座中央，所述导向盘及样品盘套设于其上，所述导向盘的顶面设置有螺旋型导向槽，周边设有可与减速电机主轴上的齿轮啮合的齿牙，所述导向臂具有上、下两层片体，将所述导向盘夹设于其中，所述导向臂的一端固设在所述旁轴上，另一端的上层片体上设有定位于所述导向槽中的导向头及定位探测装置，所述样品盘上设有与所述导向槽对应的按螺旋线等距排列的样品容器插孔；

一控制装置，用于控制所述采样装置、动作机构及所述减速电机的动作；

一电源，为所述控制装置供电。

2、如权利要求1所述的自动气体采样器，其特征在于：所述控制装置其包括一预设有控制程序的处理器，与所述处理器连接的存储器、显示装置及操作按键，所述处理器的控制指令通过接口电路连接所述采样装置、动作机构及所述减速电机。

3、如权利要求1所述的自动气体采样器，其特征在于：所述导向槽的起始和结束位置分别埋设有一磁钢，所述导向槽的中心等距设有与所述样品盘上样品容器插孔相对应的定位孔。

4、如权利要求2所述的自动气体采样器，其特征在于：所述导向槽的起始和结束位置分别埋设有一磁钢，所述导向槽的中心等距设有与所述样品盘上样品容器插孔相对应的定位孔。

5、如权利要求1或2或3或4所述的自动气体采样器，其特征在于：所述导向臂上设置的定位探测装置为光电感应装置，所述光电感应装置的光电发射管设置于所述导向臂下层片体对应所述导向头的位置，所述光电接收管嵌设于所述导向头中，所述光电感应装置的检测信号通过线路输入所述控制装置。

6、如权利要求5所述的自动气体采样器，其特征在于：所述定位探测装置还包括两个可感应磁场的霍尔开关，用于检测所述导向槽的起始和结束位置，其检测信号也通过线路输入所述控制装置。

7、如权利要求1或2或3或4或6所述的自动气体采样器，其特征在于：所述承托装置的主轴与所述定位装置的旁轴分别通过轴承设置在所述底座上。

8、如权利要求5所述的自动气体采样器，其特征在于：所述承托装置的主轴与所述定位装置的旁轴分别通过轴承设置在所述底座上。

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