CN203287226U - 实时控制温度和流量的大气采样系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种实时控制温度和流量的大气采样系统，其包括：用于存储吸收瓶的可密封的存储舱；用于为所述实时控制温度和流量的大气采样系统内的吸收瓶提供气源的抽气设备；与所述抽气设备电性连接，并用于对所述抽气设备的工作功率进行控制的实时控制系统；及用于对所述存储舱内的温度进行控制的温度控制系统。本实用新型是一种能够实时控制采样温度和气体流量的实时控制温度和流量的大气采样系统。

Description

实时控制温度和流量的大气采样系统

技术领域

本实用新型涉及一种大气采样装置领域，尤其涉及一种能够实时控制采样温度和气体流量的实时控制温度和流量的大气采样系统。

背景技术

大气采样是采集大气中污染物样品或受污染空气样品的过程。现场采样方法有两类：一类是使大量空气通过液体吸收剂或固体吸附剂，将大气中浓度较低的污染物富集起来，如抽气法、滤膜法。另一类是用容器（玻璃瓶、塑料袋等）采集含有污染物的空气。前者测得的是采样时间内大气中污染物的平均浓度；后者测得的是瞬时浓度或短时间内的平均浓度。采样的方式应根据采样的目的和现场情况而定。所采样品应有代表性。采样效率要高，操作务求简便，并便于进行随后的分析测定，以获得可靠的大气污染的基本数据。采集大气中污染物的样品或受污染空气的样品，以期获得大气污染的基本数据。

大气采样是大气环境监测的重要步骤，对于监测数据的可靠性关系极大。采集大气样品的方法，主要有两类:一类是使大量空气通过液体吸收剂或固体吸附剂,以吸收或阻留污染物，把原来大气中浓度较低的污染物富集起来，如抽气法、滤膜法。用这类方法测得的结果是采样时间内大气中污染物的平均浓度。另一类是用容器（玻璃瓶、塑料袋、橡皮球胆、注射器等）采集含有污染物的空气。这类方法适用于下述情况：大气中污染物的浓度较高；或测定方法的灵敏度较高；不易被液体吸收剂吸收或固体吸附剂吸附的污染气体和蒸汽。用此法测得的结果为大气中污染物的瞬时浓度或短时间内的平均浓度。此外，还有低温冷冻法，可用于采集挥发性气体和蒸汽，如烷基铅。采样器中的液体吸收剂主要用于吸收气态和蒸汽态物质。常用的吸收剂有：水、化合物水溶液、有机溶剂等。吸收剂必须能与污染物发生快速的化学反应或能把污染物迅速地溶解，并便于进行分析操作。例如空气中的氟化氢、氯化氢可用水作为吸收剂；二氧化硫可用四氯汞钠作为吸收剂；甲拌磷(3911)、内吸磷(1059)等有机磷农药可用5%甲醇作为吸收剂等。固体吸附剂有颗粒状吸附剂和纤维状吸附剂两种。常用的颗粒状吸附剂有硅胶、素陶瓷等，用于气态、蒸汽态和颗粒物的采样。纤维状吸附剂有滤纸、滤膜、脱脂棉、玻璃棉等，吸附作用主要是物理性的阻留，用于采集颗粒物。有时吸附剂先用某种化学试剂浸渍处理，使污染物同它发生化学作用而被吸附，主要用于采集气态或蒸汽态污染物。

大气采样要根据采样的目的和现场情况，选择合适的采样方式。如连续或瞬时采样，在地面定点采样或流动采样,用气球、飞机进行空中采样,以及环境采样、室内采样和污染源采样等。采样目的和采样方式不同，所用的采样方法和采样器也有所不同。如烟囱内颗粒物采样，可根据烟囱形状、高度，选定适当位置打孔，把采样器的收集器伸入孔内，用等动力速度抽气采集。这种方法称为等动力采样法。

大气采样所采集的样品应具有代表性。采样的效率要高，操作务求简便，并便于进行随后的化学分析测定。影响样品的代表性的因素有采样器和吸收剂的效率，采样点的位置和采样器对气流的干扰等。

近年来，大气采样技术正逐渐与分析测试技术结合起来，构成一种能够连续自动地进行采样、分析测定、记录所测结果的装置。这种装置可直接进行现场监测，称为监测分析仪。

大气采样器对于空气以及环境中有害气体的检测起到了很好的作用。随着科学技术的不断进步，大气采样器也是不断推出新品，如：智能型大气采样器、防爆大气采样器、双气路大气采样器等等产品，大大丰富了大气采样器的分类。

在大气采样领域，在不同地区，地区的温度差异可能比较大，例如在北方冬天寒冷的气候，或者在南方地带夏天酷热的气候中，采样设备由于受到低温或高温的影响，不利于吸收瓶内的吸收液对所采到的气体进行最佳的吸收，直接造成了后续化学分析的精确度。同时，在无人值守的多仓位分时自动采样过程中，已经采样完成的需要保存的吸收瓶中的吸收液，如果处于高的温度，会使得已经吸收的目标化学物质，其中有部分以比较快的速度重新挥发到环境中，也导致影响后续化学分析结果的精确度。

现有的采样设备中并没有一种多仓位，双模采样，能够实时控制采样温度和气体流量，能够控制采样时吸收液及采样气体温度，使其处于最佳吸收温度，采样前及采样后可以调低吸收液温度使其处于冷温状态，最大限度减少吸收液吸收后重新向环境挥发的24小时无人值守的实时控制温度和流量的大气采样系统。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能够实时控制采样温度和气体流量的实时控制温度和流量的大气采样系统。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：提供一种实时控制温度和流量的大气采样系统，包括：

用于存储吸收瓶的可密封的存储舱；

用于为所述实时控制温度和流量的大气采样系统内的吸收瓶提供气源的抽气设备；

与所述抽气设备电性连接，并用于对所述抽气设备的工作功率进行控制的实时控制系统；及

用于对所述存储舱内的温度进行控制的温度控制系统。

所述温度控制系统包括：

用于对脉冲调制单元发送控制信号的PID调节器；

用于接收所述PID调节器的控制信号产生脉冲宽度调制信号和/或脉冲频率调制信号的脉冲调制单元；

用于接收脉冲宽度调制信号和/或脉冲频率调制信号增大或者减小制冷功率的功率单元；及

用于根据所述功率单元输出的功率大小信息进行制冷的制冷单元。

所述温度控制系统还包括温度反馈系统，所述温度反馈系统包括：

用于检测所述存储舱内温度高低，并将所述温度高低的信息转化为数字电平的温度传感单元；

与所述温度传感单元电性连接，并将夹杂3次谐波、7次谐波、11次谐波的所述数字电平进行阻抗匹配处理及差分抗扰传输处理的阻尼抗扰单元；

与所述阻尼抗扰单元电性连接，用于将所述阻尼抗扰单元的输出转换成为完整的稳定的数字信号反馈回所述温度控制系统的数字滤波单元。

所述阻尼抗扰单元包括：

用于将所述数字电平信号进行阻抗匹配处理的阻抗匹配单元；

电性连接在所述阻抗匹配单元之后，并将所述数字电平信号进行差分抗扰传输处理的差分抗扰传输处理单元。

所述实时控制系统包括流量检测单元，所述抽气设备与所述吸收瓶之间还设置有气路选择单元，所述流量检测单元连接于所述气路选择单元与所述实时控制系统之间，用于检测进入所述吸收瓶内的气体流量大小的信息，并反馈到所述实时控制系统，进而增大或者减小所述抽气设备的工作功率。

所述实时控制温度和流量的大气采样系统还设置有环境温度检测单元和环境大气压检测单元，所述温度检测单元和大气压检测单元与所述实施控制系统电性连接。

所述实时控制温度和流量的大气采样系统还包括操作单元及显示单元，所述操作单元和显示单元与所述实施控制系统电性连接。

所述实时控制系统和温度控制系统之间设置有用于对所述实时控制系统和温度控制系统进行通信的通信单元。

所述通信单元为SCI通信单元。

所述抽气设备由若干个气泵组成。

所述温度控制系统还包括设置在所述存储舱内部并对所述存储舱进行加热的加热单元。

所述加热单元与所述功率单元电性连接，并根据所述功率单元输出的功率大小信息对所述存储舱进行加热。

与现有技术相比，由于在本实用新型实时控制温度和流量的大气采样系统中，所述吸收瓶预先盛装有与需要采样的气体反应的溶剂并放置在所述存储舱中，且通过所述温度控制系统还可以控制所述制冷单元给所述存储舱根据预设的采样温度进行制冷并维持该预设温度，另外所述实时控制温度和流量的大气采样系统还能用所述实时控制系统对进入所述吸收瓶内的气体流量大小的信息进行实时控制，如此能够确保进入所述吸收瓶内的气体流量与预先设定的气体流量大小相一致，因此本实用新型是一种能够实时控制采样温度和气体流量的实时控制温度和流量的大气采样系统。

通过以下的描述并结合附图，本实用新型将变得更加清晰，这些附图用于解释本实用新型的实施例。

附图说明

图1为本实用新型实时控制温度和流量的大气采样系统的一个实施例的结构示意图。

图2如图1所示的实时控制温度和流量的大气采样系统的电路原理模块图。

图3为如图1所示的实时控制温度和流量的大气采样系统内序号为A组-1的吸收瓶内的吸收液进行采样和冷保存状态的坐标示意图。

图4为如图1所示的实时控制温度和流量的大气采样系统内序号为A组-2的吸收瓶内的吸收液进行采样和冷保存状态的坐标示意图。

图5为如图1所示的实时控制温度和流量的大气采样系统内序号为A组-3的吸收瓶内的吸收液进行采样和冷保存状态的坐标示意图。

图6为如图1所示的实时控制温度和流量的大气采样系统内序号为A组-4的吸收瓶内的吸收液进行采样和冷保存状态的坐标示意图。

图7为如图1所示的实时控制温度和流量的大气采样系统内序号为A组-5的吸收瓶内的吸收液进行采样和冷保存状态的坐标示意图。

图8为如图1所示的实时控制温度和流量的大气采样系统内序号为A组-6的吸收瓶内的吸收液进行采样和冷保存状态的坐标示意图。

图9为如图1所示的实时控制温度和流量的大气采样系统内序号为B组-1的吸收瓶内的吸收液进行采样和冷保存状态的坐标示意图。

图10为如图1所示的实时控制温度和流量的大气采样系统内序号为B组-2的吸收瓶内的吸收液进行采样和冷保存状态的坐标示意图。

图11为如图1所示的实时控制温度和流量的大气采样系统内序号为B组-3的吸收瓶内的吸收液进行采样和冷保存状态的坐标示意图。

图12为如图1所示的实时控制温度和流量的大气采样系统内序号为B组-4的吸收瓶内的吸收液进行采样和冷保存状态的坐标示意图。

图13为如图1所示的实时控制温度和流量的大气采样系统内序号为B组-5的吸收瓶内的吸收液进行采样和冷保存状态的坐标示意图。

图14为如图1所示的实时控制温度和流量的大气采样系统内序号为B组-6的吸收瓶内的吸收液进行采样和冷保存状态的坐标示意图。

具体实施方式

现在参考附图描述本实用新型的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，如图1及2所示：

提供一种实时控制温度和流量的大气采样系统100，包括：

用于存储吸收瓶的可密封的存储舱10；

用于为所述实时控制温度和流量的大气采样系统100内的吸收瓶提供气源的抽气设备20；

与所述抽气设备20电性连接，并用于对所述抽气设备20的工作功率进行控制的实时控制系统30；及用于对所述存储舱10内的温度进行控制的温度控制系统40。所述温度控制系统40包括：用于对脉冲调制单元41发送控制信号的PID调节器42；用于接收所述PID调节器42的控制信号产生脉冲宽度调制信号和/或脉冲频率调制信号的脉冲调制单元41，所述脉冲调制单元41包括脉冲宽度调制单元410及脉冲频率调制单元411；用于接收脉冲宽度调制信号和/或脉冲频率调制信号增大或者减小制冷功率的功率单元44；及用于根据所述功率单元44输出的功率大小信息进行制冷的制冷单元45，如图2所示的制冷单元45分为A组制冷单元45a及B组制冷单元45b，所述制冷单元45可以是半导体制冷片、外来冰水或者外来冷风进行制冷。

如图2所示，所述温度控制系统40还包括温度反馈系统46，所述温度反馈系统46包括：

用于检测所述存储舱10内温度高低，并将所述温度高低的信息转化为电流信号强弱的温度传感单元461，所述温度传感单元461是设置在所述存储舱10的内部，对所述存储舱10内的温度进行检测；与所述温度传感单元461电性连接，并将所述电流信号进行阻抗匹配处理及差分抗扰传输处理的阻尼抗扰单元462；所述阻尼抗扰单元462包括：用于将所述电流信号进行阻抗匹配处理的阻抗匹配单元4621；电性连接在所述阻抗匹配单元4621之后，并将所述电流信号进行差分抗扰传输处理的差分抗扰传输处理单元4622。

与所述阻尼抗扰单元462电性连接，用于将所述阻尼抗扰单元462的输出转换成为数字信号反馈回所述温度控制系统40的数字滤波单元463，如图2所示的实施例中，所述数字滤波单元463是集成到所述温度控制系统40内部。在实际设计中，所述数字滤波单元463可以集成到所述温度控制系统40内部，也可以根据需要独立的设置在所述温度控制系统40之外。

所述实时控制系统30包括流量检测单元31，所述抽气设备20与所述吸收瓶之间还设置有气路选择单元50，所述流量检测单元31连接于所述气路选择单元50与所述实时控制系统30之间，用于检测进入所述吸收瓶内的气体流量大小的信息，并反馈到所述实时控制系统30，进而增大或者减小所述抽气设备20的工作功率，所述气路选择单元50的数量是根据所述抽气设备20所包含的气泵的数量进行设置的，通过所述流量检测单元31对进入吸收瓶内的气体流量进行检测，并反馈到所述实时控制系统30，进行反馈控制。

所述实时控制温度和流量的大气采样系统100还设置有环境温度检测单元60a和环境大气压检测单元60b，所述温度检测单元60a和大气压检测单元60b与所述实施控制系统30电性连接。

所述实时控制温度和流量的大气采样系统100还包括操作单元70a及显示单元70b，所述操作单元70a和显示单元70b与所述实施控制系统30电性连接，所述显示单元70b能够实时的显示所述实时控制温度和流量的大气采样系统100的工作状态，采样人员通过所述操作单元70a对所述实时控制温度和流量的大气采样系统100输入采样信息，让所述实时控制温度和流量的大气采样系统100根据输入的采样信息工作。

所述实时控制系统30和温度控制系统40之间设置有用于对所述实时控制系统30和温度控制系统40进行通信的通信单元80。

所述通信单元80为SCI通信单元。

所述抽气设备20由若干个气泵组成，而如图2所示的实施例中，所述抽气设备20是由两个气泵组成的，气泵的数量是可以根据实际需要进行添加或者减少的。

所述温度控制系统40还包括设置在所述存储舱10内部并对所述存储舱10进行加热的加热单元47。所述加热单元47可以是红外加热装置、电阻加热装置、外来热风/热水加热等加热方式。

所述加热单元47与所述功率单元44电性连接，并根据所述功率单元44输出的功率大小信息对所述存储舱10进行加热。所述加热单元47的工作模式和所述制冷单元45的工作模式是相似的，同样是通过所述反馈系统46对温度进行反馈控制。

在本实用新型实时控制温度和流量的大气采样系统100开始工作前，采样人员可以根据设备所处的环境的温度对所述存储舱10内的温度进行预先设定，进行升温或者降温，所述温度控制系统40，可以通过所述功率单元44控制所述加热单元47对所述存储舱10进行加热，或者通过所述制冷单元45对所述存储舱10进行制冷，而所述温度反馈系统46则对所述存储舱10内的温度反馈回到所述温度控制系统40内，对所述存储舱10内的温度进行反馈控制，以配合所述吸收瓶内的吸收液对所进行采样的气体达到最佳的吸收效果。

如图3-14所示的实施例中，本实用新型实时控制温度和流量的大气采样系统100内部设置有A组6个吸收瓶和B组6个吸收瓶，共12个吸收瓶内的吸收液进行采样和冷保存状态的坐标示意图，为本实用新型实时控制温度和流量的大气采样系统100在进行采样时，其中的六个吸收瓶内的吸收液进行采样状态和处于冷保存状态的坐标示意图，如图3-14所示的坐标示意图中，纵坐标为采样的温度，单位为摄氏度，而横坐标为采样时间，单位为分钟，从图上可以看出，坐标图的曲线为A组6个吸收瓶和B组6个吸收瓶进行采样的示意图，从图上可以看出，1号吸收瓶在第37分钟时，开始采样并进行加温，从温度为5摄氏度上升到25度大概需要2分钟，此时其余的吸收瓶保温为5度，当时间在55分钟附近，1号瓶采样结束，然后1号瓶开始降温回到保温状态，温度从25度降到5度，采样的时间大概控制在15分钟左右，而其他的吸收瓶内的吸收液在采样的温度和保存的温度是和A组-1号瓶的情况类似。从图3-14还可以看出，在采样时，温度上升的过程中，温度会超过设置的采样点，下降时，温度也会小幅上升后再降温，这个就是温度的之后传递造成的。实际应用中，吸收瓶进行采样的间隔还可以设置为更短，A组-1号瓶采样完成甚至未完成，便可以让所述实施控制系统30控制其他号吸收瓶进行采样，工作模式可以根据实际情况进行设置。所述实施控制系统30可以通过所述气路选择单元50选择让A组或B组之中的任何一个或者几个吸收瓶进行采样，而且可以通过所述制冷单元45或者加热单元47对吸收瓶的温度进行控制，方便采样或者保存。

所述存储舱10内设置多个用于放置吸收瓶的圆筒，每个圆筒内均设置有所述制冷单元45及加热单元47，因此也就是让所述温度控制系统40对所述圆筒内的温度进行调整，使得所述圆筒内的温度调整至适合采样的温度，而待采样完成时，所述实时控制系统30则会通过所述气路选择单元50重新选择需要采样的吸收瓶进行采样，同时还会通过所述温度控制系统40对所述圆筒内的温度进行重新调整，使得所述圆通内的温度适应所述吸收液保存所吸收到的物质，从而有利于大大地提高采样的精确度。

本实用新型实时控制温度和流量的大气采样系统100的优点在于：实现在不同环境温度条件下，例如高温在50摄氏度至摄氏零下30度范围，在设备内部的所述存储舱10内的吸收瓶，其采样时的温度可以通过对实时控制系统40进行预先编程控制，确保吸收液在吸收不同目标物质时，处于最佳的吸收温度，而通常情况下，吸收液最佳的吸收温度为摄氏15度至摄氏25度，由于采样的温度与外界的环境温度会有一定的差异，特别是在北方冬季的极寒的气候，或者夏季酷暑的天气中，需要所述温度控制系统40对所述存储舱10内的吸收液的温度进行升温或降温，而不受环境温度的影响，并且在吸收液完成吸收作业之后，所述实时控制温度和流量的大气采样系统100可以将温度调低至吸收液保持状态，最大限度的减少应激被吸收的目标物质，重新挥发到环境中，并且所述存储舱10内能够存放多个装有不同或相同吸收夜的吸收瓶，通过电磁阀对吸收瓶进行多路采样，提高采样数据的准确度，也能提高采样的工作效率和降低采样人员的工作强度和时间。

结合图1-14，由于在本实用新型实时控制温度和流量的大气采样系统100中，所述吸收瓶预先盛装有与需要采样的气体反应的溶剂并放置在所述存储舱10中，且通过所述温度控制系统40还可以控制所述制冷单元45给所述存储舱10根据预设的采样温度进行制冷并维持该预设温度，另外所述实时控制温度和流量的大气采样系统100还能用所述实时控制系统30对进入所述吸收瓶内的气体流量大小的信息进行实时控制，如此能够确保进入所述吸收瓶内的气体流量与预先设定的气体流量大小相一致，因此本实用新型是一种能够实时控制采样温度和气体流量的实时控制温度和流量的大气采样系统。

以上所揭露的仅为本实用新型的优选实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (12)

1.一种实时控制温度和流量的大气采样系统，其特征在于，包括： 

用于存储吸收瓶的可密封的存储舱； 

用于为所述实时控制温度和流量的大气采样系统内的吸收瓶提供气源的抽气设备； 

与所述抽气设备电性连接，并用于对所述抽气设备的工作功率进行控制的实时控制系统；及 

用于对所述存储舱内的温度进行控制的温度控制系统。 

2.如权利要求1所述的实时控制温度和流量的大气采样系统，其特征在于，所述温度控制系统包括： 

用于对脉冲调制单元发送控制信号的PID调节器； 

用于接收所述PID调节器的控制信号产生脉冲宽度调制信号和/或脉冲频率调制信号的脉冲调制单元； 

用于接收脉冲宽度调制信号和/或脉冲频率调制信号增大或者减小制冷功率的功率单元；及 

用于根据所述功率单元输出的功率大小信息进行制冷的制冷单元。 

3.如权利要求2所述的实时控制温度和流量的大气采样系统，其特征在于，所述温度控制系统还包括温度反馈系统，所述温度反馈系统包括： 

用于检测所述存储舱内温度高低，并将所述温度高低的信息转化为数字电平的温度传感单元； 

与所述温度传感单元电性连接，并将夹杂3次谐波、7次谐波、11次谐波的所述数字电平进行阻抗匹配处理及差分抗扰传输处理的阻尼抗扰单元； 

与所述阻尼抗扰单元电性连接，用于将所述阻尼抗扰单元的输出转换成为完整的稳定的数字信号反馈回所述温度控制系统的数字滤波单元。 

4.如权利要求3所述的实时控制温度和流量的大气采样系统，其特征在于，所述阻尼抗扰单元包括： 

用于将所述数字电平信号进行阻抗匹配处理的阻抗匹配单元； 

电性连接在所述阻抗匹配单元之后，并将所述数字电平信号进行差分抗扰传输处理的差分抗扰传输处理单元。 

5.如权利要求1所述的实时控制温度和流量的大气采样系统，其特征在于，所述实时控制系统包括流量检测单元，所述抽气设备与所述吸收瓶之间还设置有气路选择单元，所述流量检测单元连接于所述气路选择单元与所述实时控制系统之间，用于检测进入所述吸收瓶内的气体流量大小的信息，并反馈到所述实时控制系统，进而增大或者减小所述抽气设备的工作功率。 

6.如权利要求1所述的实时控制温度和流量的大气采样系统，其特征在于，所述实时控制温度和流量的大气采样系统还设置有环境温度检测单元和环境大气压检测单元，所述温度检测单元和大气压检测单元与所述实时控制系统电性连接。 

7.如权利要求1所述的实时控制温度和流量的大气采样系统，其特征在于，所述实时控制温度和流量的大气采样系统还包括操作单元及显示单元，所述操作单元和显示单元与所述实时控制系统电性连接。 

8.如权利要求1所述的实时控制温度和流量的大气采样系统，其特征在于，所述实时控制系统和温度控制系统之间设置有用于对所述实时控制系统和温度控制系统进行通信的通信单元。 

9.如权利要求8所述的实时控制温度和流量的大气采样系统，其特征在于，所述通信单元为SCI通信单元。 

10.如权利要求1所述的实时控制温度和流量的大气采样系统，其特征在于，所述抽气设备由若干个气泵组成。 

11.如权利要求3所述的实时控制温度和流量的大气采样系统，其特征在于，所述温度控制系统还包括设置在所述存储舱内部并对所述存储舱进行加热的加热单元。 

12.如权利要求11所述的实时控制温度和流量的大气采样系统，其特征在于，所述加热单元与所述功率单元电性连接，并根据所述功率单元输出的功率大小信息对所述存储舱进行加热。 

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