气体取样装置的制作方法

本发明涉及取样设备技术领域，特别地涉及一种气体取样装置。

背景技术：

现有技术中，对天然气的取样，主要是利用金属或者橡胶管将井口或者集气站中的气源与采样瓶相连接，通过阀门控制气流进样。市面上关于气路切换阀的产品种类繁多，常用的两位三通阀有：电磁阀、电动球阀、旋转式手动阀门等。其实现气路切换的方法是：电磁阀主要是靠通断电磁线圈的电流来控制阀心在公共端口与常开和常闭端口之间的切换；电动球阀是利用步进电机或减速电机通过连杆轴带动球形阀芯运动，使公共端口在常开和常闭之间切换达到气路切换的目的；这两种阀相对体积较大，控制上相对烦琐，成本较高；此外旋转式手动阀门在调节时必须露出调节手柄，从而会影响特定场合的工艺要求。

技术实现要素：

本发明提供一种气体取样装置，用于解决现有技术中存在的阀体的体积较大、控制相对烦琐以及成本较高的技术问题。

本发明提供一种气体取样装置，包括容器，所述容器构造为内部中空的圆柱状；

设置于所述容器中的主活塞，所述主活塞仅在人为外力的作用下沿所述容器的轴向运动；

设置在所述主活塞上的子活塞，所述子活塞用于在气体压力的作用下沿所述容器的轴向运动，从而将所述容器中位于所述主活塞两端的腔室连通，以及

设置在所述容器上的气嘴构件，所述气嘴构件包括阀体，所述阀体上分别设置有第一气嘴、第二气嘴和外接气嘴，所述第二气嘴与所述容器的内部连通，所述第一气嘴和所述第二气嘴均与所述阀体内部的气体通道相连通，所述外接气嘴构造为当其沿靠近所述容器的方向运动到位后，能够切断所述第一气嘴与所述第二气嘴的连通，并能够使其与所述第二气嘴相连通。

在本发明的一个实施方式中，所述气体通道中滑动地设置有阀芯，所述阀芯的内部具有中空的气道，所述气道与所述外接气嘴相连；

所述外接气嘴用于推动所述阀芯沿所述气体通道的轴向运动，从而使所述外接气嘴与所述第二气嘴通过所述阀芯的气道相连通。

在本发明的一个实施方式中，所述阀芯上套设有复位弹簧；

所述阀芯上远离所述阀体的端部设置有凸台，所述阀体的内部设置凹陷部，所述复位弹簧的一端与所述凸台相抵靠，另一端与凹陷部相抵靠。

在本发明的一个实施方式中，所述阀体远离所述容器的一端固定设置有压盖，所述压盖用对所述外接气嘴进行导向和辅助定位；

所述压盖上设置有与所述气体通道同轴的通孔，所述阀芯设置在所述通孔中。

在本发明的一个实施方式中，所述外接气嘴的外壁上设置有凸环，所述外接气嘴上套设有锁紧帽，所述锁紧帽端部的内壁与所述凸环相抵靠，所述锁紧帽与所述压盖螺纹连接。

在本发明的一个实施方式中，所述外接气嘴的外壁设置有第一密封圈，所述第一密封圈位于所述锁紧帽与所述压盖之间；

所述阀芯的两端分别设置有第二密封圈和第三密封圈，所述第二密封圈位于所述凸台上。

在本发明的一个实施方式中，所述子活塞包括分别位于所述主活塞两侧的第一端板和第二端板以及位于所述主活塞的安装孔中的连接杆；

所述第一端板上设置有第一气孔，所述连接杆的内部设置有气道，所述连接杆靠近所述第二端板的外壁上设置有第二气孔

所述第一气孔和所述第二气孔分别与所述气道相连通。

在本发明的一个实施方式中，所述主活塞的两侧分别设置有用于容纳所述第一端板的第一容纳部以及用于容纳所述第二端板的第二容纳部；

当所述第一端板位于所述第一容纳部中时，所述第二气孔位于所述主活塞的外部。

在本发明的一个实施方式中，所述主活塞包括活塞头和套设在所述活塞头的外壁上的活塞环，所述活塞头的外圆周面上间隔设置有多道环形槽，所述活塞环的内圆周面上设置有多个环形肋条，每个所述环形肋条设置在相应的所述环形槽中。

在本发明的一个实施方式中，所述活塞环由聚四氟乙烯复合材料制成。

与现有技术相比，本发明的优点在于，通过外接气嘴可实现气路之间的相互转换，并采用纯机械结构，在进行气路转换时无需电气配合工作，因此控制简单、操作方便，并且能够降低成本；此外，由于外接气嘴的运动是在阀体之内，因此能够使气嘴构件的体积更小。

该装置通过子活塞便能主活塞两侧的空间的体积发生，从而达到对气体起到增压或者降压的作用，由此可避免高压气体对采样瓶的冲击，以及采样瓶内气体置换不完全的问题。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。

图1是本发明的实施例中气体取样装置的立体结构示意图；

图2是图1所示的气体取样装置的剖视图；

图3是图2所示的子活塞的结构示意图；

图4是图3所示的子活塞的剖视图；

图5是图2所示的气嘴构件的剖视图。

附图标记：

1-容器；2-主活塞；3-子活塞；

4-气嘴构件；11-左腔室；12-右腔室；

21-安装孔；22-第一容纳部；23-第二容纳部；

24-活塞头；25-活塞环；26-活塞杆；

31-第一端板；32-第二端板；33-连接杆；

41-阀体；42-第一气嘴；43-第二气嘴；

44-外接气嘴；45-阀芯；46-复位弹簧；

47-压盖；311-第一气孔；331-气道

332-第二气孔；441-凸环；442-锁紧帽；

443-第一密封圈；451-第二密封圈；452-第三密封圈。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明提供一种气体取样装置，其包括容器1、主活塞2、子活塞3以及气嘴构件4。

其中，容器1构造为内部中空的圆柱状；其中空的内部为气体通道。

主活塞2设置于容器1中，主活塞2设置在容器1中并与容器1密封式接触。如图2所示，主活塞2将容器1分割为左腔室11和右腔室12。并且，主活塞2仅在外力的作用下沿容器1的轴向运动，从而以改变左腔室11和右腔室12的容积比例，可对容器1中的气体起到增压或者降压的作用。

另外，为了保证在气压作用下主活塞2并不能移动而只能在人为的外力作用下移动，可将主活塞2和容器1的内壁之间的静摩擦系数设置为0.4。

子活塞3设置在主活塞2上，子活塞3用于在气体压力的作用下沿容器1的轴向运动，从而将容器1中位于主活塞2两端的腔室连通。

气嘴构件4设置在容器1上，气嘴构件4用于接通外部气源，从而使气体流入容器1中。其中，气嘴构件4设置在容器1的左腔室11一侧，并且对应地，在有右腔室12的一侧设置有用于连接采样瓶的采样口，从而通过容器1进行取样。

具体来说，如图5所示，气嘴构件4包括阀体41，其中，阀体41的内部设置有气体通道411，并且阀体41上分别设置有第一气嘴42、第二气嘴43和外接气嘴44。

在本发明的一个实施例中，第一气嘴42与外接气嘴44均设置在阀体41的轴线上，第二气嘴43设置在于阀体41的轴线垂直的方向上。

在本发明的一个实施例中，阀体41与第一气嘴42和第二气嘴43一体成型。

在本发明的另一个实施例中，第一气嘴42和第二气嘴43均为独立结构，且均与阀体41上对应的气嘴孔连接实现一体结构。

当然，还可采用第二气嘴43独立结构，而第一气嘴81为和阀体41一体成型，并与阀体41上对应的气嘴孔实现螺纹连接。

在上述实施例的基础上，第二气嘴43与容器1的内部连通，第一气嘴42和第二气嘴43均与气体通道411相连通。外接气嘴44可沿阀体41的轴线方向运动，且外接气嘴44构造为当其沿靠近容器1的方向运动到位后，能够切断第一气嘴42与第二气嘴43的连通，并能够使其(外接气嘴44)与第二气嘴43相连通。此时，由于第一气嘴42与第二气嘴43之间的通路被切断，并且外接气嘴44与第二气嘴43之间的通路被连通，因此气体从外接气嘴44经过第二气嘴43流入到容器1中。

外接气嘴43的具体运动方式如下：

气体通道411中滑动地设置有阀芯45，阀芯45的内部具有中空的气道，气道与外接气嘴44相连；外接气嘴44用于推动阀芯45沿气体通道411的轴向运动，当阀芯45运动到越过第二气嘴43的位置时，即可通过阀芯45将第二气嘴43与第一气嘴42之间的通路阻塞，并通过阀芯45的气道使外接气嘴44与第二气嘴43相连通。

另外，为了使阀芯45能够在阀体41中回到初始位置，阀芯45上套设有复位弹簧46，阀芯45上远离阀体41的端部设置有凸台，阀体41的内部设置凹陷部，复位弹簧46的一端与凸台相抵靠，另一端与凹陷部相抵靠。即复位弹簧46被固定于阀芯45的端部与阀体41之间。

阀体41远离容器1的一端固定设置有压盖47，压盖47用对外接气嘴44进行导向和辅助定位；压盖47上设置有与气体通道411同轴的通孔，阀芯45设置在该通孔中。

进一步地，外接气嘴44的外壁上设置有凸环441，外接气嘴44上套设有锁紧帽442，锁紧帽442端部的内壁与凸环441相抵靠，锁紧帽442与压盖47螺纹连接。

当外接气嘴44通过顶推阀芯45沿向靠近阀体1的方向运动时，由于阀芯45越过第二气嘴43的位置，从而将第二气嘴43与第一气嘴42之间的通路被堵塞，而使外接气嘴44与第二气嘴43通过阀芯45形成通；此时，锁紧帽442与压盖47的位置固定，因此，即使复位弹簧46对阀芯45和外接气嘴44产生作用力而促使二者与阀体41分离，但是由于外接气嘴44的外壁上设置有凸环441，因此使锁紧帽442将外接气嘴44固定于压盖47上，而不会产生相对的移动。

此外，通过调整锁紧帽442与压盖47上外螺纹的啮合距离，从而调整阀芯45与第二气嘴43通道的有限通径，从而实现对第一气嘴42与第二气嘴43，或者是第二气嘴43与外接气嘴44形成气路中的气体流量。

另外，外接气嘴44的外壁设置有第一密封圈443，第一密封圈443位于锁紧帽442与压盖47之间；阀芯45的两端分别设置有第二密封圈451和第三密封圈452，第二密封圈451位于凸台上，以确保阀芯45与阀体41以及压盖47之间的气密性。

当需要进行采集气体时，只需将外接气嘴44与外部气源相连通，并使外部气嘴44沿靠近阀体41的方向运动到位，即可将外部气源中的气体导入到容器1中，其结构简单，体积小，使用方便，其采用纯机械结构进行气路之间的切换，无需电气配合工作，从而保证工作稳定可靠并能够降低成本。

第一气嘴42上设置有端盖，当第一气嘴42不使用时，通过端盖进行密封。

此外，第一气嘴42还可作为泄压孔进行使用。当需要对容器1进行泄压时，将外接气嘴44从阀体41中拉出，并取下端盖，使气体通过第一气嘴42进行排出。

根据本发明，子活塞3包括分别位于主活塞2两侧的第一端板31和第二端板32以及位于主活塞2的安装孔21中的连接杆33；如图3所示，第一端板31上设置有第一气孔311，连接杆33的内部设置有气道331，连接杆33靠近第二端板32的外壁上设置有第二气孔332，第一气孔311和第二气孔332分别与气道331相连通。

如图4所示，主活塞2的两侧分别设置有用于容纳第一端板31的第一容纳部22以及用于容纳第二端板32的第二容纳部23；当第一端板31位于第一容纳部22中时，第二气孔332位于主活塞2的外部。

并且，第一端板31和第一容纳部22之间以及第二端板32和第二容纳部22之间均设置有密封圈。

子活塞3调整左腔室11和右腔室12的容积比例的过程如下：

对于高压气源，首先，使主活塞2沿容器1轴向移动到容器1的最右端。将外接气嘴44与气源相连接，使外接气嘴44与第二气嘴43之间的气路导通，气体进入容器1的左腔室11中。此时，由于左腔室11内的气体作用在子活塞3上的压力大于子活塞3在右腔室12内受到的压力，也就是说，子活塞3的第一端板31受到的压力大于第二端板32受到的压力，从而使迫使连接杆33进行移动，并使第二气孔332露出主活塞2，此时，通过第一气孔311、气道331以及第二气孔332，将左腔室11和右腔室12连通。则气体通过子活塞3后，由采样口流出。使气体从气嘴构件4到采样口流通一段时间，也就是完成气路的冲洗。

在对气路冲洗完成后，继续通气一段时间后，关闭采样口，并关闭外接气嘴44。此时右腔室12中的气体的压强为p1。如果期望得到压强为p2的气体，换算p2比p1的值。使主活塞2向气嘴构件4的一端移动，并移动到标尺为p2/p1的位置。由于此时子活塞3处于导通左腔室11和右腔室12的状态，因此，主活塞2可在容器1的纵向上向气嘴构件4的一端移动。断开气嘴构件4与气源的连接。打开第一气嘴42的端盖，使左腔室11内的气体通过第一气嘴42散发出去。此时，由于左腔室11内的气体向外扩散，则左腔室11内的气压减小，则在子活塞3的两端出现压力差，这种压力差迫使连接杆33进行移动，从而使第二气孔332进入主活塞2的安装孔21中，并使第二端板32位于第二容纳部23中，以截止左腔室11和右腔室12的连接。待左腔室11内的气体散发出之后，使主活塞2向容器1的左端移动，此时，右腔室12的容积增大，则位于其中的气体的压强下降。在主活塞2移动到容器1的左端后，将采样口连接到采样瓶。此时，采样瓶能够接受到压强为p2的气体。

对于低压气源，首先，使主活塞2沿容器1轴向移动到容器1的最左端。将外接气嘴44与气源相连接，使外接气嘴44与第二气嘴43之间的气路导通，气体进入容器1的左腔室11中。此时，子活塞3的第一端板31的压力大于第二端板32的压力，从而连接杆33移动，并使第二气孔332露出主活塞2，以将左腔室11和右腔室12连通。气体通过子活塞3后，由采样口流出，并使气体流通一段时间，也就是完成气路的冲洗过程。

在对气路冲洗完成后，继续通气一段时间后，关闭采样口。此时容器1的内腔中的气体的压强为p3。如果期望得到压强为p4的气体，换算p3比p4的值。使主活塞2向右端移动，并移动到标尺为p3/p4的位置。在移动主活塞2的过程中，右腔室12内的气体受到压缩，其压强升高，由此子活塞3所受到的右腔室12内的气体压力要大于受到的左腔室11内的气体压力，在压力差的作用下，连接杆33移动，从而使第二气孔332进入主活塞2的安装孔21中，并使第二端板32位于第二容纳部23中，从而截止左腔室11和右腔室12的连通。由于右腔室12的容积变小，处于其中的气体受压而使其压强升高。最后，将采样口连接到采样瓶。此时，采样瓶能够接受到压强为p4的气体。

另外，主活塞2包括活塞头24和套设在活塞头24的外壁上的活塞环25，活塞头24的外圆周面上间隔设置有多道环形槽，活塞环25的内圆周面上设置有多个环形肋条，每个环形肋条设置在相应的环形槽中。通过活塞环25使主活塞2在住复运动时的惯性力矩小，大大提高了应用设备的工作性能。

活塞环25由聚四氟乙烯复合材料制成，使活塞环25与容器1得让内壁有良好的贴合性能。

另外，为了方便通过外力作用于活塞头24，可在活塞头24上设置活塞杆26，活塞杆26的一端与活塞头24铰接，另一端伸出左腔室11之外，并且活塞杆26与容器1之间设置有密封圈保证气密性。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。