一种恒温快速的空气采样装置及其使用方法
【专利摘要】本发明涉及一种恒温快速的空气采样装置及其使用方法。本发明分为三个系统：空气缓冲系统、高效采样系统和自动化控制系统。空气缓冲系统由第一阀门开关，第二阀门开关，第三阀门开关，第五阀门开关，绝热外壳，金属箱，颗粒物过滤器，集气袋构成；高效采样系统由第四阀门开关，可伸缩柔性接管，嵌入式采样管接口，柔性软管，采样泵构成，自动化控制系统由压力计，温度传感器，电热丝，流量计，参数设定表构成。本发明设计结构先进合理，实现自动化控制，操作简易快捷，能够快速集气并且进行高效的采样。
【专利说明】一种恒温快速的空气采样装置及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种空气采样装置，具体涉及一种恒温快速的空气采样装置及其使用方法。
【背景技术】
[0002]近些年，大气环境质量受到越来越高的重视。对大气环境进行采集的采样仪器也越来越普遍、便携和精细。大气中的污染物质浓度一般都比较低(ppm—ppb数量级),直接采样法往往不能满足分析方法检测限的要求。故需要用富集采样法对大气中的污染物进行浓缩。但是，空气中一些特殊采样环境，空气状态只能维持较短时间，对富集采样法的吸附齐U(或吸收夜)而言，往往要求低流量长时间的采样方式，流量过大可能导致吸附剂(或吸收夜)不能充分和污染物接触，无法反映出空气的真实情况，采样时间过短，则达不到富集的目的。对于这个问题，现有的技术条件和仪器设备没有较好的解决办法。通常选择另一个采样点或去掉这个采样点，这样便不能准确的反映出真实情况。因此，对于不能满足其采样时间的空气污染物进行有效的采样成为目前的技术难题。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是弥补上述现有技术的不足，提供一种恒温快速的空气采样装置及使用方法。
[0004]为达到上述技术要求，本发明所采取的方案是:
本发明提出的一种恒温快速的空气采样装置，包括空气缓冲系统、高效采样系统和自动化控制系统，其中:
空气缓冲系统由颗粒物过滤器1，第一阀门开关2-1、第二阀门开关2-2、第三阀门开关2-3、第五阀门开关2-5、、绝热外壳3、集气袋7和金属箱8构成；高效采样系统由第四阀门开关2-4、可伸缩柔性接管11、上采样管接口 10-1、下采样管接口 10-2、柔性软管9和采样泵13构成；自动化控制系统由压力计4、温度传感器5、电热丝6、流量计12和参数设定表14构成；集气袋7位于金属箱8内，金属箱8外壁上均勻缠绕有电热丝6,所述电热丝6外设有绝热外壳3，金属箱8设有压力计4和温度传感器5 ;集气袋7的集气口通过第一阀门开关2-1连接颗粒物过滤器1，集气袋7的出气口通过柔性软管9分别连接第三阀门开关2-3和第四阀门开关2-4 ;第四阀门开关2-4连接上采样管接口 10-1，第三阀门开关2_3连接流量计12，金属箱8通过管道连接第二阀门开关2-2和连接流量计12，所述第二阀门开关1-2和流量计12连接的管道支路上接有第五阀门开关2-5，所述第五阀门开关2-5通过可伸缩柔性接管11连接下采样管接口 10-2，所述流量计12连接采样泵13，所述、压力计4、温度传感器5、电热丝6、流量计12和采样泵13分别连接参数设定表14。
[0005]本发明中，所述金属箱与集气袋的体积比为5:4，集气袋的集气口的管径通过旋转可控范围在O—2cm之间，长度为2_4cm。
[0006]本发明中，上采样管接口 10-1和下采样管接口 10-2处的管道为可伸缩和固定的，管径为2.5cm，且均采用嵌入式采样管，上采样管接口和下采样管接口直径通过旋转可控范围在0-5mm之间，接口长度为2cm。
[0007]本发明提出的一种恒温快速的空气采样装置的使用方法，所述使用方法运行有放空模式、快速集气模式和恒温采样模式；
(1)放空模式:在开始采样前，关闭第一阀门开关，第二阀门开关，第四阀门开关和第五阀门开关，打开第三阀门开关，打开采样泵，观察流量计进行流量调节，使流量控制在300-500 mL/min ;将集气袋里的气体抽空，流量为零时关闭第三阀门开关，关闭采样泵；
(2)快速集气模式:打开第二阀门开关，关闭第一阀门开关、第三阀门开关、第四阀门开关和第五阀门开关，打开采样泵，观察流量计控制流量到达设定值，所述设定值为1500-2000 mL/min ;对金属箱进行抽气，观察压力计示数变化，当达到设定值时，关闭第二阀门开关，关闭采样泵，打开第一阀门开关，对采样方案中设计的采样点进行集气，空气经过颗粒物过滤器进入集气袋，达到设定的时间后，关闭第一阀门开关；
(3)恒温采样模式:关闭第一阀门开关，第二阀门开关，第三阀门开关和第四阀门开关，打开第五阀门开关，打开采样泵，观察流量计调节至所要求的流量，控制流量为200-300mL/min，关闭第五阀门开关，将采样管与上下采样管接口连接，打开第四阀门开关，第五阀门开关，进行恒温模拟采样，结束后，关闭采样泵，关闭第四阀门开关，第五阀门开关，取下采样管，放进采样袋密封保存。在这三种模式运行时，通过电热丝提供热量，一直保持着恒温条件。
[0008]本发明中，所述的一种恒温快速的空气采样装置，压力计，温度感应器，电热丝，流量计，采样泵都是自动化控制。
[0009]本发明涉及一种恒温快速的空气采样装置，与现有普遍使用的大气采样器相比，其特点及优势在于:
(I)本发明所涉及的一种恒温快速的空气采样装置，当空气稳定状态存在的时间很短，远不能满足采样所需的足够采样时间时，也能进行高效的空气采样。而且在集气口处设置了颗粒物过滤器，通过过滤作用在很大程度上减弱了颗粒物对采样过程的干扰，并能加快气体在集气袋中的扩散，使采样更为有效。
[0010](2)本发明所涉及的一种恒温快速的空气采样装置，间接利用压力差集气的方法，避免了空气和采样器的直接接触，进而增加采样器的使用年限，不需要反复对金属箱进行抽气，能有效减弱系统误差，并且节约了动力。
[0011](3)本发明所涉及的一种恒温快速的空气采样装置，能根据实际工况对采样的体积要求设定金属箱的集气真空度，达到集气时间很短并快速混合的效果，从而能够进行高效采样。
[0012](4)本发明所涉及的一种恒温快速的空气采样装置，通过电热丝加热实现了恒温采样的功能，有效避免了从集气袋释放空气到采样管时会发生空气降温的情况，模拟了真实的采样环境，并且可通过设定参数自动调节实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明一种恒温快速的空气采样装置结构示意图；
图中标号:1为颗粒物过滤器，2-1为第一阀门开关，2-2为第二阀门开关、2-3为第三阀门开关，2-4为第四阀门开关，2-5为第五阀门开关，3为绝热外壳，4为压力计，5为温度传感器，6为电热丝，7为集气袋，8为金属箱，9为柔性软管，10-1为上采样管接口，10-2为下采样管接口，11为可伸缩柔性软管，12为流量计，13为采样泵，14为参数设定表。
【具体实施方式】
[0014]以下结合附图1和发明人依本发明的技术方案所完成的具体实例，对本发明做进一步的详细描述。
[0015]实施例1:在对某一状态持续时间不长的地铁车厢中，为测定其空气中的VOCs，进行采样。
[0016]如图1所示，一种恒温快速的空气采样装置，其结构包括:颗粒物过滤器1，第一阀门开关2-1，第二阀门开关2-2、第三阀门开关2-3，第四阀门开关2-4，第五阀门开关2_5，绝热外壳3，压力计4，温度传感器5，电热丝6，集气袋7，金属箱8，柔性软管9，上采样管接口 10-1，下采样管接口 10-2，可伸缩柔性软管11，流量计12，采样泵13和参数设定表14。具有导热性材质的集气袋7外围有一个金属箱8，与集气袋7的体积比为5:4，在金属箱8的外壁上均匀缠绕着电热丝6，集气口的管径可通过旋转可控范围在O — 2cm之间，长度为2-4cm,采样管接口处的管道为可伸缩和固定的，管径为2.5cm，第四阀门开关2-4设在上采样管接口 10-1处，且上采样管接口 10-1和下采样管接口 10-2均为嵌入式，上下接口直径通过旋转可控范围在0-5mm之间，接口长度为2cm。
[0017]为了实现对某一状态持续时间不长的地铁车厢中，为测定其中的VOCs，进行有效采样，首先对人行道周围空气的温度进行测定，在采样器的金属箱中模拟相同环境，通过温度传感器5，自动控制电热丝6的电路通路，使温度控制在23±2°C，然后进行第一模式(放空模式):关闭第一阀门开关2-1，第二阀门开关2-2，第四阀门开关2-4，第五阀门开关2-5，打开第三阀门开关2-3，打开采样泵13，观察流量计，调节流量在500mL/min将集气袋里的气体抽空，流量为零时关闭第三阀门开关2-3，关闭采样泵13 ;然后进行第二模式(快速集气模式):打开第二阀门开关2-2，关闭第一阀门开关2-1，第三阀门开关2-3，第四阀门开关2-4和第五阀门开关2-5，打开采样泵13，观察流量计控制流量到2000mL/min，对金属箱进行抽气，观察压力计示数变化，当达到960Pa时，关闭第二阀门开关2-2，关闭采样泵13，打开第一阀门开关2-1，对采样方案中的采样点进行集气，空气经过颗粒物过滤器2进入集气袋7，达到设定的时间1s后，关闭第一阀门开关2-1 ;最后进行第三模式(恒温采样模式):关闭第一阀门开关2-1，第二阀门开关2-2，第三阀门开关2-3和第四阀门开关2-4，打开第五阀门开关2-5，打开采样泵13，观察流量计调节流量到200mL/min，关闭第五阀门开关2-5，将吸附VOCs的采样管与上采样管接口 10-1和下采样管接口 10-2连接，打开第四阀门开关2-4，第五阀门开关2-5，进行高效模拟采样，结束后，关闭采样泵13，关闭第四阀门开关2-4，第五阀门开关2-5，关闭参数设定表14中电热丝的电路开关，取下采样管，放进采样袋密封保存。
[0018]实施例2:研究车流量与行人在人行道上BTEX暴露情况的关系。
[0019]如附图1所示，一种恒温快速的空气采样装置，其结构包括:颗粒物过滤器I第一阀门开关2-1、第二阀门开关2-2、第三阀门开关2-3、第四阀门开关2-4、第五阀门开关2-5、、绝热外壳3、压力计4、温度传感器5、电热丝6、集气袋7、金属箱8、柔性软管9、上采样管接口 10-1、下采样管接口 10-2、可伸缩柔性软管11、流量计12、采样泵13和参数设定表14。
[0020]为了在车流量变动较快的实际工况中，测定人行道周围空气中的BTEX，进行有效的采样。首先对人行道周围空气的温度进行测定，在采样器的金属箱中模拟相同环境，通过温度传感器5，自动控制电热丝6的电路通路，使温度控制在25±2°C，然后进行第一模式(放空模式):关闭第一阀门开关2-1，第二阀门开关2-2，第四阀门开关2-4，第五阀门开关2-5，打开第三阀门开关2-3，打开采样泵13，观察流量计，调节流量在500mL/min将集气袋里的气体抽空，流量为零时关闭第三阀门开关2-3，关闭采样泵13 ;然后进行第二模式(快速集气模式):打开第二阀门开关2-2，关闭第一阀门开关2-1，第三阀门开关2-3，第四阀门开关2-4和第五阀门开关2-5，打开采样泵13，观察流量计控制流量到2000mL/min，对金属箱进行抽气，观察压力计示数变化，当达到960Pa时，关闭第二阀门开关2-2，关闭采样泵13，打开第一阀门开关2-1，对采样方案中的采样点进行集气，空气经过颗粒物过滤器2进入集气袋7，达到设定的时间1s后，关闭第一阀门开关2-1 ;最后进行第三模式(恒温采样模式):关闭第一阀门开关2-1，第二阀门开关2-2，第三阀门开关2-3和第四阀门开关2-4，打开第五阀门开关2-5，打开采样泵13，观察流量计调节流量到200mL/min，关闭第五阀门开关2-5，将吸附BTEX的采样管与上下采样管接口连接10-1和10-2，打开第四阀门开关2-4，第五阀门开关2-5，进行高效模拟采样，结束后，关闭采样泵13，关闭第四阀门开关2-4，第五阀门开关2-5，关闭参数设定表14中电热丝的电路开关，取下采样管，放进采样袋密封保存。
[0021 ] 实施例3:对某工厂高烟囱排放的高温烟气进行VOCs的监测。
[0022]如附图1所示，一种恒温快速的空气采样装置，其结构包括:颗粒物过滤器1，第一阀门开关2-1、第二阀门开关2-2、第三阀门开关2-3、第四阀门开关2-4、第五阀门开关2-5、、绝热外壳3、压力计4、温度传感器5、电热丝6、集气袋7、金属箱8、柔性软管9、上采样管接口 10-1、下采样管接口 10-2、可伸缩柔性软管11、流量计12、采样泵13和参数设定表14。
[0023]为了对某工厂高烟囱排放的高温烟气进行VOCs的有效监测。首先测出烟气的温度66°C，通过温度传感器5，自动控制电热丝6的电路通路，使温度控制在66±2°C，然后进行第一模式(放空模式):关闭第一阀门开关2-1，第二阀门开关2-2，第四阀门开关2-4，第五阀门开关2-5，打开第3阀门开关，打开采样泵13，观察流量计，调节流量在500mL/min将集气袋里的气体抽空，流量为零时关闭第三阀门开关2-3，关闭采样泵13 ;然后进行第二模式(快速集气模式):打开第二阀门开关2-2，关闭第一阀门开关2-1，第三阀门开关2-3，第四阀门开关2-4和第五阀门开关2-5，打开采样泵13，观察流量计控制流量到2000mL/min，对金属箱进行抽气，观察压力计示数变化，当达到960Pa时，关闭第二阀门开关2-2，关闭采样泵13，用软管一端插入高温烟囱里，一端连接装置的入口(装置紧靠烟囱的采样入口)，打开第一阀门开关2-1，对采样方案中的采样点进行集气，空气经过颗粒物过滤器2进入集气袋7，达到设定的时间1s后，关闭第一阀门开关2-1 ;最后进行第三模式(恒温采样模式):关闭第一阀门开关2-1，第二阀门开关2-2，第三阀门开关2-3和第四阀门开关2-4，打开第五阀门开关2-5，打开采样泵13，观察流量计调节流量到200mL/min，关闭第五阀门开关2_5，将采样管与上采样管接口 10-1和下采样管接口 10-2连接，打开第四阀门开关2-4，第五阀门开关2-5，进行高效模拟采样，结束后，关闭采样泵13，关闭第四阀门开关2-4，第五阀门开关2-5，关闭参数设定表14中电热丝的电路开关，取下采样管，放进采样袋密封保存。
【权利要求】
1.一种恒温快速的空气采样装置，包括空气缓冲系统、高效采样系统和自动化控制系统，其特征在于: 空气缓冲系统由颗粒物过滤器(I)、第一阀门开关(2-1)、第二阀门开关(2-2)、第三阀门开关(2-3)、第五阀门开关(2-5)、绝热外壳(3)、集气袋(7)和金属箱(8)构成；高效采样系统由第四阀门开关(2-4)、可伸缩柔性接管(11)、上采样管接口(10-1)、下采样管接口(10-2)、柔性软管(9)和采样泵(13)构成；自动化控制系统由压力计(4)、温度传感器(5)、电热丝出)、流量计(12)和参数设定表(14)构成；集气袋(7)位于金属箱(8)内，金属箱(8)外壁上均匀缠绕有电热丝￠)，所述电热丝(6)外设有绝热外壳(3)，金属箱(8)设有压力计(4)和温度传感器(5);集气袋(7)的集气口通过第一阀门开关(2-1)连接颗粒物过滤器(1)，集气袋(7)的出气口通过柔性软管(9)分别连接第三阀门开关(2-3)和第四阀门开关(2-4);第四阀门开关(2-4)连接上采样管接口(10-1)，第三阀门开关(2-3)连接流量计(12)，金属箱(8)通过管道连接第二阀门开关(2-2)和流量计(12)，所述第二阀门开关(2-2)和流量计(12)连接的管道支路上接有第五阀门开关(2-5)，所述第五阀门开关(2-5)通过可伸缩柔性接管(11)连接下采样管接口(10-2)，所述流量计(12)连接采样泵(13)，所述、压力计(4)、温度传感器(5)、电热丝(6)、流量计(12)和采样泵(13)分别连接参数设定表(14)。
2.如权利要求1所述的一种恒温快速的空气采样装置，其特征在于所述金属箱与集气袋的体积比为5:4，颗粒物过滤器上端的集气口管径通过旋转可控范围在O — 2cm之间，长度为(2-4) cm。
3.如权利要求1所述的一种恒温快速的空气采样装置，其特征在于上采样管接口(10-1)和下采样管接口(10-2)处的管道为可伸缩和固定的，管径为2.5cm，且均采用嵌入式采样管，上采样管接口和下采样管接口直径通过旋转可控范围在0-5mm之间，接口长度为 2cm。
4.一种如权利要求1所述的一种恒温快速的空气采样装置的使用方法，其特征在于所述使用方法运行有放空模式、快速集气模式和恒温采样模式； (1)放空模式:在开始采样前，关闭第一阀门开关，第二阀门开关，第四阀门开关和第五阀门开关，打开第三阀门开关，打开采样泵，观察流量计进行流量调节，使流量控制在300-500 mL/min ;将集气袋里的气体抽空，流量为零时关闭第三阀门开关，关闭采样泵； (2)快速集气模式:打开第二阀门开关，关闭第一阀门开关、第三阀门开关、第四阀门开关和第五阀门开关，打开采样泵，观察流量计控制流量到达设定值，所述设定值为1500-2000 mL/min ;对金属箱进行抽气，观察压力计示数变化，当达到设定值时，关闭第二阀门开关，关闭采样泵，打开第一阀门开关，对采样方案中设计的采样点进行集气，空气经过颗粒物过滤器进入集气袋，达到设定时间后，关闭第一阀门开关； (3)恒温采样模式:关闭第一阀门开关，第二阀门开关，第三阀门开关和第四阀门开关，打开第五阀门开关，打开采样泵，观察流量计调节至所要求的流量，控制流量为200-300mL/min，关闭第五阀门开关，将采样管与上下采样管接口连接，打开第四阀门开关，第五阀门开关，进行恒温模拟采样，结束后，关闭采样泵，关闭第四阀门开关，第五阀门开关，取下采样管，放进采样袋密封保存，在这三种模式运行时，通过电热丝提供热量，一直保持着恒温条件。
【文档编号】G01N1/24GK104374612SQ201410653699
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】徐斌, 陈玲, 龚宇, 吴娅 申请人:同济大学