一種自動更換濾膜和吸附裝置的採樣器及其應用方法

2023-06-12 04:31:31 4

一種自動更換濾膜和吸附裝置的採樣器及其應用方法
【專利摘要】本發明公開了一種自動更換濾膜和吸附裝置的採樣器及其應用方法，包括顆粒物切割器、第一位置傳感器、切割器接管、濾膜夾端蓋、濾膜夾、採樣濾膜、第二位置傳感器、第二電機、第二齒輪、吸附裝置、流量傳感器接口、第二齒條、吸附裝置接口、第三位置傳感器、流量傳感器、抽氣泵、步進電機、樣品架、溫度傳感器、單片機、USB接口、顯示屏、鍵盤、加熱製冷裝置；本發明提供一種一臺採樣器即可完成多臺採樣器的工作，利用自動更換濾膜、吸附裝置的技術實現用一臺採樣器自動完成多臺以上PM2.5和有機物樣品的採集，以減少人工費用和運輸成本，節約採購費用的自動更換濾膜和吸附裝置的採樣器及其應用方法。
【專利說明】一種自動更換濾膜和吸附裝置的採樣器及其應用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及環保監測和氣溶膠監測【技術領域】，具體涉及一種能自動更換濾膜和吸附裝置的PM2.5和有機物採樣器及其應用方法。
【背景技術】
[0002]公眾對環境汙染、霧霾天氣惡化日趨「民怨沸騰」。環境保護包括監測與治理，2013年國務院出臺了治理大氣汙染的十條措施，在161個城市進行PM2.5數值的監測；十二屆全國人大會議上提出了以經濟手段為主化解霧霾等環境威脅，對環境監測數據的準確度提出了更高的要求。PM2.5細顆粒物是世界各國汙染物的監測對象之一，也是形成霧霾的主要原因，常用的PM2.5監測方法主要有重量法和非濾膜的自動監測兩類方法，我國TSP/ PMlO/PM2.5的國家標準測定方法是重量法。自動監測用的技術方案有β射線吸收法和振蕩天平、光散射法或光吸收法等，對ΡΜ2.5的監測可實現自動化，但顆粒物的質量濃度需經轉換求得，因此，存在著轉換誤差。研究表明ΡΜ2.5可吸入人體肺部的更深處，並通過肺部組織進入人體的血液循環中，對人體健康造成更大的影響，導致過敏、人體免疫力下降，甚至致命的疾病發生。
[0003]依據現有技術，當採集一個ΡΜ2.5樣品時，需要用ΡΜ2.5切割器、採樣濾膜及一臺採樣器，當採集有機物或半揮發性有機物(SVOCS)樣品時，需要用濾膜、吸附裝置及一臺採樣器，，在同時採集ΡΜ2.5和有機物樣品時需要同時用二臺採樣器。所以人工取樣費用和運
輸費用高。

【發明內容】

[0004]針對現有技術存在的不足，本發明所要解決的技術問題是，提供一種一臺採樣器即可完成多臺採樣器的工作，利用自動更換濾膜、吸附裝置的技術實現用一臺採樣器自動完成多臺以上ΡΜ2.5和有機物樣品的採集，以減少人工費用和運輸成本，節約採購費用的自動更換濾膜和吸附裝置的採樣器及其應用方法。
[0005]為解決上述技術問題，本發明所採取的技術方案是:一種自動更換濾膜和吸附裝置的採樣器，包括顆粒物切割器、第一位置傳感器、切割器接管、濾膜夾端蓋、濾膜夾、採樣濾膜、第二位置傳感器、第二電機、第二齒輪、吸附裝置、流量傳感器接口、第二齒條、吸附裝置接口、第三位置傳感器、流量傳感器、抽氣泵、步進電機、樣品架、溫度傳感器、單片機、USB接口、顯示屏、鍵盤、加熱製冷裝置、環境溫度傳感器、大氣壓傳感器、恆溫箱、第一電機、第一齒條、第一齒輪；
所述濾膜夾端蓋通過切割器接管與顆粒物切割器密封聯接；所述採樣濾膜安裝在濾膜夾中；所述濾膜夾通過濾膜夾端蓋設置在吸附裝置上，並與吸附裝置之間密封聯接；所述濾膜夾與吸附裝置安裝在樣品架上；所述樣品架與步進電機固定聯接；所述步進電機安裝在恆溫箱上；所述流量傳感器接口通過吸附裝置接口與吸附裝置密封聯接；所述第二電機安裝在恆溫箱上；所述第二齒輪與第二電機固定聯接；所述第二齒輪與第二齒條相嚙合；所述第一電機安裝在恆溫箱上；所述第一齒輪與第一電機固定聯接；所述第一齒輪與第一齒條相嚙合；所述樣品架、採樣濾膜及吸附裝置設於恆溫箱中；
所述第一位置傳感器、第二位置傳感器、第二電機、第三位置傳感器、流量傳感器、抽氣泵、步進電機、溫度傳感器、USB接口、顯示屏、鍵盤、加熱製冷裝置、環境溫度傳感器、大氣壓傳感器、第一電機均與單片機電聯接。
[0006]上述的自動更換濾膜和吸附裝置的採樣器，所述顆粒物切割器包括TSP、PM10、PM5、PM2.5或PMl顆粒物切割器。
[0007]上述的自動更換濾膜和吸附裝置的採樣器，所述樣品架上至少設置一個吸附裝置。
[0008]一種如上述的自動更換濾膜和吸附裝置的採樣器的應用方法，包括有以下步驟:
A)、採集第一個樣品時，由步進電機帶動樣品架旋轉，當吸附裝置上方的濾膜夾旋轉或移動至顆粒物切割器的正下方位置時，由第二位置傳感器將信號傳至單片機，單片機控制步進電機停止轉動；同時由單片機控制第一電機通過第一齒輪、第一齒條帶動切割器接管向濾膜夾正上方移動至與濾膜夾之間，由第一位置傳感器將信號發送給單片機，單片機控制第一電機停止工作，並通過切割器接管上的密封環實現顆粒物切割器與濾膜夾間的活動密封連接，控制第二電機通過第二齒輪、第二齒條帶動吸附裝置接口向吸附裝置出氣口的正下方移動至與吸附裝置出氣口之間，由第三位置傳感器將信號發送給單片機，單片機控制第二電機停止工作，並通過吸附裝置接口上的密封環實現吸附裝置出氣口與流量傳感器接口之間的活動密封連接；
B)、採集第二個樣品時，首先由單片機控制第一電機通過第一齒輪、第一齒條帶動切割器接管向上移動，並與濾膜夾脫離密封連接後，由第一位置傳感器將信號發送給單片機，單片機控制第一電機停止工作；與此同時，第二電機通過第二齒輪、第二齒條帶動吸附裝置接口向下移動並與吸附裝置出氣口脫離密封連接後，由第三位置傳感器將信號發送給單片機，由單片機控制第二電機停止工作，然後繼續步驟A)的過程，完成第二個樣品採集；
採樣時，空氣中的樣品在經顆粒物切割器後，在經過採樣濾膜時，顆粒物樣品和有機物樣品中顆粒態的半揮發性有機物樣品被阻留在採樣濾膜上，在經過吸附裝置時，氣體中的有機物樣品被吸附裝置中的吸附劑吸附下來，剩餘氣體通過流量傳感器、抽氣泵被排至大氣，氣體流經流量傳感器時，從流量傳感器傳出的流量信號至單片機，與設定的採樣流量值比較，當採樣流量大於設定流量時，單片機控制抽氣泵轉速減小，使實際採樣流量維持在設定值上，實現恆流量採樣。
[0009]本發明自動更換濾膜和吸附裝置的採樣器及其應用方法的優點是:
1、自動更換濾膜和吸附裝置的採樣器及其應用方法，一臺採樣器即可完成多臺採樣器的工作，利用自動更換濾膜、吸附裝置的技術，為解決人工採樣過程中人手少、需要設備多的問題，節省了採樣人工費和運輸費。
[0010]2、自動更換濾膜和吸附裝置的採樣器及其應用方法，利用自動更換濾膜、吸附裝置的技術，實現每小時同時採集一個PM2.5和一個有機物樣品，用來分析24小時內空氣的汙染變化趨勢。
[0011]3、自動更換濾膜和吸附裝置的採樣器及其應用方法，同批最多可採集50個顆粒物及其SVOCS和有機物樣品，其中包括25個顆粒態和25個氣態樣品。對於研究顆粒物及其空氣中的有機物，特別是PM2.5及其空氣中的有機物對人體健康的影響提供了採樣設備及技術支撐，同時為PM2.5及有機物自動監測設備數據準確度的驗證提供了技術手段。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發明的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖及具體實施例對本發明做進一步詳細說明:
如圖1所示，一種自動更換濾膜和吸附裝置的採樣器，包括顆粒物切割器1、顆粒物切割器I採用PM2.5顆粒物切割器，第一位置傳感器2、切割器接管3、濾膜夾端蓋4、濾膜夾
5、採樣濾膜6、第二位置傳感器7、第二電機8、第二齒輪9、吸附裝置10、流量傳感器接口
11、第二齒條12、吸附裝置接口 13、第三位置傳感器14、流量傳感器15、抽氣泵16、步進電機17、樣品架18、溫度傳感器19、單片機20、USB接口 21、顯示屏22、鍵盤23、加熱製冷裝置24、環境溫度傳感器25、大氣壓傳感器26、恆溫箱27、第一電機28、第一齒條29、第一齒輪30 ；
所述濾膜夾端蓋4通過切割器接管3與顆粒物切割器I密封聯接；所述採樣濾膜6安裝在濾膜夾5中；所述濾膜夾5通過濾膜夾端蓋4設置在吸附裝置10上，並與吸附裝置10之間密封聯接；所述濾膜夾5與吸附裝置10安裝在樣品架18上；所述樣品架18與步進電機17固定聯接；所述步進電機17安裝在恆溫箱27上；所述流量傳感器接口 11通過吸附裝置接口 13與吸附裝置10密封聯接；所述第二電機8安裝在恆溫箱27上；所述第二齒輪9與第二電機8固定聯接；所述第二齒輪9與第二齒條12相嚙合；所述第一電機28安裝在恆溫箱27上；所述第一齒輪30與第一電機28固定聯接；所述第一齒輪30與第一齒條29相嚙合；所述樣品架18、採樣濾膜6及吸附裝置10設於恆溫箱27中；
所述第一位置傳感器2、第二位置傳感器7、第二電機8、第三位置傳感器14、流量傳感器15、抽氣泵16、步進電機17、溫度傳感器19、USB接口 21、顯示屏22、鍵盤23、加熱製冷裝置24、環境溫度傳感器25、大氣壓傳感器26、第一電機28均與單片機20電聯接。
[0014]所述顆粒物切割器I包括TSP、PM10、PM5、PM2.5或PMl顆粒物切割器。
[0015]當吸附裝置10中不裝吸附劑時，根據所選用的PM2.5顆粒物切割器1，可用濾膜採集PM2.5顆粒物樣品；更換TSP、PM10、PM5、PMl等顆粒物切割器時，亦可用於採集TSP、PM10、PM5、PMl等顆粒物樣品，同批最多可採集25個樣品，當用戶用檢氣管、吸附管或吸收瓶等吸收裝置採集有害氣體時，可省去顆粒物切割器、濾膜及濾膜夾。
[0016]為防止樣品揮發、丟失，將樣品架18設計在恆溫箱27中，所述恆溫箱27有一個活動門，恆以方便送取樣品，溫箱的溫度控制點的範圍在(T30°C之間可任意設置；所述恆溫箱27內置加熱製冷裝置24、溫度傳感器19，溫度傳感器19與加熱製冷裝置24與單片機20電聯接；工作時，由溫度傳感器19測得的信號發送給單片機20，單片機20根據設定的溫度點控制加熱製冷裝置24工作。所述加熱製冷裝置24具有加熱和製冷功能，當恆溫箱27溫度高於設定溫度時，由單片機20控制加熱製冷裝置24製冷至設定溫度，反之，則加熱至設定溫度。
[0017]所述樣品架18上至少設置一個吸附裝置10。[0018]一種如上述的自動更換濾膜和吸附裝置的採樣器的應用方法，包括有以下步驟:
A)、採集第一個樣品時，由步進電機17帶動樣品架18旋轉，當吸附裝置10上方的濾膜夾5旋轉或移動至顆粒物切割器I的正下方位置時，由第二位置傳感器7將信號傳至單片機20，單片機20控制步進電機17停止轉動；同時由單片機20控制第一電機28通過第一齒輪30、第一齒條29帶動切割器接管3向濾膜夾5正上方移動至與濾膜夾5之間，由第一位置傳感器2將信號發送給單片機20，單片機20控制第一電機28停止工作，並通過切割器接管3上的密封環實現顆粒物切割器I與濾膜夾5間的活動密封連接，控制第二電機8通過第二齒輪9、第二齒條12帶動吸附裝置接口 13向吸附裝置10出氣口的正下方移動至與吸附裝置10出氣口之間，由第三位置傳感器14將信號發送給單片機20，單片機20控制第二電機8停止工作，並通過吸附裝置接口 13上的密封環實現吸附裝置10出氣口與流量傳感器15接口之間的活動密封連接；
B)、米集第二個樣品時,首先由單片機20控制第一電機28通過第一齒輪30、第一齒條29帶動切割器接管3向上移動，並與濾膜夾5脫離密封連接後，由第一位置傳感器2將信號發送給單片機20，單片機20控制第一電機28停止工作；與此同時，第二電機8通過第二齒輪9、第二齒條12帶動吸附裝置接口 13向下移動並與吸附裝置10出氣口脫離密封連接後，由第三位置傳感器14將信號發送給單片機20，由單片機20控制第二電機8停止工作，然後繼續步驟A)的過程，完成第二個樣品採集前的準備；下個樣品採樣準備工作以此類推；
採樣時，空氣中的樣品在經顆粒物切割器I後，在經過採樣濾膜6時，顆粒物樣品和有機物樣品中顆粒態的半揮發性有機物樣品被阻留在採樣濾膜6上，在經過吸附裝置10時，氣體中的有機物樣品被吸附裝置10中的吸附劑吸附下來，剩餘氣體通過流量傳感器15、抽氣泵16被排至大氣，氣體流經流量傳感器15時，從流量傳感器15傳出的流量信號至單片機20，與設定的採樣流量值比較，當採樣流量大於設定流量時，單片機20控制抽氣泵16轉速減小，使實際採樣流量維持在設定值上，實現恆流量採樣。反之，亦然，可完成25個PM2.5和25個有機物樣品的米樣。
[0019]當然，上述說明並非是對本發明的限制，本發明也並不限於上述舉例，本【技術領域】的普通技術人員，在本發明的實質範圍內，作出的變化、改變、添加或替換，都應屬於本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種自動更換濾膜和吸附裝置的採樣器，其特徵在於:包括顆粒物切割器(1)、第一位置傳感器(2)、切割器接管(3)、濾膜夾端蓋(4)、濾膜夾(5)、採樣濾膜(6)、第二位置傳感器(7)、第二電機(8)、第二齒輪(9)、吸附裝置(10)、流量傳感器接口(11)、第二齒條(12)、吸附裝置接口(13)、第三位置傳感器(14)、流量傳感器(15)、抽氣泵(16)、步進電機(17)、樣品架(18)、溫度傳感器(19)、單片機(20)、USB接口(21)、顯示屏(22)、鍵盤(23)、加熱製冷裝置(24)、環境溫度傳感器(25)、大氣壓傳感器(26)、恆溫箱(27)、第一電機(28)、第一齒條(29)、第一齒輪(30)； 所述濾膜夾端蓋(4)通過切割器接管(3)與顆粒物切割器(I)密封聯接；所述採樣濾膜(6)安裝在濾膜夾(5)中；所述濾膜夾(5)通過濾膜夾端蓋(4)設置在吸附裝置(10)上，並與吸附裝置(10)之間密封聯接；所述濾膜夾(5)與吸附裝置(10)安裝在樣品架(18)上；所述樣品架(18)與步進電機(17)固定聯接；所述步進電機(17)安裝在恆溫箱(27)上；所述流量傳感器接口( 11)通過吸附裝置接口( 13)與吸附裝置(10)密封聯接；所述第二電機(8)安裝在恆溫箱(27)上；所述第二齒輪(9)與第二電機(8)固定聯接；所述第二齒輪(9)與第二齒條(12)相嚙合；所述第一電機(28)安裝在恆溫箱(27)上；所述第一齒輪(30)與第一電機(28)固定聯接；所述第一齒輪(30)與第一齒條(29)相哨合；所述樣品架(18)、米樣濾膜(6)及吸附裝置(10)設於恆溫箱(27)中； 所述第一位置傳感器(2)、第二位置傳感器(7)、第二電機(8)、第三位置傳感器(14)、流量傳感器(15)、抽氣泵(16)、步進電機(17)、溫度傳感器(19)、USB接口(21)、顯示屏(22)、鍵盤(23)、加熱製冷裝置(24)、環境溫度傳感器(25)、大氣壓傳感器(26)、第一電機(28)均與單片機(20)電聯接。
2.根據權利要求1所述的自動更換濾膜和吸附裝置的採樣器，其特徵在於:所述顆粒物切割器(I)包括TSP、PMlO、PM5、PM2.5或PMl顆粒物切割器。
3.根據權利要求2所述的自動更換濾膜和吸附裝置的採樣器，其特徵在於:所述樣品架(18)上至少設置一個吸附裝置(10)。
4.一種如權利要求1-3任意一項所述的自動更換濾膜和吸附裝置的採樣器的應用方法，其特徵在於:包括有以下步驟: A)、採集第一個樣品時，由步進電機(17)帶動樣品架(18)旋轉，當吸附裝置(10)上方的濾膜夾(5)旋轉或移動至顆粒物切割器(1)的正下方位置時，由第二位置傳感器(7)將信號傳至單片機(20)，單片機(20)控制步進電機(17)停止轉動；同時由單片機(20)控制第一電機(28 )通過第一齒輪(30 )、第一齒條(29 )帶動切割器接管(3 )向濾膜夾(5 )正上方移動至與濾膜夾(5)之間，由第一位置傳感器(2)將信號發送給單片機(20)，單片機(20)控制第一電機(28)停止工作，並通過切割器接管(3)上的密封環實現顆粒物切割器(I)與濾膜夾(5)間的活動密封連接，控制第二電機(8)通過第二齒輪(9)、第二齒條(12)帶動吸附裝置接口(13)向吸附裝置(10)出氣口的正下方移動至與吸附裝置(10)出氣口之間，由第三位置傳感器(14)將信號發送給單片機(20)，單片機(20)控制第二電機(8)停止工作，並通過吸附裝置接口(13)上的密封環實現吸附裝置(10)出氣口與流量傳感器(15)接口之間的活動密封連接； B)、採集第二個樣品時，首先由單片機(20)控制第一電機(28)通過第一齒輪(30)、第一齒條(29)帶動切割器接管(3)向上移動，並與濾膜夾(5)脫離密封連接後，由第一位置傳感器(2)將信號發送給單片機(20)，單片機(20)控制第一電機(28)停止工作；與此同時，第二電機(8)通過第二齒輪(9)、第二齒條(12)帶動吸附裝置接口(13)向下移動並與吸附裝置(10)出氣口脫離密封連接後，由第三位置傳感器(14)將信號發送給單片機(20)，由單片機(20)控制第二電機(8)停止工作，然後繼續步驟A)的過程，完成第二個樣品採集；採樣時，空氣中的樣品在經顆粒物切割器(I)後，在經過採樣濾膜(6)時，顆粒物樣品和有機物樣品中顆粒態的半揮發性有機物樣品被阻留在採樣濾膜(6)上，在經過吸附裝置(10)時，氣體中的有機物樣品被吸附裝置(10)中的吸附劑吸附下來，剩餘氣體通過流量傳感器(15)、抽氣泵(16)被排至大氣，氣體流經流量傳感器(15)時，從流量傳感器(15)傳出的流量信號至單片機(20)，與設定的採樣流量值比較，當採樣流量大於設定流量時，單片機(20 )控制抽氣 泵(16 )轉速減小，使實際採樣流量維持在設定值上，實現恆流量採樣。
【文檔編號】G01N1/24GK103900862SQ201410144782
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月12日 優先權日:2014年4月12日
【發明者】王鵬, 曲健, 張明池, 張大慶, 劉志軍, 李火, 丁瑤瑤, 王丕徵 申請人:青島恆遠檢測技術有限公司