一种集气袋中气体自动采集取样与定量装置及方法

1.本发明涉及气体取样技术领域，具体而言，涉及一种集气袋中气体自动采集取样与定量装置及方法。


背景技术：

2.在环境、生物、能源等相关科研与生产过程中，经常需要对反应或发酵等产生的气体进行收集，以完成气体成分以及气体总体积等参数的测定。为了收集上述过程中产生的气体，通常采用诸如铝箔、泰德拉、铁氟龙等材质的集气袋进行收集，这种收集方法可以保证收集气体的纯净，以及收集气体的过程不会产生较大阻力，不会因气体收集造成反应室内压力的变化。但由于集气袋为有弹性且自由形变巨大的储气装置，无法直接在气袋上标识体积，或者直接测量气袋内体积。
3.目前，测定气袋中气体体积的方法主要是人工使用注射器抽吸，即每次使用注射器抽出气体，再关闭阀门，将注射器排空，然后再连接注射器，打开阀门，抽出气体。在这个过程中，不断重复操作，直到无法抽出气体为止。抽气结束后，对抽出的气体进行累计统计，得到气袋内的总气量。为了对气袋中气体的组成进行分析，往往还需要对气体进行留样，往往使用注射器和堵头留样。人工操作会因为读数的不准确，以及管内气压不恒定，造成气体体积测量误差。繁琐且重复性的操作占用工作人员的时间，降低生产效率。


技术实现要素：

4.本发明公开了一种集气袋中气体自动采集取样与定量装置及方法，以改善上述的问题。
5.本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
6.基于上述的目的，本发明公开了一种集气袋中气体自动采集取样与定量装置，包括：
7.集气袋；
8.输气管，所述输气管与所述集气袋连通；
9.采样组件，所述采样组件包括采样注射器，所述采样注射器与所述输气管连通；
10.定容组件，所述定容组件包括定容注射器，所述定容注射器与所述输气管连通，且所述定容注射器与所述采样注射器间隔设置；
11.第一气压计，所述第一气压计安装于所述集气袋；
12.第二气压计，所述第二气压计安装于所述输气管；
13.进气阀，所述进气阀安装于所述集气袋与所述输气管的连接处；以及
14.排气阀，所述排气阀安装于所述输气管背离所述集气袋的一端，且所述采样注射器、所述定容注射器和所述第二气压计均位于所述进气阀和所述排气阀之间。
15.可选地：所述采样注射器包括采样注射筒和采样活塞，所述采样活塞与所述采样注射筒滑动连接，所述采样注射筒上设置有刻度；
16.所述采样组件还包括第一驱动结构，所述第一驱动结构与所述采样活塞传动连接。
17.可选地：所述第一驱动结构包括电机、丝杆和滑块，所述电机与所述丝杆传动连接，所述滑块与所述丝杆螺纹连接，且所述滑块与所述采样活塞连接。
18.可选地：所述采样注射筒的外壁设置有滑轨，所述滑轨沿所述采样注射器的长度方向延伸，所述滑块卡接于所述滑轨。
19.可选地：还包括自动控制结构，所述自动控制结构连接于所述第二气压计和所述电机之间，在所述第二气压计的读数为预设值时，所述自动控制结构控制所述电机停止工作。
20.可选地：所述电机上设置有触发开关，当所述触发开关被触发时，所述电机停止工作；
21.所述自动控制结构包括连接杆和摆动杆，所述连接杆与所述第二气压计的指针连接，且所述连接杆的轴线与所述第二气压计的指针的转动轴线重合所述摆动杆安装于所述连接杆背离所述第二气压计的一端，所述触发开关位于所述摆动杆的摆动路线上，且当所述第二气压计的指针转动至预设刻度时，所述摆动杆与所述触发开关抵接。
22.可选地：所述定容注射器包括定容注射筒和定容活塞，所述定容活塞与所述定容注射筒滑动连接，所述定容注射筒上设置有刻度；
23.所述定容组件还包括第二驱动结构，所述第二驱动结构与所述定容活塞传动连接。
24.可选地：还包括温度调控结构，所述温度调控结构包括多根用于容纳冷却液的调节管，多根所述调节管均贯穿所述输气管。
25.基于上述的目的，本发明还公开了一种基于如上所述的气体采集取样与定量装置的气体取样与气体定量方法，包括如下步骤：
26.步骤一：打开进气阀，待采样注射器充满后，关闭进气阀，之后推动采样注射器，直至第二气压计显示度数为零，此时读取采样注射器的刻度，之后打开排气阀，待采样注射器内气体排出后，关闭排气阀；
27.步骤二：打开进气阀，待定容注射器充满后，关闭进气阀，之后推动定容注射器，直至第二气压计显示度数为零，此时读取定容注射器的刻度，之后打开排气阀，待定容注射器内气体排出后，关闭排气阀；
28.步骤三：打开进气阀，待定容注射器充满后，关闭进气阀，打开排气阀，待定容注射器内气体排出后，关闭排气阀；
29.步骤四：重复上述的步骤三，直至第一气压计的读数为
‑
50kpa。
30.可选地：
31.还包括步骤五：在上述的步骤四中，当拉动定容注射器至第一气压计的读数为
‑
50kpa时，停止控制定容注射器，并关闭进气阀，之后推动定容注射器，直至第二气压计的读数为零，此时读取采样注射器的刻度，之后打开排气阀，待采样注射器内气体排出后，关闭排气阀。
32.与现有技术相比，本发明实现的有益效果是：
33.本发明公开的集气袋中气体自动采集取样与定量装置可以实现对气体的定量取
样以及体积测定，本技术针对集气袋中气体的体积随抽气压力地变化而改变，无法使用蠕动泵、柱塞泵等常规容积泵进行测量的问题，提出了一种使用定体积活塞配合精准mems压力传感器实现的气体体积测量装置。本发明公开的集气袋中气体自动采集取样与定量装置的采样注射器和定容注射器始终通过输气管与集气袋形成连接，在进行气体采集和定容时，无需对采样注射器和定容注射器进行反复安装和拆卸，能够有效减少采集和定容所需时间，此外，在进行定容时，只需读取第一次定容的体积即可，后续因无需进行体积测量，因此可以极大的减少用时，从而提高生产效率。
附图说明
34.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
35.图1示出了本发明实施例公开的集气袋中气体自动采集取样与定量装置的示意图；
36.图2示出了本发明实施例公开的采样组件的示意图；
37.图3示出了本发明实施例公开的定容注射器的示意图。
38.图中：
39.100
‑
集气袋；200
‑
输气管；300
‑
采样组件；310
‑
采样注射器；311
‑
采样注射筒；312
‑
采样活塞；320
‑
第一驱动结构；321
‑
电机；322
‑
丝杆；323
‑
滑块；400
‑
定容组件；410
‑
定容注射器；411
‑
定容注射筒；412
‑
定容活塞；420
‑
第二驱动结构；500
‑
第一气压计；600
‑
第二气压计；700
‑
进气阀；800
‑
排气阀；900
‑
止回阀。
具体实施方式
40.下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
41.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
42.因此，以下对在附图中公开的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
43.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
44.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
45.在本技术实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域
技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
46.在本技术实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
47.实施例：
48.参阅图1至图3，本发明实施例公开了一种集气袋100中气体自动采集取样与定量装置，其包括集气袋100、输气管200、采样组件300、定容组件400、第一气压计500、第二气压计600、进气阀700以及排气阀800。进气阀700和排气阀800均安装于输气管200上，且在进气阀700和排气阀800的外侧还可以分别设置一个止回阀900，进气阀700位于输气管200和集气袋100的连接处。第一气压计500用于测定集气袋100内的气压，第二气压计600用于测定输气管200内的气压。采样组件300和定容组件400均与输气管200连通，采样组件300包括与输气管200连通的采样注射器310，定容组件400包括与输气管200连通的定容注射器410。
49.①
首先打开进气阀700，拉动采样注射器310抽气，待采样注射器310内充满气体后，关闭进气阀700。之后推动采样注射器310，令采样注射器310以及输气管200内的气压增大，等第二气压计600显示读数为零时，停止推动采样注射器310，此时查看采样注射器310的读数，即为满程采样注射器310采集到的气体在常温常压下的体积，之后将排气阀800打开，将采集注射器内的气体排出采集起来。
50.②
完成采集步骤后，继续进行体积测量步骤，具体如下：首先打开进气阀700，拉动采定容射器抽气，待定容注射器410内充满气体后，关闭进气阀700。之后定容采样注射器310，令定容注射器410以及输气管200内的气压增大，等第二气压计600显示读数为零时，停止推动定容注射器410，此时查看定容注射器410的读数，即为满程定容注射器410采集到的气体在常温常压下的体积。之后将排气阀800打开，并将定容注射器410内的气体排出。
51.③
完成第一次定容检测后，后面只需打开进气阀700，将定容注射器410充满，然后再关闭进气阀700，打开出气阀，将气体排出即可，最后根据定容注射器410总共的工作次数，计算得出收收集到的气体在常温常压下的体积。
52.重复上述的步骤
③
，直至第一气压计500的读数为
‑
50kpa为止，此时说明集气袋100内已经没有气体。在最后一次气体收集时，若定容注射器410尚未充满，集气袋100内就已经没有气体，那么此时就需要重复上述的步骤
②
，以对最后一次气体采集进行体积测量。
53.本实施例公开的集气袋100中气体自动采集取样与定量装置可以实现对气体的定量取样以及体积测定，本技术针对集气袋100中气体的体积随抽气压力地变化而改变，无法使用蠕动泵、柱塞泵等常规容积泵进行测量的问题，提出了一种使用定体积活塞配合精准mems压力传感器实现的气体体积测量装置。本实施例公开的集气袋100中气体自动采集取样与定量装置的采样注射器310和定容注射器410始终通过输气管200与集气袋100形成连接，在进行气体采集和定容时，无需对采样注射器310和定容注射器410进行反复安装和拆卸，能够有效减少采集和定容所需时间，此外，在进行定容时，只需读取第一次定容的体积
即可，后续因无需进行体积测量，因此可以极大的减少用时，从而提高生产效率。
54.采样组件300还包括第一驱动结构320，采样注射器310包括采样注射筒311和采样活塞312，采样活塞312与采样注射筒311滑动连接，采样注射筒311上设置有刻度。采样活塞312与第一驱动结构320传动连接，利用第一驱动结构320能够驱动采样活塞312在采样注射器310内滑动，从而调节采样注射器310以及输气管200内的气压。
55.其中，第一驱动结构320包括电机321、丝杆322和滑块323，电机321与丝杆322传动连接，滑块323与丝杆322螺纹连接，且滑块323与采样活塞312连接。电机321转动时，能够驱动丝杆322转动，进而带动滑块323移动，利用滑块323可以带动采样活塞312移动。
56.滑块323与采样注射筒311滑动连接，以避免滑块323随丝杆322一起转动。在采样注射筒311上设置滑轨，滑轨沿采样注射器310的长度方向延伸，滑轨设置于采样注射筒311的外壁，以避免对采样活塞312的移动造成影响，也避免了对采样注射器310的密封性造成影响，滑块323卡接于滑轨。为了便于滑块323与滑槽进行配合，可以将滑块323设置呈“u”行，滑块323的一端与采样活塞312连接，滑块323的另一端与滑轨卡接。
57.本实施例公开的集气袋100中气体自动采集取样与定量装置还包括自动控制结构，自动控制结构连接于第二气压计600和电机321之间，在第二气压计600的读数为预设值时，自动控制结构控制电机321停止工作。在本实施例中，其预设值被设置为零。
58.具体地，自动控制结构包括连接杆和摆动杆，电机321上设置有触发开关，当触发开关被触发时，电机321停止工作。连接杆与第二气压计600的指针连接，且连接杆的轴线与第二气压计600的指针的转动轴线重合摆动杆安装于连接杆背离第二气压计600的一端，触发开关位于摆动杆的摆动路线上，且当第二气压计600的指针转动至预设刻度时，摆动杆与触发开关抵接。
59.在进行气体采集时，电机321首先驱动丝杆322正向转动，此时丝杆322带动滑块323和采样活塞312往下移动，集气袋100中的气体被抽入采样注射器310内。待采样注射筒311内充满气体后，关闭进气阀700和排气阀800。电机321驱动丝杆322反向转动，丝杆322带动滑块323和采样活塞312向上移动，此时采样注射器310和输气管200内的气压逐渐增大，第二气压计600的指针带动连接杆和摆动杆转动。当第二气压计600的指针恰好转动至零刻度时，证明此时采样注射器310内的压强与外界的压强一致，且此时摆动杆背离连接杆的一端恰好抵接到电机321的触发开关上，令电机321停止工作。这样可以保证电机321在驱动采样活塞312调节采样注射器310内的压强时，当采样注射器310内的压强达到预设值(在本实施例中，其预设值为0)时，电机321能够立即停止工作，从而令采样注射器310内的压强能够保持与外界一致。采用机械结构来对电机321的工作进行控制，来代替人工操作，可以减小人工工作量，且能有效避免采样活塞312滑动不到位或者过量，从而提高工作效率。
60.以上的自动控制结构不仅可以应用于采样组件300，也可以安装到定容组件400上，令定容组件400在进行体积测定时，也采用机械结构带体人工操作，从而提升定容效率。
61.其中，定容组件400还包括第二驱动结构420，定容注射器410包括定容注射筒411和定容活塞412，定容注射筒411上设置有刻度，第二驱动结构420与定容活塞412传动连接。定容注射筒411与输气管200连通，定容注射筒411与采样注射筒311间隔设置，且定容注射筒411和采样注射筒311均位于进气阀700和排气阀800之间。
62.在本实施例的一些实施方式中，集气袋100中气体自动采集取样与定量装置还包
括用于对输气管200内的气体进行降温的温度调控结构。在一些情况下，例如进行反应或发酵等产生的气体进行收集时，集气袋100内的气体温度较高，此时测量的体积不准，需要将温度降低至常温时，再进行体积测量才更加准确。
63.具体地，温度调控结构包括多根用于容纳冷却液的调节管，多根调节管均贯穿输气管200。每根调节管内均不停的循环输入冷却液，通过冷却液保证输气管200内的气体温度与外界温度一致，从而确保气体体积测量的准确性。
64.以上仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。