CN212321188U - 一种多功能大气采样系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多功能大气采样系统，属于环境监测技术领域。本发明的大气采样系统包括采样头、采样管、抽气风机、采样系统控制器和分析仪；所述采样管包括室外管和室内管，所述室内管设有加热保温装置和采样接口，且安装有压力传感器、温度传感器、湿度传感器和流速传感器；所述采样系统控制器具有信号采集单元和微处理控制单元，所述微处理控制单元包括用于采样控制单元；所述传感器分别与信号采集单元和微处理控制单元相连接，所述采样控制单元分别与加热装置、抽气风机、分析仪相连接。本实用新型的采样系统能够有效提升采样效率和监测数据质量，满足大气环境监测的需要。

Description

一种多功能大气采样系统

技术领域

本实用新型属于环境监测技术领域，涉及一种多功能大气采样系统。

背景技术

近年来随着国家经济实力的增强和科技生产力的全面迅速发展，以及环境空气质量自动监测系统的不断发展，环境空气自动监测站越来越多。环境空气自动监测站的大气采样系统主要由采样装置和检测仪器构成，通过采样装置从室外引入空气来完成环境空气样品的采集工作，然后利用检测仪器对采集到的空气样品进行检测分析。如图1所示，目前的大气采样系统结构比较简单，由采样头，采样管，抽气风机(即采样风机)组成采样装置，在工作时，检测仪器连接采样管上面的采样支路接口将采集的空气样品吸入到仪器内部，通过化学或物理反应对空气进行分析。

随着对大气监测数据精确度的要求越来越高，及环境监测指标(如VOCs、NH₃等)越来越多，目前的大气采样系统存在以下缺陷，具体为：

1.现有采样系统无法监测和动态控制采样总管中空气样品气体的湿度、温度、压力和流速等参数，尤其在内外温差大、高湿等天气条件下，容易影响监测数据准确性，如导致VOCs、O3气体的监测数值偏低容易影响数据质量；

2.现有采样系统无法实现全程系统校准，主要是由于现有采样总管无法实现气密性检查功能；采样系统的气密性差会导致采集到的气体不纯，掺杂室内气体，从而无法保证监测数据的准确度；

3.现有采样系统的采样总管内部材质一般为常用的Teflon 材质，加热效果较慢，无法实现动态控制加热。

4.现有采样总管一般长为3-5米，长期运行后，内壁会附着污染物，每次清洁和维护都要拆装采样总管，不太方便。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种多功能大气采样系统，可以有效提升采样效率和监测数据质量，满足大气环境监测的需要。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：

一种多功能大气采样系统，所述大气采样系统包括采样头、采样管、抽气风机、采样系统控制器和分析仪；

所述采样管包括室外管和室内管，所述室内管设有加热保温装置，且安装有压力传感器、温度传感器、湿度传感器和流速传感器，所述室内管还设有至少一个采样接口；

所述采样系统控制器具有信号采集单元和微处理控制单元，所述微处理控制单元包括用于调整控制采样管内大气状态的采样控制单元；

所述压力传感器、温度传感器、湿度传感器和流速传感器分别与信号采集单元和微处理控制单元相连接，所述采样控制单元分别与加热装置、抽气风机、分析仪相连接；

所述分析仪的内部具有抽气泵，在进行大气采样时，采样管内的大气样品由采样接口抽入分析仪进行检测。

本实用新型在大气采样系统的采样管上设置了压力传感器、温度传感器、湿度传感器和流速传感器，通过压力传感器、温度传感器、湿度传感器和流速传感器可实时监测进入采样管的大气的状态(即压力、温度、湿度和流速)，信号采集单元获得这些监测到的数据并传送给微处理控制单元，微处理控制单元的采样控制单元执行采样控制程序对进入采样系统的大气的状态进行调整控制，具体为通过控制室内管的加热装置将气体温度或湿度调整到设定阈值内，通过调整抽气风机的转速将压力、流速控制在设定范围内，从而将不同外界环境条件下的大气处理为具有统一状态的待测大气气体，提高检测数据的一致性和整体数据质量。

本实用新型在进行正常采样时，通过抽气风机将外界环境的大气抽入采样管，分析仪自带的抽气泵将进入室内经过处理的大气样品抽入分析仪对大气样品进行检测。

作为优选，所述采样管包括内采样层和外保护层，所述加热保温装置包括位于室内管的内采样层和外保护层之间的加热层和保温层。

作为优选，所述内采样层为硼硅酸盐玻璃管，所述室外管的内采样层和外保护层之间的空隙安装有多个密封圈。

作为优选，所述密封圈为O型圈。

密封圈用于保护内层玻璃管不与外层管相互碰撞。

目前，大气采样总管内壁主要采用材料是Teflon，虽然Teflon 管易运输，不易损坏，但Teflon管具有易被污染，加热较慢，无法实现动态加热等缺点，相对国家规定的常规站点(SO₂、NO₂、 CO、O₃)几个必测因子，很多站点新增了NH₃、H₂S、VOCs、硫化物等监测因子，采用Teflon材质采样管对特殊因子监测数据有影响。本实用新型采用硼硅酸盐玻璃材质的采样管(即不含碱金属氧化物的高硼低硅硼硅酸盐玻璃)，硼硅酸盐玻璃是用氧化硼取代普通玻璃中的部分碱金属氧化物而得到的，具有良好的化学稳定性，不与被监测污染物发生化学反应，且不会释放干扰物质、易清理。虽然玻璃材料易碎，但在运输、安装、维护时稍加注意完全可以避免。

作为优选，所述外保护层为PVC管或不锈钢管。

作为优选，所述室内管的外保护层为咬合式结构管。

本实用新型将室内管的外保护层设置为咬合式结构便于拆装。

作为优选，所述压力传感器、温度传感器、湿度传感器和流速传感器安装在室内管的内部。

作为优选，所述采样接口具有多个，且采样系统控制器内设有与每个采样接口一一对应的电磁阀，在进行大气采样时，采样管内的大气样品由采样接口抽出经其对应的电磁阀进入分析仪进行检测。

本实用新型通过多个采样接口及与每个采样接口一一对应的电磁阀的设置，通过控制电磁阀的开关，可实现不同检测目的的任意组合。

作为优选，所述室内管还设有气密检查接口，所述气密检查接口为接口Ⅰ，所述采样系统控制器内设有与接口Ⅰ对应的电磁阀Ⅰ，所述微处理控制单元还包括气密检查单元，所述气密检查单元分别与压力传感器和电磁阀Ⅰ连接，在进行气密性检查时，采样管内的气体由接口Ⅰ经电磁阀Ⅰ抽出。

作为优选，所述多功能大气采样系统还包括气密检查密封件和真空泵，所述气密检查密封件包括采样管上堵头、采样管下堵头和接口密封件，气密检查密封件用于封堵除接口Ⅰ外其他接口和端口。

本实用新型的大气采样系统通过气密检查接口Ⅰ、气密检查单元、气密检查密封件和真空泵的设置，可对大气采样系统进行气密性检查，确保系统气密性良好，从而保证检测数据准确性。

本实用新型在进行气密性检查时，先使用气密检查密封件封堵除接口Ⅰ外的其他接口和采样管的上下端口，电磁阀Ⅰ通过管路c与接口Ⅰ连接，通过管道与真空泵连接，微处理控制单元的气密检查单元执行气密检查程序，开启电磁阀Ⅰ将采样管内的气体抽出，启动真空泵，当压力传感器检测到采样管内的压力降到规定数值后，关闭电磁阀Ⅰ，以确保采样系统的密封性，同时关闭真空泵，等待一段时间，如采样管内压力值无变化，则表明采样系统气密性良好。

作为优选，所述室内管还设有系统校准接口，所述系统校准接口为接口Ⅰ，所述多功能大气采样系统还包括提供标准气体的校准仪，所述采样系统控制器内设有与接口Ⅰ对应的电磁阀Ⅰ、与其中一个采样接口对应的电磁阀Ⅱ，所述微处理控制单元还包括系统校准单元，所述系统校准单元分别与压力传感器、流速传感器、抽气风机、电磁阀Ⅰ、电磁阀Ⅱ和分析仪相连，在进行系统校准时，所述标准气体从校准仪经电磁阀Ⅰ由接口Ⅰ进入采样管，然后由采样接口抽出经电磁阀Ⅱ进入分析仪。

本实用新型在进行系统校准时，将采样头去掉切换为采样管上堵头，所述电磁阀Ⅰ与校准仪通过管路d连接，与接口Ⅰ通过管路c连接，校准仪产生的标准气体在电磁阀Ⅰ开启的情况下通过管路d和管路c进入采样管，所述电磁阀Ⅱ与采样接口通过管路a连接，与分析仪通过管路b连接，在电磁阀Ⅱ开启的情况下，采样管内的标准气体通过管路a和管路b进入分析仪。

本实用新型的大气采样系统通过校准接口、校准仪、电磁阀Ⅰ、电磁阀Ⅱ以及校准单元的设置，实现系统校准，通过对压力传感器、流速传感器数值的监测控制抽气风机的转速从而控制标准气体的流速，使校准过程模拟正常采样过程的压力和流速，减少了大气采样时的系统误差，提高了检测数据准确性。

本实用新型在同时具有气密性检查功能和气密校准功能时，将气密检查接口与校准接口设置为同一个接口，即接口Ⅰ，可减少采样系统的接口数量，从而减小采样管发生泄漏的可能性；此时接口Ⅰ所对应的电磁阀Ⅰ为三通电磁阀，该三通电磁阀的三个出口分别连接接口Ⅰ、真空泵和校准仪，并且在接口Ⅰ与电磁阀Ⅰ之间还设有一个二通阀，当进行气密性检查时，采样管内气体抽出后先关闭二通阀再关闭电磁阀Ⅰ，以防止电磁阀Ⅰ(三通阀) 在其中一个通路关闭后通过另外一个通路漏气。

作为优选，所述室内管还设有清洁接口，所述采样系统控制器内设有与清洁接口对应的控制形成脉冲气流的反吹电磁阀，所述微处理控制单元还包括脉冲清洁单元，所述脉冲清洁单元分别与反吹电磁阀、抽气风机连接，在对大气采样系统进行自动脉冲清扫时，将零气经反吹电磁阀由清洁接口吹入采样管。

本实用新型的大气采样系统通过清洁接口、反吹电磁阀、脉冲清洁单元的设置，可实现对室内管的自动吹扫，避免了传统的清洁维护需要拆装采样管的问题，提高了大气采样系统的使用便捷性，降低了大气采样系统的清洁维护的劳动强度。本实用新型在进行采样系统清洁时，通过管路a连接清洁接口与反吹电磁阀，通过管道连接反吹电磁阀和零气装置，微处理控制器的脉冲清洁单元执行脉冲清洁程序，开启反吹电磁阀，控制反吹电磁阀进行脉冲式切换，将零气装置内压力为40psi-50psi的零气吹到采样管内部，以脉冲式反吹形式对室内管内部吹扫。

作为优选，所述清洁接口为采样接口中的一个或多个。

本实用新型将清洁接口与采样接口设置为同一接口，减少了采样系统的接口数量，从而减小了采样管发生泄漏的可能性；且采样接口也作为清洁接口使用时，采样/清洁接口所对应的电磁阀为三通电磁阀，该三通电磁的三个接口分别连接采样/清洁接口、分析仪和零气装置。

作为优选，所述采样系统控制器还包括远程通讯单元、数显和按键操作单元。

数显单元用于采样管内状况(温度、压力、湿度及流速)的显示。

作为优选，所述分析仪内部安装有压力传感器、温度传感器、湿度传感器、流速传感器，用于进一步监测进入分析仪的气体样品的各项指标。

作为优选，所述大气采样系统还包括支撑架。

作为优选，所述支撑架与室内管连接，为伸缩设计。

作为优选，所述室内管与支撑架的连接处设有密封连接件。

作为优选，所述密封连接件为密封连接卡环。

作为优选，所述室外管的长度为1.5m-2.1m，所述室内管的长度为1.0m-1.5m。

作为优选，所述支撑架的长度为0.8m-1.3m。

采用本实用新型的多功能大气采样系统进行大气采样的方法，包括采用多功能大气采样系统进行大气采样，具体为：

采样系统控制器的采样控制单元执行正常采样程序，室外空气在抽气风机作用下通过采样头进入采样管，采样控制单元通过控制抽气风机的转速对采样管内大气的压力和流速进行调控，通过控制加热装置对采样管内大气的温度和湿度进行调控，使进入采样管的大气的温度、湿度、压力和流速在设定范围内，成为合格的待测空气样品，分析仪自带的抽气泵将待测空气样品从采样接口抽出，进入分析仪进行分析得到对应因子的监测数据，多余气体从抽气风机的排气口排出。

作为优选，所述对采样管内大气的压力和流速进行调控包括：在采样过程中，采样管的压力传感器、流速传感器分别实时监测采样管内部的压力和气体流速，信号采集单元获得监测到的压力和气体流速数据并传送给采样系统监控器的微处理控制单元，微处理控制单元的采样控制单元根据监测到的压力值判断采样管内的压力是否处于常压，如不处于常压则调整抽气风机速度使采样管内的压力处于常压；采样控制单元根据监测到的气体流速值判断进入采样管的气体流速是否在设定范围内(≥0.15m/s)，如果不在设定范围内，则通过调整抽气风机转速来调整流速，从而控制待测气体经过采样管的滞留时间≤20s；

所述对采样管内大气的温度和湿度进行调控包括：在采样过程中，采样管内部的温度传感器、湿度传感器分别实时监测采样管内部的温度、湿度，信号采集单元获得监测到的数据并传送给微处理控制单元；微处理控制单元的采样控制单元根据监测到的温度值和湿度值判断进入采样管的气体的温度是否在设定阈值 (温度30℃-50℃、湿度35％-60％)的范围内，如果低于设定阈值，则启动加热装置对采样管进行加热，湿度值和温度值中任一值达到设定范围值，则停止加热；保证采样系统内温度/湿度在设定阈值的范围内；温度和湿度以负反馈的形式进行控制。

作为优选，所述待测气体经过采样管的流速和滞留时间根据 HJ 654-2013《环境空气气态污染物(SO₂、NO₂、O₃、CO)连续自动监测系统技术要求及检测方法》和HJ 664—2013《环境空气质量监测点位布设技术规范》的要求进行，即被测气体经过采样管的滞留时间≤20S，流速必须≥0.15m/s。

作为优选，所述采样接口具有多个，且采样系统控制器内设有与每个采样接口一一对应的电磁阀，在进行大气采样时，通过管道连接采样接口和其对应的电磁阀，通过管道连接电磁阀与分析仪，采样管内的大气样品由采样接口抽出经其对应的电磁阀进入分析仪进行检测。

作为优选，使用本实用新型的多功能大气采样系统进行大气采样的方法还包括对多功能大气采样系统进行气密性检查，具体为：

所述室内管还设有气密检查接口，所述气密检查接口为接口Ⅰ，所述微处理控制单元还包括气密检查单元，所述气密检查单元分别与压力传感器和电磁阀Ⅰ连接；

去掉采样头，在采样管开口端和除接口Ⅰ外的其他接口安装气密检查密封件，确保采样系统密封性良好，通过管路c连接接口Ⅰ和电磁阀Ⅰ，通过管道连接电磁阀Ⅰ和真空泵；

微处理控制单元的气密检查单元执行气密检查程序，开启电磁阀Ⅰ，启动真空泵，将采样管内的空气从接口Ⅰ经电磁阀Ⅰ抽出，压力传感器测得的采样管内的压力数值由数据采集单元传送给微处理控制单元，微处理控制单元的气密检查单元判断采样管内压力值是否减小至≤230-300百帕，当减小至≤230-300百帕时，真空泵停止运行，关闭电磁阀Ⅰ以确保系统密封，等待3min-6min 若采样管内压力值无明显变化，则表明气密性良好。

作为优选，所述气密性检查在大气采样之前进行。

作为优选，使用本实用新型的多功能大气采样系统进行大气采样的方法还包括对多功能大气采样系统进行系统校准，具体为：

所述室内管还设有系统校准接口，所述系统校准接口为接口Ⅰ，所述多功能大气采样系统还包括提供标准气体的校准仪，所述采样系统控制器内设有与接口Ⅰ对应的电磁阀Ⅰ、与其中一个采样接口对应的电磁阀Ⅱ，所述微处理控制单元还包括系统校准单元，所述系统校准单元分别与压力传感器、流速传感器、抽气风机、电磁阀Ⅰ、电磁阀Ⅱ和分析仪相连；

通过管路d连接校准仪与电磁阀Ⅰ，通过管路c连接电磁阀Ⅰ与接口Ⅰ，通过管路a连接电磁阀Ⅱ与采样接口，通过管路b 连接电磁阀Ⅱ与分析仪；微处理控制单元的系统校准单元执行系统校准程序，控制电磁阀Ⅰ开启，使标准气体从校准仪经管路d、电磁阀Ⅰ、管路c，由接口Ⅰ进入采样管，并迅速充满采样管；系统校准单元控制电磁阀Ⅱ开启，进入采样管的标准气体由分析仪自带的抽气泵从采样接口抽出，经管路a、电磁阀Ⅱ、管路b，进入分析仪；待分析仪对标准气体的响应值稳定4min-6min，即可对分析仪进行校准。

作为优选，为确保校准仪产生的标准气体能快速充满采样管，校准仪控制标准气体的流量≥6L/min，所述采样管的体积为 5L-7L，并且为模拟正常采样时的常压状态以及控制标准气体在采样管内的滞留时间与正常采样时一致，系统校准单元根据压力传感器测得的压力值调整抽气风机的速度，使标准气体进气量与抽气量相当，以保证采样管内为常压状态，同时气体流速和滞留时间在设定范围内(气体流速≥0.15m/s，滞留时间≤20s)。

本实用新型规定当标准气体进入采样管内部时，采样管内压力传感器测得压力值要与正常采样时压力值波动在30-50百帕以内，确认为常压。

作为优选，所述系统校准在气密性检查之后和大气采样之前进行。在气密性检查结束确保气密性良好后恢复正常采样状态(撤去气密检查密封件，安装采样头)进行系统校准。

快速充满是为了将原先采样管内空气吸出，保证分析仪此时采集分析的是标准气体。

作为优选，当系统校准接口和气密检查接口为同一接口(即接口Ⅰ)时，所述电磁阀Ⅰ为三通电磁阀，该三通电磁阀的三个出口分别连接接口Ⅰ、真空泵和校准仪，且在接口Ⅰ与电磁阀Ⅰ之间还设有一个二通阀，当进行气密性检查时，采样管内气体抽出后先关闭二通阀再关闭电磁阀Ⅰ，以防止电磁阀Ⅰ(三通阀) 在其中一个通路关闭后通过另外一个通路漏气。

作为优选，使用本实用新型的多功能大气采样系统进行大气采样的方法还包括对多功能大气采样系统进行清洁处理，包括采用脉冲气流对室内管进行自动脉冲清扫，具体为：

所述室内管还设有清洁接口，所述清洁接口为采样接口中的一个，所述采样系统控制器内设有与清洁接口对应的控制形成脉冲气流的反吹电磁阀，所述微处理控制单元还包括脉冲清洁单元，所述脉冲清洁单元分别与反吹电磁阀、抽气风机连接；

在对大气采样系统进行自动脉冲清扫时，零气经反吹电磁阀由清洁接口进入采样管。

通过管路a连接清洁接口与反吹电磁阀，通过管道连接反吹电磁阀和零气装置，微处理控制器的脉冲清洁单元执行脉冲清洁程序，开启反吹电磁阀，控制反吹电磁阀进行脉冲式切换，将零气装置内压力为40psi-50psi的零气吹到采样管内部，以脉冲式反吹形式对室内管内部吹扫，同时开启抽气风机。

室内管采用脉冲气流进行自动清扫时还可结合清洗工具，将采样管清洁干净，方便维护。

作为优选，所述室外管进行人工清扫即可，具体可采用清洁工具从室外管的上端开口轻轻顺下清扫。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型能够实现对进入采样管的大气气体的湿度、温度、压力和流速进行检测并调控，将大气按设定需求处理成待测空气样品，从而提高空气检测质量；本实用新型能够对采样系统进行气密性检查和全程系统校准，从而提高了空气检测精度和质量；本实用新型能够实现对室内采样管的脉冲式清扫，提高了大气采样系统的使用便捷性。

附图说明

图1为现有技术中的大气采样系统的结构示意图。

图2为本实用新型多功能大气采样系统的结构示意图。

图3为本实用新型多功能大气采样系统进行系统校准的结构示意图。

图4为本实用新型多功能大气采样系统的采样管的层次结构示意图。

图5为本实用新型多功能大气采样系统的系统采样控制器微处理控制单元的架构示意图。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

实施例1

本实施例中的多功能大气采样系统，包括采样头1、采样管2、抽气风机3、与室内管22连接的可伸缩的支撑架4、采样系统控制器5和分析仪6。

采样管2具有内采样层2-1和外保护层2-4，内采样层2-1为硼硅酸盐玻璃管，外保护层2-4为PVC管或不锈钢管；采样管2 分为室外管21长1.8m，位于室外屋顶8上方和室内管22长1.2m，位于室内；室外管21的内采样层2-1和外保护层2-4之间的空隙安装有多个O型圈，室内管22设有加热保温装置，该加热保温装置包括位于室内管22的内采样层2-1和外保护层2-4之间的加热层2-2和保温层2-3；

室内管22内部安装有压力传感器221、温度传感器222、湿度传感器223和流速传感器224，室内管22设有5个采样接口226；室内管22与可伸缩的支撑架4的连接处设有密封连接卡环41，可伸缩的支撑架4的长度可在0.8m-1.3m之间调节。

采样系统控制器5具有信号采集单元和微处理控制单元，微处理控制单元包括用于调整控制采样管2内大气状态即温度、湿度、压力、流速的采样控制单元、远程通讯单元、以及数显和按键操作单元，采样系统控制器5内设有与每个采样接口226一一对应的电磁阀，在进行大气采样时，采样管2内的大气样品由采样接口226抽出经其对应的电磁阀进入分析仪6进行检测；

压力传感器221、温度传感器222、湿度传感器223和流速传感器224分别与信号采集单元和微处理控制单元相连接，采样控制单元分别与加热装置、抽气风机3、分析仪6相连接；

分析仪6的内部安装有抽气泵，用于将采样管2内的待测大气样品抽入分析仪6。

实施例2

与实施例1不同的是，本实施例的多功能大气采样系统还具有以下气密性检查结构：气密检查密封件和真空泵，气密检查密封件包括采样管上堵头227、采样管下堵头228和接口密封件，用于气密性检查时封堵除气密检查接口接口Ⅰ外其他接口和端口；微处理控制单元还包括气密检查单元，气密检查单元分别与压力传感器221和电磁阀Ⅰ连接，在进行气密性检查时，采样管 2内的气体由接口Ⅰ225经电磁阀Ⅰ抽出；本实施例中电磁阀Ⅰ采用二通阀。

实施例3

与实施例1不同的是，本实施例的多功能大气采样系统还具有以下系统校准结构：

提供标准气体的校准仪7，

设置在室内管22的系统校准接口—接口Ⅰ225，

设置在采样系统控制器5内、与接口Ⅰ225对应的电磁阀Ⅰ、与其中一个采样接口226对应的电磁阀Ⅱ，

微处理控制单元包括系统校准单元，系统校准单元分别与压力传感器221、流速传感器224、抽气风机3、电磁阀Ⅰ、电磁阀Ⅱ和分析仪6相连；在进行系统校准时，所述标准气体从校准仪 7经电磁阀Ⅰ由接口Ⅰ225进入采样管2，然后由采样接口226抽出经电磁阀Ⅱ进入分析仪6；本实施例中电磁阀Ⅰ和电磁阀Ⅱ为二通阀。

实施例4

与实施例1不同的是，本实施例的多功能大气采样系统还具有以下脉冲清洁结构：

以采样接口226作为清洁接口，此时在采样系统控制器5内与清洁接口/采样接口226对应的电磁阀为能够控制形成脉冲气流的具有三通结构的反吹电磁阀，反吹电磁阀的三个接口分别连接采样接口/清洁接口、分析仪和零气装置，微处理控制单元包括脉冲清洁单元，脉冲清洁单元分别与反吹电磁阀、抽气风机3连接，在对大气采样系统进行脉冲清洁处理时，零气经反吹电磁阀由清洁接口进入采样管2。

实施例5

与实施例1不同的是，本实施例的多功能大气采样系统还同时具有实施例2中的气密性检查结构和实施例3中的系统校准结构，且气密检查接口和系统校准接口为同一接口，均为接口Ⅰ225，本实施例中的电磁阀Ⅰ为三通电磁阀，该三通电磁阀的三个出口分别连接接口Ⅰ、真空泵和校准仪，同时在接口Ⅰ与电磁阀Ⅰ之间还设有一个二通阀。

实施例6

与实施例5不同的是，本实施例的多功能大气采样系统还具有实施例4中的脉冲清洁结构。

应用实施例1

本实施例采用实施例1的多功能大气采样系统进行大气采样，具有正常采样步骤，具体为：

将采样接口226和其对应的电磁阀通过管道连接，并通过管道连接电磁阀与分析仪6，采样系统控制器5的采样控制单元执行正常采样程序，室外空气在抽气风机3作用下通过采样头1进入采样管2；

在采样过程中，采样管2的压力传感器221、流速传感器224 分别实时监测采样管2内部的压力和气体流速，信号采集单元获得监测到的压力和气体流速数据并传送给采样系统监控器的微处理控制单元，微处理控制单元的采样控制单元根据监测到的压力值判断采样管2内的压力是否处于常压，如不处于常压则调整抽气风机3速度使采样管2内的压力处于常压；采样控制单元根据监测到的气体流速值判断进入采样管2的气体流速是否在设定范围内≥0.15m/s，如果不在设定范围内，则通过调整抽气风机3转速来调整流速，从而控制待测气体经过采样管2的滞留时间≤ 20s；待测气体经过采样管2的流速和滞留时间根据HJ654-2013 《环境空气气态污染物SO₂、NO₂、O₃、CO连续自动监测系统技术要求及检测方法》和HJ 664—2013《环境空气质量监测点位布设技术规范》的要求进行，即被测气体经过采样管2的滞留时间≤20S，流速必须≥0.15m/s；

采样管2内部的温度传感器222、湿度传感器223分别实时监测采样管2内部的温度、湿度，信号采集单元获得监测到的数据并传送给微处理控制单元；微处理控制单元的采样控制单元根据监测到的温度值和湿度值判断进入采样管2的气体的温度是否在设定阈值温度30℃-50℃、湿度35％-60％的范围内，如果低于设定阈值，则启动加热装置对采样管2进行加热，湿度值或温度值中任一值达到设定范围值，则停止加热；保证采样系统内温度或湿度在设定阈值的范围内；温度和湿度以负反馈的形式进行控制；

通过对进入采样管2的大气的温度、湿度、压力和流速的调控使其处于设定范围内，从而使进入采样管2的大气成为合格的待测空气样品；然后分析仪6自带的抽气泵将待测大气样品从采样接口226抽出，采样控制单元控制相应的电磁阀开启，将待测大气样品抽入分析仪6进行分析得到对应因子的监测数据，多余气体从抽气风机3的排气口排出。

应用实施例2

本实施例采用实施例2的多功能大气采样系统进行大气采样，具有气密性检查步骤和正常采样步骤，具体为：

(1)气密性检查

在正常大气采样之前进行；

去掉采样头1，在采样管2开口端和除接口Ⅰ外的其他接口安装气密检查密封件，确保采样系统密封性良好，通过管路c连接接口Ⅰ225和电磁阀Ⅰ，并通过管道连接电磁阀Ⅰ与真空泵；

微处理控制单元的气密检查单元执行气密检查程序，开启电磁阀Ⅰ，启动真空泵，将采样管2内的空气从接口Ⅰ225抽出，压力传感器221测得的采样管2内的压力数值由数据采集单元传送给微处理控制单元，微处理控制单元的气密检查单元判断采样管2内压力值是否减小至≤266百帕，当减小至≤266百帕时，真空泵停止运行，关闭电磁阀Ⅰ以确保系统密封，等待5min若采样管2内压力值无明显变化，则表明气密性良好。

(2)正常采样

具体正常采样过程同应用实施例1。

应用实施例3

本实施例采用实施例3的多功能大气采样系统进行大气采样，具有系统校准步骤和正常采样步骤，具体为：

(1)系统校准

在正常大气采样之前进行；

将采样头1去掉切换为采样管上堵头227，通过管路d连接校准仪7与电磁阀Ⅰ，通过管路c连接采样电磁阀Ⅰ与接口Ⅰ225，通过管路a连接采样电磁阀Ⅱ与采样接口226，通过管路b连接电磁阀Ⅱ与分析仪6；微处理控制单元的系统校准单元执行系统校准程序，控制系统控制器内的电磁阀Ⅰ开启，使标准气体由校准仪经管路d、电磁阀Ⅰ、管路c由接口Ⅰ225进入采样管2，并迅速充满采样管2；系统校准单元控制电磁阀Ⅱ开启，进入采样管2的标准气体由分析仪6自带的抽气泵从采样接口226抽出，通过管路a、电磁阀Ⅱ、管路b进入分析仪6；待分析仪6对标准气体的响应值稳定4min-6min，即可对分析仪6进行校准；

为确保校准仪产生的标准气体能快速充满采样管2，校准仪控制标准气体的流量≥6L/min，采样管2的体积为5L-7L，并且为模拟正常采样时的常压状态以及控制标准气体在采样管2内的滞留时间与正常采样时一致，系统校准单元根据压力传感器221 测得的压力值调整抽气风机3的速度，使标准气体进气量与抽气量相当，以保证采样管2内为常压状态，同时气体流速和滞留时间在设定范围内气体流速≥0.15m/s，滞留时间≤20s。

(2)正常采样

具体正常采样过程同应用实施例1。

应用实施例4

本实施例采用实施例4的多功能大气采样系统进行大气采样，具有正常采样步骤和脉冲清洁步骤，具体为：

(1)正常采样

在将采样管2内的待测气体样品抽至分析仪6内时，开启反吹电磁阀中的一个通路，其他正常采样过程同应用实施例1。

(2)清洁处理

通过管路a连接清洁接口与反吹电磁阀，通过管道连接反吹电磁阀和零气装置，微处理控制器的脉冲清洁单元执行脉冲清洁程序，开启反吹电磁阀的另一通路，控制反吹电磁阀进行脉冲式切换，将零气装置内压力为45psi的零气吹到采样管2内部，以脉冲式反吹形式对室内管内部吹扫，同时开启抽气风机3全速率工作，将脉冲反吹掉的灰尘排出；在进行脉冲清洁后，还可结合清洗工具，将采样管清洁干净；

由于清洁接口为采样接口中的一个，因此本实施例中的脉冲清洁方式只是对室内管22进行清洁，室外管21的清洁还需采用人工清扫，具体可采用清洁工具从室外管21的上端开口轻轻顺下清扫。

应用实施例5

本实施例采用实施例5的多功能大气采样系统进行大气采样，具有气密性检查步骤、系统校准步骤和正常采样步骤，具体为：

(1)气密性检查

在进行气密性检查时，先开启二通电磁阀和电磁阀Ⅰ的一个通路，启动真空泵，将采样管2内的空气从接口Ⅰ225抽出，采样管2内压力值减小至≤266百帕时，真空泵停止运行，关闭二通电磁阀和电磁阀Ⅰ的上述通路，以确保系统密封，其他气密性检查过程同应用实施例2。

(2)系统校准

在进行系统校准时，二通电磁阀处于常开状态，开启电磁阀Ⅰ的另一通路，使标准气体进入采样管2，其他系统校准过程同应用实施例3。

(3)正常采样

具体正常采样过程同应用实施例1。

应用实施例6

本实施例采用实施例6的多功能大气采样系统进行大气采样，具有气密性检查步骤、系统校准步骤、正常采样步骤和清洁处理步骤，具体为：

(1)气密性检查

具体气密性检查过程同应用实施例5。

(2)系统校准

具体系统校准过程同应用实施例5。

(3)正常采样

具体正常采样过程同应用实施例4。

(4)清洁处理

具体清洁处理过程同应用实施例4。

在本申请的一些其他具体实施例及替换例中，室内管22的外保护层2-4可以为咬合式结构管；分析仪6内部还安装有压力传感器、温度传感器、湿度传感器、流速传感器，以进一步监测进入分析仪的气体样品的各项指标；室外管21的长度还可以是 1.5m、1.6m、2.0m、2.1m及1.5m-2.1m中的任一长度，室内管22 的长度还可以是1.0m、1.2m、1.5m及1.0m-1.5m中的任一长度；在进行气密性检查时，真空泵停止运行的标准可还可以是采样管 2内压力值减小至≤230百帕、250百帕、300百帕及230-300百帕中的任一值；判断气密性良好时等待时间还可以3min、4min、 6min及3min-6min中的任一时间；系统校准时，分析仪6对标准气体的响应值稳定时间还可以是4min、6min及4min-6min中的任一值；采样管2的体积还可以是5L、7L及5L-7L中的任一值；脉冲清洁时，零气的压力还可以是40psi、50psi及40psi-50psi中的任一值。

本处实施例对本实用新型要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本实用新型要求保护的范围内；同时本实用新型方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)，而各个参数之间并不存在严格的配合与限定关系，其中各参数在不违背公理以及本实用新型述求时可以相互替换，特别声明的除外。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本实用新型的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种多功能大气采样系统，其特征在于，所述大气采样系统包括采样头(1)、采样管(2)、抽气风机(3)、采样系统控制器(5)和分析仪(6)；

所述采样管(2)包括室外管(21)和室内管(22)，所述室内管(22)设有加热保温装置，且安装有压力传感器(221)、温度传感器(222)、湿度传感器(223)和流速传感器(224)，所述室内管(22)还设有至少一个采样接口(226)；

所述采样系统控制器(5)具有信号采集单元和微处理控制单元，所述微处理控制单元包括用于调整控制采样管(2)内大气状态的采样控制单元；

所述压力传感器(221)、温度传感器(222)、湿度传感器(223)和流速传感器(224)分别与信号采集单元和微处理控制单元相连接，所述采样控制单元分别与加热装置、抽气风机(3)、分析仪(6)相连接；

所述分析仪(6)的内部具有抽气泵，在进行大气采样时，所述采样管(2)内的大气样品由采样接口(226)抽入分析仪(6)进行检测。

2.根据权利要求1所述的多功能大气采样系统，其特征在于，所述采样管(2)包括内采样层(2-1)和外保护层(2-4)，所述加热保温装置包括位于室内管(22)的内采样层和外保护层之间的加热层(2-2)和保温层(2-3)。

3.根据权利要求2所述的多功能大气采样系统，其特征在于，所述内采样层为硼硅酸盐玻璃管，所述室外管(21)的内采样层(2-1)和外保护层(2-4)之间的空隙安装有多个密封圈。

4.根据权利要求1所述的多功能大气采样系统，其特征在于，所述室内管(22)还设有气密检查接口，所述气密检查接口为接口Ⅰ(225)，所述采样系统控制器(5)内设有与接口Ⅰ(225)对应的电磁阀Ⅰ，所述微处理控制单元还包括气密检查单元，所述气密检查单元分别与压力传感器(221)和电磁阀Ⅰ连接，在进行气密性检查时，采样管(2)内的气体由接口Ⅰ(225)经电磁阀Ⅰ抽出。

5.根据权利要求4所述的多功能大气采样系统，其特征在于，所述多功能大气采样系统还包括气密检查密封件和真空泵，所述气密检查密封件包括采样管上堵头、采样管下堵头和接口密封件，气密检查密封件用于封堵除接口Ⅰ外其他接口和端口。

6.根据权利要求1或4所述的多功能大气采样系统，其特征在于，所述室内管(22)还设有用于系统校准接口，所述系统校准接口为接口Ⅰ(225)，所述多功能大气采样系统还包括提供标准气体的校准仪(7)，所述采样系统控制器(5)内设有与接口Ⅰ(225)对应的电磁阀Ⅰ、与其中一个采样接口(226)对应的电磁阀Ⅱ，所述微处理控制单元还包括系统校准单元，所述系统校准单元分别与压力传感器(221)、流速传感器(224)、抽气风机(3)、电磁阀Ⅰ、电磁阀Ⅱ和分析仪(6)相连，在进行系统校准时，所述标准气体从校准仪(7)经电磁阀Ⅰ由接口Ⅰ(225)进入采样管(2)，然后由采样接口(226)抽出经电磁阀Ⅱ进入分析仪(6)。

7.根据权利要求1所述的多功能大气采样系统，其特征在于，所述室内管(22)还设有清洁接口，所述清洁接口为采样接口(226)中的一个或多个，所述采样系统控制器(5)内设有与清洁接口对应的控制形成脉冲气流的反吹电磁阀，所述微处理控制单元还包括脉冲清洁单元，所述脉冲清洁单元分别与反吹电磁阀、抽气风机(3)连接，在对大气采样系统进行自动脉冲清扫时，将零气经反吹电磁阀由清洁接口吹入采样管(2)。

8.根据权利要求1所述的多功能大气采样系统，其特征在于，所述采样系统控制器(5)还包括远程通讯单元、数显和按键操作单元。

9.根据权利要求1所述的多功能大气采样系统，其特征在于，所述大气采样系统还包括支撑架(4)。

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