专利名称：用于在实验室通风柜中安装穿壁式传感器的装置和方法
技术领域：
本发明总地涉及实验室通风柜的通风，更具体地涉及用于安装通风柜监控设备的气流传感元件以达到设备最佳工作精度的方法和装置。
在实验室环境里涉及化学物质的实验工作需要使用通风柜，以限制化学烟雾，这样可保护工作在实验室中的个人。这些通风柜通常具有带有前(表面)开口和一个或多个可移动门(通常称“窗格”)的罩体。这些窗格用于遮盖开口，但是可打开以进入罩体的内部进行实验或其它工作。该罩体一般连接到由排风机驱动的强制空气排放系统。从通风柜来的空气不断地经过排气管道排掉，这可排放任何有毒烟雾，于是在通风柜内进行工作时不会受烟雾的影响。
由于有故障的通风柜会带来危险，就必须使用监控器以检测进入通风柜表面的空气的平均速度(称作“面速度”)。通常，当面速度减小到低于安全水平时，这些监控器就启动警报。另外，一些通风柜使用复杂的控制器，根据对面速度的测量结果，调节排放系统以提供适当的气流量，从而保证可能在实验室中靠近通风柜的人的安全，同时还使从通风柜而后从房间内排出的空气量减小到最小值。从房间排掉的空气量越少，需要补充排掉的空气就越少。显然，如果通风柜在冬天工作，补充的空气就必须加热，就需要相当多的能源及费用来加热补充的空气。同样，在夏天冷却补充的空气也要考虑这种能源问题。
面速度可由与通风柜侧壁上的开口连接的风速计测出。该风速计测出经过侧壁开口的气流速度，该速度已知与面速度有关。然而，涉及穿壁测量的一个问题是确定侧壁上开口的位置很困难。有很多条件影响通风柜内部的气流型式，包括罩体的设计、实验室环境中的气流型式以及窗格的设计、数量和位置。侧壁开口附近的扰动可影响经过开口的气流的速度。所以，有必要把开口设置在通风柜内部气流型式一致的位置上，而不管窗格的位置如何。由于通风柜内的气流型式是不可预测的，所以为寻找对穿壁监控器需要的开口位置实际上一般采用烟雾测试和反复试验。
烟雾用于探测通风柜内这样的位置，即当窗格打开或关闭时，空气流型保持一致。如果找到这个位置，则在侧壁上烟雾流型一致的高度和深度钻孔。然后风速计在通风柜外直接或者通过柔性软管连接到该孔上。对窗格在从完全打开到完全关闭的若干位置获取相应的空气速度读数。其目的是发现当窗格从打开到关闭移动时风速计记录的空气速度在增大的开口位置。
在一般情况下，由烟雾预测的开口位置不能形成与面速度准确相关所需的期望的空气速度型式，即经过开口的空气速度在当窗格从打开位置移动到关闭位置时没有增大。因此，在实际中要在第一开口的附近形成另一个开口，并确定新的开口是否产生需要的效果。这个过程经过反复试验持续进行，直到找到合格的位置。
在具有诸如水平滑动窗格的多个窗格的通风柜内，有可能找不到可提供所需要的空气速度型式的位置。所以，在实际中要安装带有模拟侧壁上多个开口的若干孔洞的管道。这种管道叫做“平均管道”，它与侧壁上的一个孔洞连接，对水平窗格就水平延伸穿过通风柜内，或对垂直窗格就沿侧壁垂直向下延伸。平均管道上的孔洞提供多个出口使空气流经侧壁开口。这样，由于管道在通风柜内的许多位置上具有出口，通风柜内气流型式不一致的问题就降到最低程度。
涉及平均管道的问题还包括难以确定管道的正确位置以及管道上孔洞的数量和位置。在实际中，管道的位置和孔洞的结构通常在反复试验的基础上确定。安装管道后可获得在窗格从完全打开到完全关闭的不同位置的空气速度读数。管道的位置和孔洞的结构可调节直到获得合适的空气速度型式。
所以，本发明的主要目的是提供一种确定实验室通风柜中穿壁式传感器的最佳位置的改进方法。
本发明的另一个目的是提供一种用于确定实验室通风柜中穿壁式传感器的最佳位置的改进装置。
本发明的再有一个目的是提供一种确定实验室通风柜中与穿壁式传感器同时使用的空气速度平均管道的最佳结构的改进方法。
本发明的还有一个目的是提供一种确定在实验室通风柜中与穿壁式传感器同时使用的空气速度平均管道的最佳位置和结构的改进装置。
在参照附图的同时阅读本发明下面的详细描述，本发明的其它目的和优点将变得更加明显。附图中
图1是带有一个垂直窗格的实验室通风柜的正视图；图2是本发明的装置的正视图。
本发明涉及一种确定实验室通风柜中穿壁式传感器的最佳位置的装置和方法。本发明还涉及确定与穿壁式传感器同时使用的空气速度平均管道的最佳结构的装置的应用。
穿壁式传感器根据空气速度测量装置，如风速计，来确定经过通常在通风柜侧壁上的开口的气流速度。因为通风柜内的空气压力低于实验室中周围的空气压力，于是空气经过开口进入通风柜。空气从实验室的高气压环境流动到通风柜内的低气压环境。如果经过通风柜排气系统的气流保持恒定，当表面开口的面积减小时，通风柜内的压力也减小。这样，当窗格从打开到关闭时，经过表面开口和侧壁开口的气流速度增大。已知经过侧壁开口的气流速度与面速度相关。所以，穿壁式传感器可用作面速度的监测器，或作为控制系统的一部分通过调节排气系统来控制面速度。
在一旦安装后，穿壁式传感器在通风柜侧壁开口上的接头和测量器之间有着连接。然而实验室通风柜内不可预测的气流型式使确定侧壁上的接头的位置变得困难。为了使穿壁空气速度与面速度相关，侧壁接头一定要放置气流在稳定并没有扰动的区域。本发明的其中一个优点是它可模拟侧壁开口。因此，在需要在侧壁上钻任何孔洞前，可先测试一些数目的侧壁开口位置。
在一些通风柜中，不能找到产生所需空气速度型式的位置。在这些实例中，可在通风柜内悬挂平均管道并延伸接在侧壁接头上。该平均管道提供许多开口使空气从侧壁接头流到通风柜。这样通过在通风柜内各种位置提供空气出口，有助于减小与扰动型式有关的可变性。然而使用平均管道的困难是确定管道的最佳位置以及沿平均管道的出口的数量和位置。本发明的一个优点是当需要平均管道时，本发明便于在平均管道的多个位置和多种结构之间进行调节以确定其中对于特定通风柜最合适的。因此，可制造和安装基于本发明确定的最佳结构的定型管道。
概括地说，本发明提供了在一端的入口和另一端的出口之间有一些直线排列孔洞的细长管道。一段柔性管道使入口与空气速度测量器连接。在本发明的一个实施例中，孔洞被遮盖并且装置临时固定在通风柜内部的侧壁附近，使出口处在被认为是对于侧壁接头合适的位置。当窗格关闭时用风速计进行测量以确定当窗格关闭时经过出口的空气速度是否增大。如果没有增大，则选择新的位置直到选择到具有需要的空气流型的位置。
在没能找到这种位置时，可使用平均管道。本发明的装置用作确定平均管道最佳位置和结构的方法的一部分。遮盖住出口而不遮盖孔洞，管道固定在通风柜内的多个位置，并连接到空气速度测量器。当窗格在从完全打开到完全关闭的若干个位置时，相应地从测量器上获得速度读数。通过这种方法，则可确定管道的位置、孔洞的数量和位置，这时当窗格从打开移到关闭，经过侧壁开口的空气速度增大。
再来看附图，特别是图1，图中总的用标号10示出的实验室通风柜具有带右侧壁14和左侧壁16的外框架12。在下面一些位置示出的垂直窗格18可上升以使技术人员进入通风柜工作。排放管道20与排风机(未示出)连接以排掉通风柜10内的空气。虽然图1示出了带有垂直窗格18的罩体10，可以知道实验室通风柜具有很多不同的穿格设计，包括多个垂直窗格和滑动或折叠的水平窗格。在下面讨论时，窗格18一般包括所有可能的窗格结构。
图2示出了用标号22表示的本发明。本发明22包括细长的空心试样管道24、柔性管26及风速计28。该试样管道24具有的侧壁30含多个直线排列并等距离分布的孔洞32。90度的弯管头34密封地固定在试样管道24的一端，而形成试样管道24的出口36，柔性管26的一端固定在试样管道入口38上以使空气在试样管道24和柔性管道之间自由流动。试样管道24和弯管头34优选的是如Schedule 40 PVC的硬塑料，但是应考虑到许多其它材料也能提供需要的硬度。柔性管道26优选地通过在柔性管外部和试样管道的内部间摩擦磨合固定在试样管道24上。然而，本领域的技术人员可转易地找到其它合适的方法来密封地连接管道24和26，包括化学粘接等方法。还应考虑柔性管道26的直径可比试样管道24稍大。
连接到柔性管道26的第二末端的风速计28测量进入柔性管道26，进而通过试样管道24的出口36或孔洞32的气流速度。优选地，出口36的表面积应近似等于或大于试样管道24或柔性管道26的截面面积，而不论管道24和26哪个更小。同样，孔洞32相加的总面积应等于或大于这些横截面的较小者。这种关系保证了经过出口36或孔洞32的气流速度等于风速计28中的气流速度。风速计优选的是在本领域熟知的单点热线式风速计。
在操作中，试样管道安装在通风柜的内部并靠在侧壁14或16之一上。该位置可仅仅通过估计确定，或者用烟雾来试着确定当窗格18从完全打开移到完全关时通风柜内空气流型看来最稳定的位置。一条胶带(图中未示)或任何其它临时的固定装置可用于固定试样管道24。也可用一条胶带来遮盖九个孔洞32以堵住经过孔洞的气流。出口36应朝向相对的侧壁，风速计28应放置在通风柜10的外部并避开实验室内的气流。
当排放机以恒定的速度工作时，窗格18应完全打开，并应记下风速计28的基本读数。接着，窗格渐渐地从完全打开移动到完全关闭，每一步都应记下风速计的读数。目的是确定在窗格关闭时经过出口的气流速度稳定增加的出口位置。所以，如果第一选择的位置没有提供需要的空气速度增加，带出口36的管道应移到靠近侧壁14或16之一的另外位置，直到找到产生所需空气速度型式的位置。
出口36模拟了固定安装的通风柜监控器或控制器的侧壁接头的行为。因此，一旦找到位置，就可作下标记并在侧壁上钻孔以安装定型的监控装置。本发明22的优点是在需要在侧壁上钻孔之前可对几个位置进行测试。
在一些通风柜中，可能找不到会产生需要空气速度型式的侧壁开口的位置。这样，试样管道24可用于确定平均管道的最佳位置和结构。为了达到这个目的，管道的出口36应由包括胶带的任何适当物品堵住。孔洞32不应盖住。对于带水平窗格的通风柜，试样管道24应通过包括胶带或线缆的任何临时装置吊起来，在通风柜10内窗格18的后面和上面并与其平行。对于垂直窗格，管道24应靠近侧壁14或16垂直悬挂，并处大致在窗格18后的中间位置。对于水平和垂直的两种安装，孔洞32应朝向通风柜10的后面。风速计28位于通风柜的外面，在窗格18从完全打开到完全关闭的一系列渐渐增加的位置获得读数。目的是找到试样管道24的位置和孔洞32的数量和位置，这样在窗格18关闭时在管道24的入口38处产生增加的空气速度。
孔洞32的数量和位置可通过用胶带变换地遮住一个或多个孔洞进行调整。试样管道在通风柜内的位置也可调整。一旦确定了合适的试样管道的位置和孔洞的结构，则可制造和安装定型的试样管道。试样管道24的优点是可在需要制造和安装定型管道之前确定定型管道的最佳结构和位置。然后定型管道可通过延伸管道与侧壁上的任何方便的固定开口连接。
尽管示出并描述了本发明的各种实施例，应当知道其它的变型、修改和替换对本领域的普通技术人员是显而易见的。在不脱离由附加的权利要求书确定的本发明的精神和范围的情况下，可进行这些变型、修改和替换。
本发明的各种特征在附加的权利要求书中陈述。
权利要求
1.一种确定穿壁式传感器最佳位置的装置，其中该传感器用于具有侧壁和表面开口的实验室通风柜，所述装置包括用于连通空气的细长空心管道，该管道具有足够的硬度以在使用时保持设置的形状，所述管道在其一端具有入口，在另一端具有出口；测量空气速度的装置；及连接所述管道入口和所述测量装置的柔性管道，以使所述测量装置测量进入所述管道入口的空气速度。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于测量空气速度的装置为风速计。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于测量空气速度的装置为单点热线式风速计。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述出口的面积大约等于或大于所述细长管道的横截面积和所述柔性管道的横截面积中的较小者。
5.一种确定空气速度平均管道的最佳结构的装置，其中该平均管道和穿壁式传感器一起用于具有表面开口的实验室通风柜中，所述装置包括用于连通空气的细长空心管道，该管道具有足够的硬度以在使用时保持设置的形状，所述管道在其一端具有入口，另一端封闭，并在入口和封闭端之间具有直线排列的多个孔洞；测量空气速度的装置；及连接所述管道入口和所述测量装置的柔性管道，以使所述测量装置测量进入所述管道入口的空气速度。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述孔洞大致等距地分布在所述细长管道上。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述多个孔洞的总面积大约等于所述细长管道的横截面积和所述柔性管道的横截面积中的较小者。
全文摘要
本发明涉及一种用于在实验室通风柜中安装穿壁式传感器的方法和装置。该装置包括带有一个出口和多个孔洞的试样管道,该管道接到风速计。该方法包括把出口放在通风柜中的多个位置以模拟用于穿壁式传感器的侧壁接头,从而确定穿壁式传感器的最佳位置。该方法还包括当变化地堵住一些孔洞时,把试样管道固定在通风柜内的多个位置,以模拟和穿壁式传感器一起使用的平均管道的多个位置和形状。这样可容易地确定平均管道的最佳位置和结构。
文档编号G01F1/46GK1201723SQ98104378
公开日1998年12月16日 申请日期1998年2月6日 优先权日1997年6月11日
发明者P·E·佩茨恩斯基 申请人:兰迪斯及斯特法有限公司