一種基於三點比較式臭袋法的動態嗅覺儀的製作方法

2023-06-17 14:52:46 1

專利名稱：一種基於三點比較式臭袋法的動態嗅覺儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及嗅覺儀，尤其涉及一種基於三點比較式臭袋法的動態嗅覺儀。
背景技術：
在環境保護、環境管理、環境影響評價、環境糾紛處理、建設項目竣工環保驗收中， 惡臭(臭氣濃度)指標在近年來受到廣泛重視。 三點比較式嗅袋法在1972年召開的日本大氣環境協會年會上首次提出，而後在 1995年日本正式將三點比較式臭袋法寫入《惡臭防治法》中。我國的惡臭汙染研究開始於 上個世紀80年代，三點比較式臭袋法為我國規定空氣品質惡臭測試的標準方法，被我國環 境監測部門廣泛採用。 三點比較式臭袋法測惡臭氣體濃度，是先將三隻無臭袋中的二隻充入無臭空氣、 另一隻則按一定稀釋比例充入無臭空氣和被測惡臭氣體樣品供嗅辯員嗅辯，當嗅辯員正確 識別有臭氣袋後，再逐級進行稀釋、嗅辨，直至稀釋樣品的臭氣濃度低於嗅辨員的嗅覺閾值 時停止實驗。每個樣品由若干名嗅辨員同時測定，最後根據嗅辨員的個人閾值和嗅辨小組 成員的平均閾值，求得臭氣濃度。 在國外，臭氣濃度的測定方法主要有ASTM注射器法、嗅覺儀法等。 l)ASTM注射器法是American Society for Testing Materials的縮寫，1962年
由美國洛杉磯地區大氣防治局將ASTM注射器法改良為臭氣的空氣稀釋法。原理是用無臭
的lOOmL注射器，將試樣(惡臭氣體)用無臭氣體稀釋，稀釋成各種強度的臭氣，由試驗員
進行嗅覺試驗直至稀釋到試樣成為無味氣體。此時的稀釋倍數為臭氣濃度。 2)大約在19世紀末，茲瓦德馬卡(Zwaardemake)發明了人類歷史上第一臺嗅覺
儀，但是直到20世紀80年代嗅覺儀才被廣泛的應用於惡臭汙染的測試中，嗅覺儀也由當時
的轉子流量計嗅覺儀逐步發展為今天的質量流量計嗅覺儀和採用文丘裡技術直接稀釋的
嗅覺儀。目前這種方法主要運用於包括英國在內的25個歐洲國家、澳大利亞、紐西蘭、新加
坡和我國的香港地區等。 嗅覺儀是一種將氣體進行稀釋，並同時收集人的嗅覺感受的設備。 一系列經過 稀釋的氣體混合物，以一定的速度釋放出來，一組嗅辨員一次從嗅杯中辨別是否有氣味的 區別，他們觀察的結果和辨別過程中的自信度被記錄下來，經過數理統計的方法計算氣 體的臭氣濃度。目前基於歐洲標準的嗅覺儀的最大區別在於控制氣體稀釋倍數的技術。 Dynascent嗅覺儀採用的是文丘裡技術直接稀釋，而荷蘭的01fakormat、新加坡的0dormat 等嗅覺儀則採用的是通過電子質量流量計來控制氣體稀釋倍數。

發明內容本實用新型的目的是克服現有技術的不足，提供一種基於三點比較式臭袋法的動 態嗅覺儀。 基於三點比較式臭袋法的動態嗅覺儀包括微算機控制系統、驅動電路和氣動連接裝置；微機控制系統與控制電路、氣動連接裝置依次相連；所述的微機控制系統包括第一 高精度氣體質量流量控制器、第二高精度氣體質量流量控制器、第一繼電器、第二繼電器、 第三繼電器、第一三極體、第二三極體、第三三極體、方式選擇開關、嗅辨指示燈、51單片機、 鍵盤、顯示器；第一繼電器經第一三極體與51單片機相連，第二繼電器經第二三極體與51 單片機相連，第三繼電器經第三三極體與51單片機相連，第一高精度氣體質量流量控制 器、第二高精度氣體質量流量控制器、方式選擇開關、嗅辨指示燈、鍵盤、顯示器分別與51 單片機相連。 所述的驅動電路包括空開、熔斷器、電機熱保護、微型真空泵、電源指示燈、整流 器、第一高精度氣體質量流量控制器、第二高精度氣體質量流量控制器、第一繼電器、第二 繼電器、第三繼電器、第一電磁閥、第二電磁閥、微機控制系統；空開與熔斷器、整流器依次 串聯；電機熱保護與微型真空泵串聯後並聯到熔斷器、整流器之間；電源指示燈並聯到熔 斷器、整流器之間；第一高精度氣體質量流量控制器、第二高精度氣體質量流量控制器、第 一繼電器、第二繼電器、第三繼電器、第一電磁閥、第二電磁閥依次並聯到整流器上；第一高 精度氣體質量流量控制器、第二高精度氣體質量流量控制器、第一繼電器、第二繼電器、第 三繼電器分別與微機控制系統相連。 所述的氣動連接裝置包括活性炭空氣過濾器、採樣袋、兩位兩通電磁閥、第一高精 度氣體質量流量控制器、第二高精度氣體質量流量控制器、第一單向閥、第二單向閥、微型 真空泵、兩位三通電磁閥、工作箱、固定式嗅辨臺、移動式嗅辨口 ；活性炭空氣過濾器與第一 高精度氣體質量流量控制器、第一單向閥、微型真空泵、兩位三通電磁閥依次相連，固定式 嗅辨臺、移動式嗅辨口分別與兩位三通電磁閥相連，採樣袋與第二高精度氣體質量流量控 制器、第二單向閥、微型真空泵、兩位三通電磁閥依次相連，活性炭空氣過濾器出口經兩位 兩通電磁閥與採樣袋入口相連。 所述的固定式嗅辨臺設有六個工作檯，每個工作檯設有嗅辨口、鍵盤、嗅辨指示 燈。 所述的移動式嗅辨口包括手柄、進氣管、判定按鈕、嗅辨口、嗅辨指示燈；判定按鈕 鑲在手柄上，進氣管裝在手柄裡面並且與嗅辨口相連接，嗅辨指示燈嵌於嗅辨口邊緣。 本實用新型可以實現三點比較式臭袋法測臭氣濃度的自動化操作。在嗅辨過程 中，通過自動控制軟體、稀釋配氣系統、同一樣品6名嗅辨員同時嗅辨、嗅辨結果反饋。6名 嗅辨員同時嗅辨分析樣品，減少因不同嗅辨袋充氣量不同對嗅辨員判定結果的影響；根據 稀釋倍數充入氣體混合室的樣品量由高精度質量流量控制器，通過計算機實現全閉環控 制。通過自動稀釋系統實現不同稀釋比的配氣減少了人為控制誤差；嗅辨口根據亞洲人面 部輪廓特徵設計，配氣氣流輸出速度符合人體正常呼吸舒適度要求；該儀器可同時適合實 驗室和現場測定。實驗過程無須使用三點比較式臭袋法的嗅辨袋，節約了成本；樣品測試 過程由計算機自動控制，可減少判定師工作量，節省單個樣品測定時間，降低嗅辨員勞務費 用。

圖1是基於三點比較式臭袋法的動態嗅覺儀結構框圖； 圖2是本實用新型的微機控制系統圖；[0018] 圖3是本實用新型的驅動電路圖； 圖4是本實用新型的氣動連接裝置結構示意圖； 圖5是本實用新型的固定式嗅辨臺結構示意圖； 圖6是本實用新型的移動式嗅辨口結構示意圖。 圖中微機控制系統1、驅動電路2和氣動連接裝置3 ;第一高精度氣體質量流量 控制器4、第二高精度氣體質量流量控制器5、第一繼電器6、第二繼電器7、第三繼電器8、 第一三極體9、第二三極體10、第三三極體11、方式選擇開關12、嗅辨指示燈13、51單片機 14、鍵盤15、顯示器16 ;空開17、熔斷器18、電機熱保護19、微型真空泵20、電源指示燈21、 整流器22、第一電磁閥23、第二電磁閥24 ;活性炭空氣過濾器25、採樣袋26、兩位兩通電磁 閥27、第一單向閥28、第二單向閥29、兩位三通電磁閥30、工作箱31、固定式嗅辨臺32、移 動式嗅辨口 33 ;工作檯34、嗅辨口 37 ;手柄35、進氣管36、嗅辨口 38、嗅辨指示燈39、判定 按鈕40。
具體實施方式如圖1、2所示，基於三點比較式臭袋法的動態嗅覺儀包括微算機控制系統1、驅動 電路2和氣動連接裝置3 ;其中微機控制系統1與控制電路2、氣動連接裝置3依次相連；所 述的微機控制系統1包括第一高精度氣體質量流量控制器4、第二高精度氣體質量流量控 制器5、第一繼電器6、第二繼電器7、第三繼電器8、第一三極體9、第二三極體10、第三三極 管11、方式選擇開關12、嗅辨指示燈13、51單片機14、鍵盤15、顯示器16 ;第一繼電器6經 第一三極體9與51單片機14相連，第二繼電器7經第二三極體10與51單片機14相連， 第三繼電器8經第三三極體11與51單片機14相連，第一高精度氣體質量流量控制器4、第 二高精度氣體質量流量控制器5、方式選擇開關12、嗅辨指示燈13、鍵盤15、顯示器16分別 與51單片機14相連。 實驗時操作員根據實際情況通過方式選擇開關選擇實驗方案，這裡提供兩種實驗 分析方法汙染源分析方法和環境分析方法。實驗時通過單片機由軟體控制實現不同的分 析方法的配氣，由軟體自動完成對實驗結果的運算處理，通過顯示器輸出最終數據，使用本 實用新型對樣品氣體進行嗅辨反洗，節省了大量人工，提高了實驗效率，計算機對數據的分 析計算依據三點比較式臭袋法GB/T14675-93。 如圖3所示，驅動電路2包括空開17、熔斷器18、電機熱保護19、微型真空泵20、 電源指示燈21、整流器22、第一高精度氣體質量流量控制器4、第二高精度氣體質量流量控 制器5、第一繼電器6、第二繼電器7、第三繼電器8、第一電磁閥23、第二電磁閥24、微機控 制系統1 ;空開17與熔斷器18、整流器22依次串聯；電機熱保護19與微型真空泵20串聯 後並聯到熔斷器18、整流器22之間；電源指示燈21並聯到熔斷器18、整流器22之間；第一 高精度氣體質量流量控制器4、第二高精度氣體質量流量控制器5、第一繼電器6、第二繼電 器7、第三繼電器8、第一電磁閥23、第二電磁閥24依次並聯到整流器22上；第一高精度氣 體質量流量控制器4、第二高精度氣體質量流量控制器5、第一繼電器6、第二繼電器7、第三 繼電器8分別與微機控制系統1相連。 如圖4所示，氣動連接裝置3包括活性炭空氣過濾器25、採樣袋26、兩位兩通電磁 閥27、第一高精度氣體質量流量控制器4、第二高精度氣體質量流量控制器5、第一單向閥
528、第二單向閥29、微型真空泵20、兩位三通電磁閥30、工作箱31、固定式嗅辨臺32、移動式 嗅辨口 33 ;活性炭空氣過濾器25與第一高精度氣體質量流量控制器4、第一單向閥28、微 型真空泵20、兩位三通電磁閥30依次相連，固定式嗅辨臺32、移動式嗅辨口 33分別與兩位 三通電磁閥30相連，採樣袋26與第二高精度氣體質量流量控制器5、第二單向閥29、微型 真空泵20、兩位三通電磁閥30依次相連，活性炭空氣過濾器25出口經兩位兩通電磁閥27 與採樣袋26入口相連。 考慮到嗅辨分析是基於環境溫度下人體對臭氣的感知程度樣品做出評價的，氣體 溫度過高會影響嗅辨結果。而泵的連續運行會大量發熱，這裡選用自帶冷卻系統的微型真 空泵以保證實驗結果準確性。稀釋控制採用閉環控制，按照質量流量控制方式實現不同稀 釋比的自動配氣控制。利用微型真空泵送氣，分兩個氣路供氣，分別輸送無臭空氣和樣品氣 體，採用高精度質量流量控制器，通過計算機控制不同氣路的氣體流量實現不同稀釋比的 自動配氣控制。 如圖5所示，固定式嗅辨臺32設有六個工作檯34，每個工作檯34設有嗅辨口 37、 鍵盤15、嗅辨指示燈13。 如圖6所示移動式嗅辨口 33包括手柄35、進氣管36、嗅辨口 38、嗅辨指示燈39、 判定按鈕40 ;判定按鈕40鑲在手柄35上，進氣管36裝在手柄35裡面並且與嗅辨口 38相 連接，嗅辨指示燈39嵌於嗅辨口 38邊緣。 移動式嗅辨口為一獨立結構，用一定長度的特製軟管連接到工作箱上，嗅辨員拿 起移動式嗅辨口，可以在一定範圍內移動，便於野外環境下進行嗅辨。嗅辨口依據亞洲人面 部曲線特徵設計，選用優質材料，使嗅辨員鼻子貼近嗅辨口工作時面部有較好的舒適度。 實驗時操作員根據實際情況選擇用嗅辨工作檯還是用移動式嗅辨口進行操作。通 過對兩位三通電磁閥的控制實現向嗅辨工作檯或者移動式嗅辨口送氣。 本實用新型的使用步驟和樣品分析方法如下 (A)開機，真空泵啟動，衝洗方式運行一分鐘，讓經過濾的無臭空氣對氣體管路系 統進行充分衝洗，以排出管路中異味。
(B)操作人員將5L的充滿樣品氣體的採樣袋連接於工作箱上採樣袋接口。
(C)各嗅辨員就位。
(D)操作人員根據樣品情況選擇實驗分析方案，按下相應按鈕。
(E)流量控制閥依據計算機指令精確控制氣體流量，對嗅辨口送出無臭空氣或者
一定稀釋比的嗅辨樣品，同時相應指示燈在計算機控制下點亮。每次送氣時間為90秒。
(F)嗅辨員依據指示燈提示對嗅辨口氣體進行嗅辨，並通過輸入按鍵向計算機發
送判斷結果。 (G)計算機依據所選測試方案對輸入結果進行處理，計算出下一次循環的稀釋比。 (H)重複(E)到(G)，進行多組稀釋比的嗅辨測試，測試次數根據不同樣品而不相 同。 其中(D)項嗅辨分析方案有兩種汙染源分析方法和環境分析方法。 ①選擇汙染源分析方法後，進入汙染源分析程序及記錄界面(GB/ T14675-93-8. 3. 1)。嗅辨員通過三個嗅辨氣體的辨別，正確識別有臭的氣體後，再逐級進行 稀釋、嗅辨，直至稀釋樣品的臭氣濃度低於嗅辨員的嗅覺閾值時停止實驗。每個樣品由6名嗅辨員同時測定，最後根據嗅辨員的個人閾值和嗅辨小組成員的平均閾值，求得臭氣濃度 值。 ②選擇環境分析方法後，進入環境分析程序及記錄界面(GB/T14675-93-8. 3. 2)。 環境樣品測定為每名嗅辨員每個稀釋倍數判別三次，每個樣品由6名嗅辨員同時測定，當 嗅辨員認定某一號氣體有氣味時，則反饋信息於判定臺。在一個稀釋倍數分析結束時，電腦 自動計算出小組平均正解率(M值)。通過M值的大小，判定師可以判斷接下來的稀釋倍數， 若M值大於O. 58，則稀釋倍數加大；若M值小於O. 58，則減小稀釋倍數。直至得到分別大於 0. 58的M工值和小於0. 58的M2值。根據M工和M2值進行計算，求得臭氣濃度。 —次完整的嗅辨流程為 ①嗅辨口管路衝洗，採用大流量進氣，持續時間20秒，這是相鄰兩組實驗間的管 路衝洗，嗅辨員利用這個時間輸入判定結果； ②按6m/min的速度對嗅辨口送無臭空氣，持續時間90秒； ③嗅辨口衝洗，採用大流量進氣，持續時間20秒； 按6m/min的速度對嗅辨口送某一稀釋比的混合氣體，持續時間90秒； ⑤嗅辨口衝洗，採用大流量進氣，持續時間20秒； 按6m/min的速度對嗅辨口送無臭空氣，持續時間90秒； ⑦嗅辨口衝洗，採用大流量進氣，持續時間20秒； ⑧嗅辨員輸入判斷結果，計算機記錄並分析該結果。 其中②、④、⑥的順序計算機隨機控制。
權利要求一種基於三點比較式臭袋法的動態嗅覺儀，其特徵在於包括微機控制系統(1)、驅動電路(2)和氣動連接裝置(3)；其中微機控制系統(1)與控制電路(2)、氣動連接裝置(3)依次相連；所述的微機控制系統(1)包括第一高精度氣體質量流量控制器(4)、第二高精度氣體質量流量控制器(5)、第一繼電器(6)、第二繼電器(7)、第三繼電器(8)、第一三極體(9)、第二三極體(10)、第三三極體(11)、方式選擇開關(12)、嗅辨指示燈(13)、51單片機(14)、鍵盤(15)、顯示器(16)；第一繼電器(6)經第一三極體(9)與51單片機(14)相連，第二繼電器(7)經第二三極體(10)與51單片機(14)相連，第三繼電器(8)經第三三極體(11)與51單片機(14)相連，第一高精度氣體質量流量控制器(4)、第二高精度氣體質量流量控制器(5)、方式選擇開關(12)、嗅辨指示燈(13)、鍵盤(15)、顯示器(16)分別與51單片機(14)相連。
2. 根據權利要求1所述的一種基於三點比較式臭袋法的動態嗅覺儀，其特徵在於所述 的驅動電路(2)包括空開(17)、熔斷器(18)、電機熱保護(19)、微型真空泵(20)、電源指 示燈(21)、整流器(22)、第一高精度氣體質量流量控制器(4)、第二高精度氣體質量流量控 制器(5)、第一繼電器(6)、第二繼電器(7)、第三繼電器(8)、第一電磁閥(23)、第二電磁閥 (24)、微機控制系統(1);空開(17)與熔斷器(18)、整流器(22)依次串聯；電機熱保護(19) 與微型真空泵(20)串聯後並聯到熔斷器(18)、整流器(22)之間；電源指示燈(21)並聯到 熔斷器(18)、整流器(22)之間；第一高精度氣體質量流量控制器(4)、第二高精度氣體質量 流量控制器(5)、第一繼電器(6)、第二繼電器(7)、第三繼電器(8)、第一電磁閥(23)、第二 電磁閥(24)依次並聯到整流器(22)上；第一高精度氣體質量流量控制器(4)、第二高精度 氣體質量流量控制器(5)、第一繼電器(6)、第二繼電器(7)、第三繼電器(8)分別與微機控 制系統(1)相連。
3. 根據權利要求1所述的一種基於三點比較式臭袋法的動態嗅覺儀，其特徵在於所述 的氣動連接裝置(3)包括活性炭空氣過濾器(25)、採樣袋(26)、兩位兩通電磁閥(27)、第一 高精度氣體質量流量控制器(4)、第二高精度氣體質量流量控制器(5)、第一單向閥(28)、 第二單向閥(29)、微型真空泵(20)、兩位三通電磁閥(30)、工作箱(31)、固定式嗅辨臺 (32)、移動式嗅辨口 (33);活性炭空氣過濾器(25)與第一高精度氣體質量流量控制器(4)、 第一單向閥(28)、微型真空泵(20)、兩位三通電磁閥(30)依次相連，固定式嗅辨臺(32)、移 動式嗅辨口 (33)分別與兩位三通電磁閥(30)相連，採樣袋(26)與第二高精度氣體質量流 量控制器(5)、第二單向閥(29)、微型真空泵(20)、兩位三通電磁閥(30)依次相連，活性炭 空氣過濾器(25)出口經兩位兩通電磁閥(27)與採樣袋(26)入口相連。
4. 根據權利要求3所述的一種基於三點比較式臭袋法的動態嗅覺儀，其特徵在於所述 的固定式嗅辨臺(32)設有六個工作檯(34)，每個工作檯(34)設有嗅辨口 (37)、鍵盤(15)、 嗅辨指示燈(13)。
5. 根據權利要求3所述的一種基於三點比較式臭袋法的動態嗅覺儀，其特徵在於所述 的移動式嗅辨口 (33)包括手柄(35)、進氣管(36)、嗅辨口 (38)、嗅辨指示燈(39)、判定按 鈕(40);判定按鈕(40)鑲在手柄(35)上，進氣管(36)裝在手柄(35)裡面並且與嗅辨口 (38)相連接，嗅辨指示燈(39)嵌於嗅辨口 (38)邊緣。
專利摘要本實用新型公開了一種基於三點比較式臭袋法的動態嗅覺儀。它包括微機控制系統、驅動電路和氣動連接裝置；微機控制系統與控制電路、氣動連接裝置依次相連；微機控制系統包括第一、二高精度氣體質量流量控制器，第一、二、三繼電器，第一、二、三三極體，嗅辨指示燈、51單片機等；第一繼電器經第一三極體與51單片機相連，第二繼電器經第二三極體與51單片機相連，第三繼電器經第三三極體與51單片機相連，第一、二高精度氣體質量流量控制器、方式選擇開關、嗅辨指示燈、鍵盤、顯示器分別與51單片機相連。本實用新型採用質量流量控制方式來控制氣體稀釋倍數，減少人為操作誤差，減少分析時間，降低勞動強度，無需嗅辨袋，降低成本。
文檔編號G05D27/02GK201464457SQ200920120109
公開日2010年5月12日 申請日期2009年5月18日 優先權日2009年5月18日
發明者代小蓉, 李虎, 汪開英, 魏波 申請人:浙江大學