個體採樣器的製作方法

2023-05-26 12:27:56

專利名稱：個體採樣器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種環境氣體採樣裝置，屬於環境保護中氣體監測、採樣領域。
背景技術：
隨著科技與工業的迅速發展和人民生活水平的不斷改善，與人們日常生活息息相關的空氣品質問題也越來越受到人們的重視，空氣汙染以及對其環境監測已經成為國際上重大熱點，因此，市場是出現了琳琅滿目的採樣器。各種採樣器之間雖有標準制定其相關要求，但是由於各廠商的製造工藝不一樣， 做出來的效果也各異，同時，由於採用老式的轉子顯示或壓力反饋等測量方式，因此在控制精度上無法達到更高一級的精確度，也因此，對採樣結果存在比較大的測量誤差，這就使得環境監測結果不準確。而對於大多數採樣器來說，其量程範圍要麼在0 500mL/min之間，要麼在850 5000mL/min之間，並沒有完全統一覆蓋全流量量程的。而對於其個別進口採樣器來說，聲稱覆蓋了全流量量程其實也是需要額外加入小流量模塊才能實現，並且是兩種量程範圍的互相切換，並非連續可調；同時，由於安裝了小流量模塊，這類採樣器在採樣時其自身顯示器上所顯示的流量數據並非實際流量，因此要求在小流量採樣時，必須事先進行校準，調節採樣器流量為所需流量，從而導致之後的採樣操作只能把校準數據作為參考，而對採樣中途發生流量變化等情況則完全無法做出判斷，這就對操作人員造成了很大的不方便。另外，傳統的採樣器內部構造基本順序都是進氣口一傳感器一微型氣泵一出氣口 ；而對於一些廉價的產品來說，更省略了傳感器這一步驟，因此，在控制精度上是非常之差的。而對於帶有傳感器的一些產品來說，由於採用了上述流程，在多數情況下，由於通過了採樣氣泵以及內部迴路，氣體不但產生了損失，還在採樣氣泵之後變成了脈動氣流，而採樣器顯示的流量數據為氣體損失前的數據，導致了所採集到的樣品並不十分準確，從而對後續實驗室分析工作造成了很大的誤差。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術的缺陷，提供一種結構合理，採樣準確、監測效率高的個體採樣器。為解決上述存在的技術問題，本發明採用下述技術方案個體採樣器包含外殼1、 電池2、微型氣泵3、人機互動系統4、系統測控模塊5、恆流緩衝倉6。外殼1內所設的微型氣泵3、恆流緩衝倉6、系統測控模塊5、質量流量傳感器7、電池2。過濾器10的進氣端與個體採樣器的採樣進氣口 8相連通，其出氣端與微型氣泵3的進氣端相連通，微型氣泵3的出氣端與恆流緩衝倉的進氣端相連通，恆流緩衝倉6的出氣端與質量流量傳感器7相連通，質量流量傳感器7的出氣端與個體採樣器的採樣出氣口相連通。
外殼1包括進氣口 8、出氣口 9、皮帶卡扣20、三腳架支撐孔座21。皮帶卡口是懸掛在皮帶等物品時所需的協助器件，可以360°自由旋轉，採樣器的放置方式可根據特殊的需求來自由旋轉控制；三腳架支撐孔座是螺紋孔座，可連接帶螺紋支座的三角架。通過人機交換系統設置採樣時間、採樣流量，傳輸到系統控制模塊中，系統控制模塊的微處理器中，微處理器的信號輸入端接入流量傳感器，微處理器的信號輸出端與氣泵相連接，控制個體採樣器採樣流量。該裝置集成了質量流量傳感器，採用後置傳感器的方式進行測量，同時配備的恆流緩衝倉6，把通過微型氣泵3後的脈動氣流轉化成恆定氣流，從而獲得穩定的氣體收集。 把經過恆流轉化後的氣體通過質量流量傳感器進行流量測量，這提高了流量測量的精度。在硬體設施上，本發明採用了量程範圍為OmL/min 5000mL/min的微型氣泵3，通過所設置的系統測控模塊5把微型氣泵3的輸出流量控制在50mL/min 4000mL/min之間並連續可調，從而實現了全流量量程的統一。在人機互動系統4上採用了液晶顯示，菜單化界面，按鍵輸入的操作方式，方便對任意使用人員都能快速上手操作，而人性化的操作方式也使得流量控制起來更為方便。恆流緩衝倉6內部進氣端設置有單向閥15，連接氣倉11，氣倉11的出去端連接三嚮導通管19，三嚮導通管19的另外兩端分別與氣倉12和單向閥16的的進氣端，單向閥16 的出氣端與氣倉13進氣端相連接，氣倉13的出氣端與單向閥17的進氣端相連接，單向閥 17的出氣端與氣倉14的進氣端相連接，氣倉14的出氣端與質量流量傳感器相連接。恆流緩衝倉內各級氣倉之間均採用彈性橡膠膜連接，其作為恆流緩衝部件，用於把脈動氣流轉化成穩定氣流。氣倉14上底面和下底面是特製的薄膜底面，氣倉14內部設置有彈簧18，彈簧18兩端分別與氣倉14的上底面和下底面相連接。本發明的個體採樣器與現有技術相對比，其有益效果是，可實現全流量量程精確控制、恆流採樣，並提供了多種模式智能採樣模式。本發明具有成本低、體積尺寸小、便於攜帶方便在任意環境下進行採樣收集等特點，為各種檢測機構提供了便利，具有廣闊的運用前景。


圖1為可攜式可安裝個體採樣器系統組成示意圖；圖2為採樣器前置吸附方式氣路走向；圖3為採樣器後置吸附方式氣路走向；圖4為恆流緩衝倉的內部結構示意圖。圖5為採樣器沒有安裝恆流緩衝倉時的氣流的圖像；圖6為採樣器安裝上恆流緩衝倉後的氣流的圖像；圖7為可攜式可安裝個體採樣器背麵皮帶卡扣示意圖；圖8為採樣器沒有安裝恆流緩衝倉時的氣流的圖像； 圖9為採樣器安裝上恆流緩衝倉後的氣流的圖像；
圖10為可攜式可安裝個體採樣器背麵皮帶卡扣示意圖； 圖11為可攜式可安裝個體採樣器底部三腳架支撐孔座。圖中1.外殼；2.電池；3.微型氣泵；4.人機互動系統；5.系統測控模塊；6.恆流緩衝倉；7.質量流量傳感器；8.採樣器進氣口 ；9.採樣器出氣口 ；10.過濾器；11.氣倉 1 ；12.氣倉2 ；13.氣倉3 ;14.氣倉4 ;15.單向閥1 ；16.單向閥2 ;17.單向閥3 ；18.彈簧； 19.三嚮導向通管；20.皮帶卡扣；21.三腳架支撐孔座；22.氣倉5 ；氣倉6 ；氣倉7 ；
具體實施例方式下面結合附圖，詳細介紹本發明實施例。個體採樣器的組成如圖1所示，它包含外殼1、電池2、微型氣泵3、人機互動系統 4、系統測控模塊5、恆流緩衝倉6。如圖2所示，本採樣器前置吸附方式氣路走向外界環境一吸收器具一採樣器進氣口 8 —內部過濾器10 —微型氣泵3 —恆流緩衝6 —傳感器7 —採樣器出氣口 9 —環境大氣。如圖3所示，本採樣器後置吸附方式氣路走向外界環境一採樣器進氣口 8—內部過濾器10 —微型氣泵3 —恆流緩衝6 —傳感器7 —採樣器出氣口 9 —收集器具。其中，從採樣器進氣口到採樣器出氣口之間的各環節均放置在外殼1內，而各環節之間均採用氣管連接，使之組成一體。在微型氣泵3環節，所述系統測控模塊5採用微處理器進行全程控制，為了節約成本，利用微處理器輸出的PWM(脈衝寬度調製)信號通過積分電路轉化成模擬DA(數模轉換)輸出；通過電源轉化電路把模擬DA控制電壓轉化成用於直接改變微型氣泵流量的恆壓恆流電源，供給微型氣泵工作。如圖4所示，本採樣器緩衝倉由氣倉，單向閥，薄膜，彈簧組成。恆流緩衝倉6內部進氣端設置有單向閥15，連接氣倉11，氣倉11的出去端連接三嚮導通管19，三嚮導通管19 的另外兩端分別與氣倉12和單向閥16的的進氣端，單向閥16的出氣端與氣倉13進氣端相連接，氣倉13的出氣端與單向閥17的進氣端相連接，單向閥17的出氣端與氣倉14的進氣端相連接，氣倉14的出氣端與質量流量傳感器相連接。恆流緩衝倉內各級氣倉之間均採用彈性橡膠膜連接，其作為恆流緩衝部件，用於把脈動氣流轉化成穩定氣流。氣倉14上底面和下底面是特製的薄膜底面，氣倉14內部設置有彈簧18，彈簧18兩端分別與氣倉14的上底面和下底面相連接。各個氣倉之間體積的比例為氣倉1 氣倉2 氣倉3 氣倉4 =3:1:2:4。在具體生產產品時，可以根據個體採樣器的實際工作情況，通過合理安排單向閥和氣倉的數量，選擇不同級別的緩衝倉，如圖5所示的二級緩衝倉，二級緩衝倉由兩個單向閥、三個氣倉和一個彈簧組成，各個氣倉體積的比例為氣倉5 氣倉6 氣倉7 =2:1:3。還可以使用不同級別緩衝倉如圖6所示的四級緩衝倉和圖7所示的五級緩衝倉。在沒有安裝恆流緩衝倉時，如圖8所示，通過微型氣泵的3氣流為脈衝氣流。恆流緩衝倉6作用是把經過微型氣泵3後，因氣泵的影響而變成脈動氣流的氣體進行恆流轉化。 由於隔膜泵本身構造，在運轉時會不斷地做反覆推拉運動，導致事前基本恆流的氣體經過氣泵後變成了脈動氣流。根據所測氣流脈動的特性，構造出一個恆流緩衝倉6，其為多級緩衝容器構造，每級緩衝容器體積不一，採用彈性橡膠膜封固。根據氣體脈動特性按一定比例構造，並按一定的規律進行分布連接。彈性橡膠膜在氣流脈動波峰時會膨脹鼓起，存儲氣泵在推動時所產生的過多氣體，使之氣流平滑減緩；在脈動波谷時彈性橡膠膜會復原，把在波峰所存儲的氣體放出，補償氣泵回拉時所造成的氣流回收，使之流出氣體得以補充，氣流穩定輸出；通過多級緩衝，如圖9所示，最終把脈動氣流轉化成恆定氣流。如圖10所示，外殼1包括進氣ロ 8、出氣ロ 9、皮帶卡扣20。皮帶卡ロ與採樣器殼 體相連接。皮帶卡ロ是懸掛在皮帶等物品時所需的協助器件，可以360°自由旋轉，採樣器 的放置方式可根據特殊的需求來自由旋轉控制。如圖11所示，在採樣器底部設置三腳架支 撐孔座21是螺紋孔座，可連接帶螺紋支座的三角架。在傳感器環節，所述高精度質量流量傳感器7則把流量的物理量信息轉化成電 信號，通過高精度AD採樣，量化成可用於微處理器(MCU)識別的數字信息，供給微處理器 (MCU)進行分析計算。通過MCU的計算結果，可以很方便得得到反饋控制量參數，用於MCU 對微型氣泵[3]進行閉環控制；同吋，根據需求，本發明引入了積分計算功能，把所採樣的 氣體進行總體積積分，大大地方便了後續實驗室分析工作。整體控制上，本發明採用實時作業系統作為核心架構，根據各模塊的控制添加不 同的任務進程，從而能實現最優化控制。考慮到各種實際採樣需求，本發明在軟體上設計 了多種採樣模式，如手工操作、定時採樣、多次循環採樣、任意時刻定點啟動採樣、定量體積 積分採樣等，基本覆蓋了大多數情況的採樣需求；而採樣器預留有系統升級接ロ，可根據特 殊要求進行功能升級，從而實現了全面自動化採樣控制。本發明的主要技術參數指標1.採樣流量 50 4000sccm2.測量解析度Isccm3.流量精確度< F. S3.流量穩定性< F. S4.連續工作時間彡Shi最大流量/彡24hi最大流量(外置電池模塊)5.工作環境 溫度-5 +45°C溼度< 90%6.軟體功能(1)標況數據換算、質量流量/體積流量轉化、採樣總體積積分(2)定時單次自動採樣/多次自循環採樣(3) 24小時內任意時刻自啟動採樣/多組設置自動採樣(4)定量體積採樣。
權利要求
1.一種體採樣器包含了外殼(1)、電池( 、微型氣泵C3)、人機互動系統(4)、系統測控模塊(5)、恆流緩衝倉(6)，其特徵是外殼(1)內所設的微型氣泵(3)、恆流緩衝倉(6)、系統測控模塊(5)、質量流量傳感器(7)、電池O)；所述過濾器(10)的進氣端與個體採樣器的採樣進氣口相連通，其出氣端與微型氣泵C3)的進氣端相連通，微型氣泵C3)的出氣端與恆流緩衝倉(6)的進氣端相連通，恆流緩衝倉(6)的出氣端與流量傳感器(7)相連通，傳感器 (10)的出氣端與個體採樣器的採樣出氣口相連通；所述恆流緩衝倉(6)由單向閥與氣倉相連通，組成多級結構的恆流緩衝倉。
2.根據權利要求1所述的個體採樣器，其特徵是所述外殼(1)包括進氣口(8)、出氣口 (9)、皮帶卡扣、三腳架支撐孔座；皮帶卡口是懸掛在皮帶等物品時所需的協助器件，可以 360°自由旋轉，採樣器的放置方式可根據特殊的需求來自由旋轉控制；三腳架支撐孔座是螺紋孔座，可連接帶螺紋支座的三角架。
3.根據權利要求1所述個體採樣器，其特徵是所述氣泵(3)流量範圍從OmL/min到 5000mL/min之間連續可調的隔膜泵，通過設置的系統測控模塊(5)把微型氣泵(3)的輸出流量控制在50mL/min 4000mL/min之間並連續可調。
4.根據權利要求1所述的個體採樣器，其特徵是所述人機互動系統(4)為包含液晶顯示、按鍵輸入的輸入輸出系統。
5.根據權利要求1所述的個體採樣器，其特徵是系統測控模塊( 包含精準流量閉環控制模塊、高精度傳感器採樣反饋模塊、電源轉化電路、高效電源管理模塊，通過人際交換系統設置採樣時間、採樣流量，傳輸到系統控制模塊中，系統控制模塊的微處理器中，微處理器的信號輸入端接入質量流量傳感器(7)，微處理器的信號輸出端與微型氣泵(3)相連接，控制個體採樣器採樣流量。
6.根據權利要求1所述的個體採樣器，其特徵是所述恆流緩衝倉(6)內部進氣端設置有單向閥(15)，連接氣倉(11)，氣倉(11)的出氣端連接三嚮導通管(17)，三嚮導通管(17) 的另外兩端分別與氣倉(12)和單向閥(16)的的進氣端，單向閥(16)的出氣端與氣倉(13) 進氣端相連接，氣倉(1 的出氣端與單向閥(17)的進氣端相連接，單向閥(17)的出氣端與氣倉(14)的進氣端相連接，氣倉(14)的出氣端與質量流量傳感器(7)相連接，氣泵將氣體從外殼⑴上所設的進氣口⑶傳送到恆流緩衝倉(6)，通過恆流緩衝倉(6)恆流後的氣體流過系統測控模塊(5)中的質量流量傳感器(7)進行測量，最後送至外殼(1)的出氣口 ⑶。
7.根據權利要求1所述的個體採樣器，其特徵是恆流緩衝倉(6)是根據微型氣泵輸出脈動氣流特性而構造出的一個緩衝容器，緩衝容器為多級結構，各級氣倉之間均採用彈性橡膠膜連接，其作為恆流緩衝部件，用於把脈動氣流轉化成穩定氣流。
8.根據權利要求1所述的個體採樣器，其特徵是所述的氣倉(14)上底面和下底面是彈性橡膠膜，氣倉(14)內部設置有彈簧(18)，彈簧(18)兩端分別與氣倉(14)的上底面和下底面相連接。
全文摘要
本發明涉及一種個體採樣器，一種環境氣體採樣裝置，屬於環境保護中氣體監測、採樣領域。該裝置包含了外殼、電池、微型氣泵、人機互動系統、系統測控模塊、恆流緩衝倉。外殼內設置、電池、微型氣泵、系統測控模塊、恆流緩衝倉、質量流量傳感器；過濾器的進氣端與個體採樣器的採樣進氣口相連通，其出氣端與微型氣泵的進氣端相連通，微型氣泵的出氣端與恆流緩衝倉的進氣端相連通，恆流緩衝倉的出氣端與流量傳感器相連通，傳感器的出氣端與個體採樣器的採樣出氣口相連通。該裝置可實現全流量量程精確控制、恆流採樣，並提供了多種模式智能採樣模式。該裝置具有成本低、體積尺寸小、便於攜帶方便在任意環境下進行採樣收集等特點，為各種檢測機構提供了便利，具有廣闊的運用前景。
文檔編號G01F1/76GK102353564SQ201110162788
公開日2012年2月15日 申請日期2011年6月16日 優先權日2011年6月16日
發明者朱平, 梁傑, 董寧, 郭冰 申請人:深圳國技儀器有限公司