CN102353564A

CN102353564A - 个体采样器

Info

Publication number: CN102353564A
Application number: CN2011101627882A
Authority: CN
Inventors: 郭冰; 梁杰; 董宁; 朱平
Original assignee: SHENZHEN AMAE CO Ltd
Current assignee: SHENZHEN AMAE CO Ltd
Priority date: 2011-06-16
Filing date: 2011-06-16
Publication date: 2012-02-15

Abstract

本发明涉及一种个体采样器，一种环境气体采样装置，属于环境保护中气体监测、采样领域。该装置包含了外壳、电池、微型气泵、人机交互系统、系统测控模块、恒流缓冲仓。外壳内设置、电池、微型气泵、系统测控模块、恒流缓冲仓、质量流量传感器；过滤器的进气端与个体采样器的采样进气口相连通，其出气端与微型气泵的进气端相连通，微型气泵的出气端与恒流缓冲仓的进气端相连通，恒流缓冲仓的出气端与流量传感器相连通，传感器的出气端与个体采样器的采样出气口相连通。该装置可实现全流量量程精确控制、恒流采样，并提供了多种模式智能采样模式。该装置具有成本低、体积尺寸小、便于携带方便在任意环境下进行采样收集等特点，为各种检测机构提供了便利，具有广阔的运用前景。

Description

个体采样器

技术领域

本发明涉及一种环境气体采样装置，属于环境保护中气体监测、采样领域。

背景技术

随着科技与工业的迅速发展和人民生活水平的不断改善，与人们日常生活息息相关的空气质量问题也越来越受到人们的重视，空气污染以及对其环境监测已经成为国际上重大热点，因此，市场是出现了琳琅满目的采样器。

各种采样器之间虽有标准制定其相关要求，但是由于各厂商的制造工艺不一样，做出来的效果也各异，同时，由于采用老式的转子显示或压力反馈等测量方式，因此在控制精度上无法达到更高一级的精确度，也因此，对采样结果存在比较大的测量误差，这就使得环境监测结果不准确。

而对于大多数采样器来说，其量程范围要么在0～500mL/min之间，要么在850～5000mL/min之间，并没有完全统一覆盖全流量量程的。而对于其个别进口采样器来说，声称覆盖了全流量量程其实也是需要额外加入小流量模块才能实现，并且是两种量程范围的互相切换，并非连续可调；同时，由于安装了小流量模块，这类采样器在采样时其自身显示器上所显示的流量数据并非实际流量，因此要求在小流量采样时，必须事先进行校准，调节采样器流量为所需流量，从而导致之后的采样操作只能把校准数据作为参考，而对采样中途发生流量变化等情况则完全无法做出判断，这就对操作人员造成了很大的不方便。

另外，传统的采样器内部构造基本顺序都是：进气口→传感器→微型气泵→出气口；而对于一些廉价的产品来说，更省略了传感器这一步骤，因此，在控制精度上是非常之差的。

而对于带有传感器的一些产品来说，由于采用了上述流程，在多数情况下，由于通过了采样气泵以及内部回路，气体不但产生了损失，还在采样气泵之后变成了脉动气流，而采样器显示的流量数据为气体损失前的数据，导致了所采集到的样品并不十分准确，从而对后续实验室分析工作造成了很大的误差。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种结构合理，采样准确、监测效率高的个体采样器。

为解决上述存在的技术问题，本发明采用下述技术方案：个体采样器包含外壳1、电池2、微型气泵3、人机交互系统4、系统测控模块5、恒流缓冲仓6。

外壳1内所设的微型气泵3、恒流缓冲仓6、系统测控模块5、质量流量传感器7、电池2。过滤器10的进气端与个体采样器的采样进气口8相连通，其出气端与微型气泵3的进气端相连通，微型气泵3 的出气端与恒流缓冲仓的进气端相连通，恒流缓冲仓6的出气端与质量流量传感器7相连通，质量流量传感器7的出气端与个体采样器的采样出气口相连通。

外壳1包括进气口8、出气口9、皮带卡扣20、三脚架支撑孔座21。皮带卡口是悬挂在皮带等物品时所需的协助器件，可以360°自由旋转，采样器的放置方式可根据特殊的需求来自由旋转控制；三脚架支撑孔座是螺纹孔座，可连接带螺纹支座的三角架。

通过人机交换系统设置采样时间、采样流量，传输到系统控制模块中，系统控制模块的微处理器中，微处理器的信号输入端接入流量传感器，微处理器的信号输出端与气泵相连接，控制个体采样器采样流量。

该装置集成了质量流量传感器，采用后置传感器的方式进行测量，同时配备的恒流缓冲仓6，把通过微型气泵3后的脉动气流转化成恒定气流，从而获得稳定的气体收集。把经过恒流转化后的气体通过质量流量传感器进行流量测量，这提高了流量测量的精度。

在硬件设施上，本发明采用了量程范围为0mL/min～5000mL/min的微型气泵3，通过所设置的系统测控模块5把微型气泵3的输出流量控制在50mL/min～4000mL/min之间并连续可调，从而实现了全流量量程的统一。

在人机交互系统4上采用了液晶显示，菜单化界面，按键输入的操作方式，方便对任意使用人员都能快速上手操作，而人性化的操作方式也使得流量控制起来更为方便。

恒流缓冲仓6内部进气端设置有单向阀15，连接气仓11，气仓11的出去端连接三向导通管19，三向导通管19的另外两端分别与气仓12和单向阀16的的进气端，单向阀16的出气端与气仓13进气端相连接，气仓13的出气端与单向阀17的进气端相连接，单向阀17的出气端与气仓14的进气端相连接，气仓14的出气端与质量流量传感器相连接。

恒流缓冲仓内各级气仓之间均采用弹性橡胶膜连接，其作为恒流缓冲部件，用于把脉动气流转化成稳定气流。气仓14上底面和下底面是特制的薄膜底面，气仓14内部设置有弹簧18，弹簧18两端分别与气仓14的上底面和下底面相连接。

本发明的个体采样器与现有技术相对比，其有益效果是，可实现全流量量程精确控制、恒流采样，并提供了多种模式智能采样模式。本发明具有成本低、体积尺寸小、便于携带方便在任意环境下进行采样收集等特点，为各种检测机构提供了便利，具有广阔的运用前景。

附图说明

图1为便携式可安装个体采样器系统组成示意图；

图2为采样器前置吸附方式气路走向；

图3为采样器后置吸附方式气路走向；

图4为恒流缓冲仓的内部结构示意图。

图5为采样器没有安装恒流缓冲仓时的气流的图像；

图6为采样器安装上恒流缓冲仓后的气流的图像；

图7为便携式可安装个体采样器背面皮带卡扣示意图；

图8为采样器没有安装恒流缓冲仓时的气流的图像；

图9为采样器安装上恒流缓冲仓后的气流的图像；

图10为便携式可安装个体采样器背面皮带卡扣示意图；

图11为便携式可安装个体采样器底部三脚架支撑孔座。

图中：1.外壳；2.电池；3.微型气泵；4.人机交互系统；5.系统测控模块；6.恒流缓冲仓；7.质量流量传感器；8.采样器进气口；9.采样器出气口；10.过滤器；11.气仓1；12.气仓2；13.气仓3；14.气仓4；15.单向阀1；16.单向阀2；17.单向阀3；18.弹簧；19.三向导向通管；20.皮带卡扣；21.三脚架支撑孔座；22.气仓5；气仓6；气仓7；

具体实施方式

下面结合附图，详细介绍本发明实施例。

个体采样器的组成如图1所示，它包含外壳1、电池2、微型气泵3、人机交互系统4、系统测控模块5、恒流缓冲仓6。

如图2所示，本采样器前置吸附方式气路走向：外界环境→吸收器具→采样器进气口8→内部过滤器10→微型气泵3→恒流缓冲6→传感器7→采样器出气口9→环境大气。如图3所示，本采样器后置吸附方式气路走向：外界环境→采样器进气口8→内部过滤器10→微型气泵3→恒流缓冲6→传感器7→采样器出气口9→收集器具。其中，从采样器进气口到采样器出气口之间的各环节均放置在外壳1内，而各环节之间均采用气管连接，使之组成一体。

在微型气泵3环节，所述系统测控模块5采用微处理器进行全程控制，为了节约成本，利用微处理器输出的PWM(脉冲宽度调制)信号通过积分电路转化成模拟DA(数模转换)输出；通过电源转化电路把模拟DA控制电压转化成用于直接改变微型气泵流量的恒压恒流电源，供给微型气泵工作。

如图4所示，本采样器缓冲仓由气仓，单向阀，薄膜，弹簧组成。恒流缓冲仓6内部进气端设置有单向阀15，连接气仓11，气仓11的出去端连接三向导通管19，三向导通管19的另外两端分别与气仓12和单向阀16的的进气端，单向阀16的出气端与气仓13进气端相连接，气仓13的出气端与单向阀17的进气端相连接，单向阀17的出气端与气仓14的进气端相连接，气仓14的出气端与质量流量传感器相连接。恒流缓冲仓内各级气仓之间均采用弹性橡胶膜连接，其作为恒流缓冲部件，用于把脉动气流转化成稳定气流。气仓14上底面和下底面是特制的薄膜底面，气仓14内部设置有弹簧18，弹簧18两端分别与气仓14的上底面和下底面相连接。各个气仓之间体积的比例为：气仓1∶气仓2∶气仓3∶气仓4＝3∶1∶2∶4。在具体生产产品时，可以根据个体采样器的实际工作情况，通过合理安排单向阀和气仓的数量，选择不同级别的缓冲仓，如图5所示的二级缓冲仓，二级缓冲仓由两个单向阀、三个气仓和一个弹簧组成，各个气仓体积的比例为：气仓5∶气仓6∶气仓7＝2∶1∶3。还可以使用不同级别缓冲仓如图6所示的四级缓冲仓和图7所示的五级缓冲仓。

在没有安装恒流缓冲仓时，如图8所示，通过微型气泵的3气流为脉冲气流。恒流缓冲仓6作用是把经过微型气泵3后，因气泵的影响而变成脉动气流的气体进行恒流转化。由于隔膜泵本身构造，在运转时会不断地做反复推拉运动，导致事前基本恒流的气体经过气泵后变成了脉动气流。根据所测气流脉动的特性，构造出一个恒流缓冲仓6，其为多级缓冲容器构造，每级缓冲容器体积不一，采用弹性橡胶膜封固。根据气体脉动特性按一定比例构造，并按一定的规律进行分布连接。弹性橡胶膜在气流脉动波峰时会膨胀鼓起，存储气泵在推动时所产生的过多气体，使之气流平滑减缓；在脉动波谷时弹性橡胶膜会复原，把在波峰所存储的气体放出，补偿气泵回拉时所造成的气流回收，使之流出气体得以补充，气流稳定输出；通过多级缓冲，如图9所示，最终把脉动气流转化成恒定气流。

如图10所示，外壳1包括进气口8、出气口9、皮带卡扣20。皮带卡口与采样器壳体相连接。皮带卡口是悬挂在皮带等物品时所需的协助器件，可以360°自由旋转，采样器的放置方式可根据特殊的需求来自由旋转控制。如图11所示，在采样器底部设置三脚架支撑孔座21是螺纹孔座，可连接带螺纹支座的三角架。

在传感器环节，所述高精度质量流量传感器7则把流量的物理量信息转化成电信号，通过高精度AD采样，量化成可用于微处理器(MCU)识别的数字信息，供给微处理器(MCU)进行分析计算。通过MCU的计算结果，可以很方便得得到反馈控制量参数，用于MCU对微型气泵[3]进行闭环控制；同时，根据需求，本发明引入了积分计算功能，把所采样的气体进行总体积积分，大大地方便了后续实验室分析工作。

整体控制上，本发明采用实时操作系统作为核心架构，根据各模块的控制添加不同的任务进程，从而能实现最优化控制。考虑到各种实际采样需求，本发明在软件上设计了多种采样模式，如手工操作、定时采样、多次循环采样、任意时刻定点启动采样、定量体积积分采样等，基本覆盖了大多数情况的采样需求；而采样器预留有系统升级接口，可根据特殊要求进行功能升级，从而实现了全面自动化采样控制。

本发明的主要技术参数指标：

1.采样流量： 50～4000sccm

2.测量分辨率： 1sccm

3.流量精确度：＜1％F.S

3.流量稳定性：＜1％F.S

4.连续工作时间：≥8h最大流量/≥24h最大流量(外置电池模块)

5.工作环境：温度：-5～+45℃湿度：＜90％

6.软件功能：

(1)标况数据换算、质量流量/体积流量转化、采样总体积积分

(2)定时单次自动采样/多次自循环采样

(3)24小时内任意时刻自启动采样/多组设置自动采样

(4)定量体积采样

Claims

1.一种体采样器包含了外壳(1)、电池(2)、微型气泵(3)、人机交互系统(4)、系统测控模块(5)、恒流缓冲仓(6)，其特征是外壳(1)内所设的微型气泵(3)、恒流缓冲仓(6)、系统测控模块(5)、质量流量传感器(7)、电池(2)；所述过滤器(10)的进气端与个体采样器的采样进气口相连通，其出气端与微型气泵(3)的进气端相连通，微型气泵(3)的出气端与恒流缓冲仓(6)的进气端相连通，恒流缓冲仓(6)的出气端与流量传感器(7)相连通，传感器(10)的出气端与个体采样器的采样出气口相连通；所述恒流缓冲仓(6)由单向阀与气仓相连通，组成多级结构的恒流缓冲仓。

2.根据权利要求1所述的个体采样器，其特征是所述外壳(1)包括进气口(8)、出气口(9)、皮带卡扣、三脚架支撑孔座；皮带卡口是悬挂在皮带等物品时所需的协助器件，可以360°自由旋转，采样器的放置方式可根据特殊的需求来自由旋转控制；三脚架支撑孔座是螺纹孔座，可连接带螺纹支座的三角架。

3.根据权利要求1所述个体采样器，其特征是所述气泵(3)流量范围从0mL/min到5000mL/min之间连续可调的隔膜泵，通过设置的系统测控模块(5)把微型气泵(3)的输出流量控制在50mL/min～4000mL/min之间并连续可调。

4.根据权利要求1所述的个体采样器，其特征是所述人机交互系统(4)为包含液晶显示、按键输入的输入输出系统。

5.根据权利要求1所述的个体采样器，其特征是系统测控模块(5)包含：精准流量闭环控制模块、高精度传感器采样反馈模块、电源转化电路、高效电源管理模块，通过人际交换系统设置采样时间、采样流量，传输到系统控制模块中，系统控制模块的微处理器中，微处理器的信号输入端接入质量流量传感器(7)，微处理器的信号输出端与微型气泵(3)相连接，控制个体采样器采样流量。

6.根据权利要求1所述的个体采样器，其特征是所述恒流缓冲仓(6)内部进气端设置有单向阀(15)，连接气仓(11)，气仓(11)的出气端连接三向导通管(17)，三向导通管(17)的另外两端分别与气仓(12)和单向阀(16)的的进气端，单向阀(16)的出气端与气仓(13)进气端相连接，气仓(13)的出气端与单向阀(17)的进气端相连接，单向阀(17)的出气端与气仓(14)的进气端相连接，气仓(14)的出气端与质量流量传感器(7)相连接，气泵将气体从外壳(1)上所设的进气口(8)传送到恒流缓冲仓(6)，通过恒流缓冲仓(6)恒流后的气体流过系统测控模块(5)中的质量流量传感器(7)进行测量，最后送至外壳(1)的出气口(9)。

7.根据权利要求1所述的个体采样器，其特征是恒流缓冲仓(6)是根据微型气泵输出脉动气流特性而构造出的一个缓冲容器，缓冲容器为多级结构，各级气仓之间均采用弹性橡胶膜连接，其作为恒流缓冲部件，用于把脉动气流转化成稳定气流。

8.根据权利要求1所述的个体采样器，其特征是所述的气仓(14)上底面和下底面是弹性橡胶膜，气仓(14)内部设置有弹簧(18)，弹簧(18)两端分别与气仓(14)的上底面和下底面相连接。