CN214408245U

CN214408245U - 一种多通道自动时序采样系统

Info

Publication number: CN214408245U
Application number: CN202120138758.7U
Authority: CN
Inventors: 许嘉钰; 王磊; 张琨; 彭猛; 韩浩; 康健
Original assignee: Institute Of Chemical Defense Chinese Academy Of Military Sciences; Tsinghua University
Current assignee: Institute Of Chemical Defense Chinese Academy Of Military Sciences; Tsinghua University
Priority date: 2021-01-19
Filing date: 2021-01-19
Publication date: 2021-10-15
Anticipated expiration: 2031-01-19

Abstract

本实用新型涉及一种多通道自动时序采样系统，其特征在于，包括：多通道采样气路子系统和电路控制子系统；所述多通道采样气路子系统包括真空泵和多通道气路；所述真空泵的进气口设置在待采集气样中，用于对待采集气样进行采集；所述真空泵的出气口通过歧管与所述多通道气路中的各采集支路相连，所述歧管用于将真空泵采集到的气体输送到不同的所述采集支路中，以实现独立或联合采样；所述电路控制子系统与所述多通道采样气路子系统相连。本实用新型可以广泛应用于环境监测领域。

Description

一种多通道自动时序采样系统

技术领域

本实用新型涉及一种用于小尺度环境的多通道自动时序采样系统，属于环境监测领域。

背景技术

研究统计，人类80％的时间是在室内空间度过，因此室内空间环境质量直接影响了人身安全与健康，相关研究包括室内通风、热舒适度、空气质量等。其中，突发污染物泄露或传染病入侵既是建筑专业的研究方向，也是公共安全领域必须探讨的问题。

在特定流场条件下，污染物泄露之后会随着气流扩散至整个空间，研究这一过程通常会使用计算机模拟和检测实验两种方法或该两种方法的组合。实验方法的一般过程是，集中释放某种示踪气体，然后在其周围固定点位按时间顺序依次检测该示踪气体的浓度。检测手段包括在线监测和采样两种。其中，在线监测操作简便但是误差极大，精度无法达到研究室内微环境的要求，因此对空气进行采样收集以便带回实验室进行检测分析是更为常用的检测方法。

目前的空气采样方法包括苏码罐采集和气体采样器配合气体采样袋采样。这两种方式都可以进行空气采样但是苏码罐必须使用人工操作，而且一次只能采集一个样本，采集速度比较慢，效率不高，无法做到连续自动化的高精度采样；气体采样器可以实现远程操作和程序化控制，避免手动开关带来的误差，但是现有气体采样器均为单通道设计，一次采样结束必须人工更换气体采样袋，极易引起流场扰动且换袋工序限制了两次采样间隔，无法做到短时间快速进样。

现有文献曾报道过一些多通道采样装置，其中一种采集系统使用了多路进气一路出气的结构，出口外接便携式检测器，可以实现多通道自动化顺序进样和在线检测。这种检测方法的优势是可以多通道运行、效率高、时效性比较好；缺点是只能连接一个便携式检测装置，精度不高，无法达到微环境气体扩散分析的精度要求。另一种多通道装置也是采用了多路进气一路出气的设计，其主要采集对象为环境颗粒物，因此每个进气口均安装了颗粒物滤膜，而系统控制也是根据颗粒物检测的需求开发，强调气路的长时间稳定运行，缺少精细的真空泵开合以及电磁阀转换等功能。这种多进一结构的本质是一种多通道自动监测器，不能实现气体的多路气袋采集，因此无法使用更准确的离线检测方法。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种多通道自动时序采样系统,具有采样时间精准可控、采样间隔短、采样迅速、环境扰动小等特点，同时能够对设备内部的死体积空气进行清除，降低采样误差。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种多通道自动时序采样系统，其包括：多通道采样气路子系统和电路控制子系统；所述多通道采样气路子系统包括真空泵、歧管和多通道气路；所述真空泵的进气口设置在待采集气样中，用于对待采集气样进行采集；所述真空泵的出气口通过所述歧管与所述多通道气路的总进气口相连，并根据实际需要进入所述多通道气路的各采集支路中，以实现独立或联合采样；所述电路控制子系统与所述多通道采样气路子系统相连。

进一步，所述系统还包括压力控制子系统，所述压力控制子系统通过所述歧管与所述真空泵和多通道采样气路子系统相连，用于对所述多通道采样气路子系统进行压差保护，同时消除死体积。

进一步，所述压力控制子系统包括依次连接的压差开关、单向阀、减压阀以及消音器和过滤器，所述压差开关通过所述歧管与所述真空泵和多通道气路相连。

进一步，所述多通道气路中的采集支路的数量为一个以上。

进一步，所述多通道气路中的采集支路的数量为6个。

进一步，各所述采集支路结构相同，均包括导气管、设置在所述导气管上的电磁阀以及设置在所述导气管末端的采样袋，各所述电磁阀均与所述电路控制子系统连接。

进一步，所述导气管采用聚四氟乙烯材质。

进一步，所述真空泵的入口处还设置有过滤器。

进一步，所述真空泵采用流量可控的真空泵。

进一步，所述电路控制子系统包括蓝牙控制模块、按键输入模块、显示器模块和控制板，所述蓝牙控制模块用于将移动终端发送的控制指令传输至所述控制器；所述按键输入模块用于将按键输入的控制指令传输至所述控制器；所述控制器用于根据接收到的控制指令控制所述多通道气路中各采集支路的通断以及所述真空泵的采集时间和速率；所述显示器模块用于对当前设备状态、采样流量、时间间隔、采样序列参数进行显示。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型提出的一种多通道自动时序采样系统，由于设置电磁阀快速切换以及多通道采样气路无需更换采样袋，专门用于研究小尺度微环境的流场变化和浓度波动，特别是作为计算精细模拟的实地验证，该设备能够以时间序列自动精确采集，便于后续的实验室分析。本实用新型发明采样时间精准可控、采样间隔短、采样迅速、环境扰动小等特点，同时能够对设备内部的死体积空气进行清除，降低采样误差。2、本实用新型还设置有压差控制子系统，可以有效消除设备内的死体积气体，保证测量精度，同时也可以保护多通道气路，提高设备使用寿命。3、本实用新型在真空泵的入口处设置有过滤器，过滤掉空气中的杂质，避免了对真空泵和电磁阀的工作造成影响。4、本实用新型中导气管采用聚四氟乙烯材质，一方面减少了待采集气体对导气管的腐蚀，延长了使用寿命，另一方面也减少了对待采集气体的粘附，使得采集结果更加准确。因此，本实用新型可以广泛应用于环境监测领域。

附图说明

图1是本实用新型实施例公开的多通道自动时序采样系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例公开的多通道自动时序采样系统的气路图；

图3是本实用新型采样系统控制流程图；

图中各标号如下：

1、过滤器；2、真空泵；3、歧管；4、电磁阀；5、采样袋；6、消音器、过滤器；7、减压阀；8、单向阀；9、压差开关。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。

如图1、图2所示，本实用新型提供的一种多通道自动时序采样系统，包括多通道采样气路子系统、压力控制子系统以及电路控制子系统。其中，多通道采样气路子系统包括真空泵2和多通道气路，真空泵的进气口设置在待采集气样中，用于对待采集气样进行采集；真空泵的出气口通过歧管3与多通道气路中的各采集支路相连，歧管3用于将真空泵采集到的气体输送到不同的采集支路中，以实现独立或联合采样；压力控制子系统通过歧管与多通道采样气路子系统相连，用于对多通道采样气路子系统进行压差保护；电路控制子系统与多通道采样气路子系统相连，实现对多通道采样气路子系统的控制。

进一步，多通道气路中的采集支路的数量为一个以上，本实用新型优选为6个。

进一步，各采集支路结构相同，均包括导气管、设置在导气管上的电磁阀4以及设置在导气管末端的采样袋5，各电磁阀4均通过导线与电路控制子系统连接，由电路控制子系统进行控制。电磁阀4作为流体控制元件，通过组合控制，达到各采集通道独立采样或者联合采样的目的。

进一步，真空泵2采用小型化、流量可控的真空泵，以达到通过控制电路控制不同的采样速率的要求。

进一步，真空泵的入口处还设置有过滤器1，这是由于真空泵和电磁阀都是精密设备，水和杂质都会对其工作造成影响，所以必须增加过滤器，过滤掉空气中的杂质。

进一步，导气管采用聚四氟乙烯材质，其特点包括:耐腐蚀、不粘附等特点。

进一步，如图2所示，压力控制子系统包括依次连接的压差开关9、单向阀8、减压阀7以及消音器和过滤器6。其中，压差开关9与歧管3的其中一通道相连，单向阀可以防止气体倒流对歧管中气样的影响，减压阀可以减速排出的气体，以减少排出气体对原气体流场产生的影响。

具体地，压力控制子系统有两个功能：

一是消除设备内的死体积气体。这是因为在设备内部管道中有很多死体积气体，且该死体积气体和环境中的气体样本有很大差异，为了减少死体积气体对样本气体检测的影响，需要在每次采样前将管道中的残余气体排出，所以在每次采样前提前启动真空泵，并将各电磁阀关闭，先将采样气体充满内部管道，多余气体通过压差开关等排出管道，使采样气体更加纯净。

二是保护多通道气路。为了防止真空泵压力过大对采样袋和多通道气路造成破坏影响，所以增加了压力控制子系统对集气袋进行保护，当管道内气压达到设定值时，压差开关自动打开主动释压，既可以保证收集足够压力的气体，也可以保护管道和采样袋。单向阀可以防止气体倒流对歧管中气样的影响，减压阀可以减速排出的气体，以减少排出气体对原气体流场产生的影响。

进一步，电路控制子系统包括蓝牙控制模块、按键输入模块、显示器模块和控制板，蓝牙控制模块和按键输入模块用于接收来自蓝牙或按键输入的初始设置参数，控制器用于根据接收到的操作指令控制多通道气路中各采集支路的通断以及真空泵的采集时间和速率；显示器模块用于对当前设备状态、采样流量、时间间隔、采样序列等参数进行显示。电路控制子系统封装在采样器内，可以面板手动控制，也可以通过蓝牙无线与电脑连接控制。

本实用新型的工作原理为：

如图3所示，首先输入开始采集气体的时间、采样时间间隔、采样数量、采样速度等初始设置参数，初始设置参数可以在控制板上方的键盘显示器输入，也可以采取蓝牙连接在手机电脑等终端进行设置。设置完成后本实用新型系统按照设定的方式进行采样。

假设设定的采集时间为0.5min，采集间隔为0.5min，顺序采集6个样本，每个样本采样1L气体，采样速度为2L/min。系统运行后，真空泵启动，首先通过压力控制子系统消除死体积，2秒后打开电磁阀1，采样气体进入采样袋1，0.5min采样后，关闭电磁阀1，关闭真空泵。按照预设时间间隔0.5min后，重复上述循环，依次控制6个电磁阀，采集6个采样袋，即完成预设流程。

上述各实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。

Claims

1.一种多通道自动时序采样系统，其特征在于，包括：

多通道采样气路子系统和电路控制子系统；

所述多通道采样气路子系统包括真空泵、歧管和多通道气路；

所述真空泵的进气口设置在待采集气样中，用于对待采集气样进行采集；

所述真空泵的出气口通过所述歧管与所述多通道气路的总进气口相连，并根据实际需要进入所述多通道气路的各采集支路中，以实现独立或联合采样；

所述电路控制子系统与所述多通道采样气路子系统相连。

2.如权利要求1所述的一种多通道自动时序采样系统，其特征在于，所述系统还包括压力控制子系统，所述压力控制子系统通过所述歧管与所述真空泵和多通道采样气路子系统相连，用于对所述多通道采样气路子系统进行压差保护，同时消除死体积。

3.如权利要求2所述的一种多通道自动时序采样系统，其特征在于，所述压力控制子系统包括依次连接的压差开关、单向阀、减压阀以及消音器和过滤器，所述压差开关通过所述歧管与所述真空泵和多通道气路相连。

4.如权利要求1所述的一种多通道自动时序采样系统，其特征在于，所述多通道气路中的采集支路的数量为一个以上。

5.如权利要求4所述的一种多通道自动时序采样系统，其特征在于，所述多通道气路中的采集支路的数量为6个。

6.如权利要求1所述的一种多通道自动时序采样系统，其特征在于，各所述采集支路结构相同，均包括导气管、设置在所述导气管上的电磁阀以及设置在所述导气管末端的采样袋，各所述电磁阀均与所述电路控制子系统连接。

7.如权利要求6所述的一种多通道自动时序采样系统，其特征在于，所述导气管采用聚四氟乙烯材质。

8.如权利要求1所述的一种多通道自动时序采样系统，其特征在于，所述真空泵的入口处还设置有过滤器。

9.如权利要求1所述的一种多通道自动时序采样系统，其特征在于，所述真空泵采用流量可控的真空泵。

10.如权利要求1所述的一种多通道自动时序采样系统，其特征在于，所述电路控制子系统包括蓝牙控制模块、按键输入模块、显示器模块和控制板，所述蓝牙控制模块用于将移动终端发送的控制指令传输至所述控制板；所述按键输入模块用于将按键输入的控制指令传输至所述控制板；所述控制板用于根据接收到的控制指令控制所述多通道气路中各采集支路的通断以及所述真空泵的采集时间和速率；所述显示器模块用于对当前设备状态、采样流量、时间间隔、采样序列参数进行显示。