基於稱重法的空氣顆粒物連續監測採樣器的製作方法

2023-05-06 02:43:26 1

本發明屬於空氣顆粒物採樣技術領域，尤其涉及一種基於稱重法的空氣顆粒物連續監測採樣器。

背景技術：

在環境空氣顆粒物(pm2.5)手工監測方法(重量法)中，目前市場上的主流採樣器的做法是採樣和稱重分開操作，採樣器只負責採樣，然後將濾膜拿到實驗室去稱重，整個過程比較耗費人力，且無法及時得到採樣顆粒物的增重，加上每天操作，一旦在任何一個操作環節出現問題都將導致結果的偏差。

技術實現要素：

本發明的主要目的在於克服上述技術的不足，而提供一種基於稱重法的空氣顆粒物連續監測採樣器。

本發明為實現上述目的，採用以下技術方案：一種基於稱重法的空氣顆粒物連續監測採樣器，其特徵在於：包括上膜機構、採集機構、機械手、存儲機構、濾膜夾套、稱重機構以及平衡機構；所述上膜機構固定在支撐板上，所述上膜機構包括上膜箱體，所述上膜箱體的上部和下部分別帶有上膜上通孔和上膜下通孔，所述濾膜夾套置於所述上膜下通孔中，所述濾膜夾套包括濾膜夾以及膜筒，所述濾膜夾將濾膜固定並裝入到所述膜筒中，所述上膜下通孔的下部固定有上膜直線電機，所述上膜直線電機的上部固定有上膜託盤，所述上膜託盤深入到所述膜筒中並與所述濾膜夾配合；

所述採集機構位於所述上膜機構的一側，所述採集機構包括切割器、滑動杆、採集升降電機、上伸縮氣嘴、下氣嘴，所述滑動杆固定在所述支撐板上，所述切割器通過固定架安裝在所述滑動杆上，所述上伸縮氣嘴與所述切割器的底部活動配合，所述上伸縮氣嘴通過滑動板與所述滑動杆滑動配合，所述採集升降電機安裝在所述固定架上，採集升降電機的絲槓與所述滑動板螺紋配合；

所述平衡機構位於所述採集機構的一側，所述平衡機構主要由平衡支筒構成，平衡支筒上部帶有用於放置膜夾的平衡底託；

所述稱重機構位於所述平衡機構的一側，所述稱重機構包括電子天平以及設置在所述電子天平上部的稱重支筒，所述稱重支筒上帶有用於放置膜夾的稱重底託；

所述機械手設置在所述支撐板的中部，所述機械手包括移動板、直線夾緊電機、兩塊夾板，機械手升降電機、機械手旋轉電機、機械手控制板、機械手轉接板；所述機械手旋轉電機安裝在所述機械手控制板上，機械手旋轉電機的輸出端與所述機械手轉接板連接用於控制機械轉接板轉動，所述機械手升降電機安裝在所述機械手轉接板上，所述機械手升降電機的絲槓與機械手託板螺紋配合，用於控制機械手託板上下移動，所述移動板固定在所述機械手託板上，所述移動板上帶有直徑大於膜筒的圓孔，所述兩塊夾板分別安裝在圓孔的兩側並置於移動板內部的槽中，兩塊夾板的中部分別與所述移動板鉸接，兩塊夾板的末端通過連接板與所述直線夾緊電機的輸出端配合，所述直線夾緊電機固定在所述移動板的後部。

所述儲存機構設置於所述上膜機構的一側，所述儲存機構包括儲存工位箱體，所述儲存工位箱體上帶有電子製冷模塊，所述儲存工位箱體的上部和下部分別帶有儲存上通孔和儲存下通孔，所述儲存上通孔與密封蓋配合，所述儲存下通孔與存儲託盤配合，在所述儲存下通孔上放置有儲存工位膜筒，儲存託盤深入到所述儲存工位膜筒的內部，所述儲存託盤由儲存直線電機驅動其上下移動。

優選地，所述濾膜夾分為上下卡接的兩部分，濾膜以及支撐網置於濾膜夾中。

優選地，還包括保護箱體，所述上膜機構、採集機構、機械手、存儲機構以及濾膜夾套圍置於所述保護箱體內。

優選地，所述儲存工位箱體上安裝有儲存工位門。

優選地，所述上膜箱體上安裝有上膜箱門。

優選地，所述儲存工位箱體內設有溫溼度傳感器。

優選地，所述密封蓋的兩端分別與密封連接杆滑動配合，兩個密封連接杆之間固定一個密封連接板，所述密封連接板的中部安裝有密封直線電機，所述密封直線電機的輸出端與所述密封蓋連接，兩個密封連接杆的上部與所述保護箱體連接。

本發明的有益效果是:相對於現有技術，本裝置可以連續工作7天或15天，可以支持16個濾膜的連續工作，和傳統的採樣器相比，基於稱重法的採樣器在內部集成了一臺十萬分之一或百萬分之一電子天平，採樣後的顆粒物重量可以通過天平直接讀取出來，這樣不但減少了大量的人力輸出，而且減少了頻繁操作過程中出現失誤的可能性。基於稱重法的空氣顆粒物連續監測採樣器既可以用來與自動站進行比對，也可做為pm2.5自動監測儀器使用。一臺基於稱重法的採樣器相當於把天平室、手工採樣器、人工取樣等環節在一臺機器上實現了。

附圖說明

圖1是本發明的立體圖；

圖2是本發明中機械手結構示意圖；

圖3是本發明中另一個方向的立體圖；

圖4是本發明中的濾膜夾套的結構示意圖；

圖5是本發明中的濾膜夾套的整體裝配圖；

圖6是本發明的俯視圖；

圖7是本發明的整體結構圖。

具體實施方式

下面結合附圖及較佳實施例詳細說明本發明的具體實施方式。

如圖1-圖7所示，一種基於稱重法的空氣顆粒物連續監測採樣器，包括上膜機構1、採集機構2、機械手3、存儲機構4、濾膜夾套5、稱重機構6以及平衡機構7；

如圖1所示，所述上膜機構1固定在支撐板8上，所述上膜機構包括上膜箱體11，所述上膜箱體的上部和下部分別帶有上膜上通孔12和上膜下通孔13，如圖4和圖5所示，所述濾膜夾套5置於所述上膜下通孔中，所述濾膜夾套包括濾膜夾51以及膜筒52，所述濾膜夾將濾膜固定並裝入到所述膜筒中，所述濾膜夾分為上下卡接的兩部分，濾膜53以及支撐網54置於濾膜夾中。所述上膜下通孔的下部固定有上膜直線電機14，所述上膜直線電機的上部固定有上膜託盤，所述上膜託盤深入到所述膜筒中並與所述濾膜夾配合；所述上膜箱體上安裝有上膜箱門15。上膜機構用於將濾膜送到設備中，工作時，先將整盒的濾膜夾套放置在上膜下通孔中，需要上膜時，濾膜下通孔下部的上膜直線電機啟動，帶動上膜託盤上升，上膜託盤推動最下部的濾膜夾，疊放在膜筒中的濾膜夾被推到上部，最上部的濾膜夾從上膜上通孔中伸出，上膜直線電機停止運動，等待機械手過來取走濾膜夾。

如圖1所示，所述採集機構2位於所述上膜機構的一側，所述採集機構包括切割器21、滑動杆22、採集升降電機23、上伸縮氣嘴24、下氣嘴25，所述滑動杆固定在所述支撐板上，所述切割器通過固定架26安裝在所述滑動杆上，所述上伸縮氣嘴與所述切割器的底部活動配合，所述上伸縮氣嘴通過滑動板27與所述滑動杆滑動配合，所述採集升降電機安裝在所述固定架上，採集升降電機的絲槓與所述滑動板螺紋配合。採集機構主要是用於對空氣顆粒的採集，機械手將濾膜夾放置在下氣嘴上，上伸縮氣嘴在採集升降電機的帶動下向下移動，將濾膜夾壓到下氣嘴上，切割器進行採集，下氣嘴與一個負壓泵連接產生負壓，空氣顆粒物就被吸附在濾膜上。

所述平衡機構7位於所述採集機構的一側，所述平衡機構主要由平衡支筒71構成，平衡支筒上部帶有用於放置膜夾的平衡底託72。

所述稱重機構6位於所述平衡機構的一側，所述稱重機構包括電子天平61以及設置在所述天子天平上部的稱重支筒62，所述稱重支筒上帶有用於放置膜夾的稱重底託63。按照環境空氣顆粒物(pm2.5)手工監測方法(重量法)技術規範要求，設計了十萬分之一精度的電子天平室，天平室將溫度控制在15-30℃範圍內，溼度控制在45％-55％範圍內，避免了溫溼度對稱重的影響。

如圖2所示，所述機械手3設置在所述支撐板的中部，所述機械手包括移動板31、直線夾緊電機32、兩塊夾板33，機械手升降電機34、機械手旋轉電機35、機械手控制板36、機械手轉接板37；所述機械手旋轉電機安裝在所述機械手控制板上，機械手旋轉電機的輸出端與所述機械手轉接板連接用於控制機械轉接板轉動，所述機械手升降電機安裝在所述機械手轉接板上，所述機械手升降電機的絲槓與機械手託板38螺紋配合，用於控制機械手託板上下移動，所述移動板固定在所述機械手託板上，所述移動板上帶有直徑大於膜筒的圓孔39，所述兩塊夾板分別安裝在圓孔的兩側並置於移動板內部的槽中，兩塊夾板的中部分別與所述移動板鉸接，兩塊夾板的末端通過連接板30與所述直線夾緊電機的輸出端配合，所述直線夾緊電機固定在所述移動板的後部。本發明設計了一種機械手結構，機械手採用高強度、高模量纖維的新型碳纖維材料製成，控制機械手的電機可滿足高達30萬次的運行時間，其運行精度可精確到0.1mm級別。

如圖1和圖3所示，所述儲存機構4設置於所述上膜機構的一側，所述儲存機構包括儲存工位箱體41，所述儲存工位箱體上帶有電子製冷模塊42，所述儲存工位箱體的上部和下部分別帶有儲存上通孔43和儲存下通孔44，所述儲存上通孔與密封蓋45配合，所述密封蓋的兩端分別與密封連接杆46滑動配合，兩個密封連接杆之間固定一個密封連接板47，所述密封連接板的中部安裝有密封直線電機48，所述密封直線電機的輸出端與所述密封蓋連接，兩個密封連接杆的上部與所述保護箱體連接。所述儲存下通孔與存儲託盤配合，所述儲存下通孔與存儲託盤配合，在所述儲存下通孔上放置有儲存工位膜筒49，儲存託盤深入到所述儲存工位膜筒的內部，所述儲存託盤由儲存直線電機驅動其上下移動。所述儲存工位箱體上安裝有儲存工位門40。所述儲存工位箱體內設有溫溼度傳感器。封閉的儲存工位箱體，利用半導體製冷技術，可以對溫度進行調節，使溫度維持在4℃或者20℃以下。在濾膜保存空間的正上方，每次儲存濾膜時電機帶動儲存存儲託盤上升，從儲存工位膜桶上升到上通孔的位置，放置濾膜後再下降到儲存工位膜桶中，每次存儲完濾膜後，加蓋一個蓋子，保證濾膜存儲不受外界空氣的影響，防止水分凝結。集後濾膜可能會因溫溼度影響最終的顆粒物質量，所以本系統在濾膜存儲工位設置了溫度控制系統，通過半導體製冷技術實現了濾膜存儲時溫度的可調控制，防止採集後顆粒物的損失。

為了對整體進行防護，本裝置還增加了保護箱體，所述上膜機構、採集機構、機械手、存儲機構以及濾膜夾套圍置於所述保護箱體內。

本發明首先設計了獨立的上膜、卸膜機構，通過高精度的步進電機對上膜和卸膜進行精確控制，並在上膜、卸膜裝置上加裝紅外傳感器控制上膜、卸膜的位置，保證了採樣器上膜、卸膜操作的準確性。

本裝置可以連續工作7天或15天，可以支持16個濾膜的連續工作，和單膜採樣器相比，不但減少了大量的人力輸出，而且減少了頻繁操作過程中出現失誤的可能性。採樣的連續性和單膜採樣器相比得到了提升，大大減少了人工成本以及誤操作的可能性。另外，本裝置可以將上膜桶內的第一張濾膜作為質控濾膜，和單膜採樣器相比，可以方便地驗證批次採樣濾膜的一致性。單膜採樣器如果想增加質控濾膜，則必須在現場增加一臺新的採樣器放上空白濾膜作為質控濾膜。

以上本申請中出現的電機除了機械手旋轉電機35是轉動電機外，其他都是直線電機，都能夠帶動目標物上下移動。

在上膜桶內準備好裝有濾膜夾的膜桶後，在設置好的工作時間到來時，上膜桶直線電機帶動上膜桶中的膜託往上走，機械手將第一個濾膜夾夾好，並根據設置的程序將濾膜夾移動到平衡或採集工位，在平衡工位，濾膜夾可以和當前環境進行平衡，在採集工位，按照設置的時間進行空氣採集。採集時間完成後，機械手再次將濾膜夾從採集工位移動到稱重工位，稱重時程序控制機器停止泵採樣，在天平上進行精確稱重後，程序讀取稱重數據並存儲。稱重完成後機械手再次工作，將位於天平上的濾膜夾移動到存儲桶工位。此時存儲桶工位的直線電機帶動存儲通密封蓋向上移動，待機械手將濾膜夾移動到存儲桶上的膜託後，直線電機帶動膜託將採集後的濾膜夾存放到存儲桶中最下端，完成後密封蓋再次蓋緊。此時完成一個採集過程，機械手再次移動到上膜桶工位，等待下一次工作開始。此工作方式，可以按照設置的時間進行濾膜稱重，滿足在採樣的基礎上按時讀取顆粒物重量的結果。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。