專利名稱：個體采樣器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種環(huán)境氣體采樣裝置，屬于環(huán)境保護中氣體監(jiān)測、采樣領域。
背景技術：
隨著科技與工業(yè)的迅速發(fā)展和人民生活水平的不斷改善，與人們日常生活息息相關的空氣質量問題也越來越受到人們的重視，空氣污染以及對其環(huán)境監(jiān)測已經成為國際上重大熱點，因此，市場是出現(xiàn)了琳瑯滿目的采樣器。各種采樣器之間雖有標準制定其相關要求，但是由于各廠商的制造工藝不一樣， 做出來的效果也各異，同時，由于采用老式的轉子顯示或壓力反饋等測量方式，因此在控制精度上無法達到更高一級的精確度，也因此，對采樣結果存在比較大的測量誤差，這就使得環(huán)境監(jiān)測結果不準確。而對于大多數(shù)采樣器來說，其量程范圍要么在0 500mL/min之間，要么在850 5000mL/min之間，并沒有完全統(tǒng)一覆蓋全流量量程的。而對于其個別進口采樣器來說，聲稱覆蓋了全流量量程其實也是需要額外加入小流量模塊才能實現(xiàn)，并且是兩種量程范圍的互相切換，并非連續(xù)可調；同時，由于安裝了小流量模塊，這類采樣器在采樣時其自身顯示器上所顯示的流量數(shù)據(jù)并非實際流量，因此要求在小流量采樣時，必須事先進行校準，調節(jié)采樣器流量為所需流量，從而導致之后的采樣操作只能把校準數(shù)據(jù)作為參考，而對采樣中途發(fā)生流量變化等情況則完全無法做出判斷，這就對操作人員造成了很大的不方便。另外，傳統(tǒng)的采樣器內部構造基本順序都是進氣口一傳感器一微型氣泵一出氣口 ；而對于一些廉價的產品來說，更省略了傳感器這一步驟，因此，在控制精度上是非常之差的。而對于帶有傳感器的一些產品來說，由于采用了上述流程，在多數(shù)情況下，由于通過了采樣氣泵以及內部回路，氣體不但產生了損失，還在采樣氣泵之后變成了脈動氣流，而采樣器顯示的流量數(shù)據(jù)為氣體損失前的數(shù)據(jù)，導致了所采集到的樣品并不十分準確，從而對后續(xù)實驗室分析工作造成了很大的誤差。

實用新型內容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種結構合理，采樣準確、監(jiān)測效率高的個體采樣器。為解決上述存在的技術問題，本實用新型采用下述技術方案個體采樣器包含外殼1、電池2、微型氣泵3、人機交互系統(tǒng)4、系統(tǒng)測控模塊5、恒流緩沖倉6。外殼1內設置有微型氣泵3、恒流緩沖倉6、系統(tǒng)測控模塊5、質量流量傳感器7、電池2。過濾器10的進氣端與個體采樣器的采樣進氣口 8相連通，其出氣端與微型氣泵3的進氣端相連通，微型氣泵3的出氣端與恒流緩沖倉的進氣端相連通，恒流緩沖倉6的出氣端與質量流量傳感器7相連通，質量流量傳感器7的出氣端與個體采樣器的采樣出氣口相連通。所述恒流緩沖倉(6)為由單向閥與獨立氣倉相連通所組成多級結構的恒流緩沖倉。[0010]外殼1包括進氣口 8、出氣口 9、皮帶卡扣20、三腳架支撐孔座21。皮帶卡扣是懸掛在皮帶上的協(xié)助器件，可以360°自由旋轉；三腳架支撐孔座是螺紋孔座，可連接帶螺紋支座的三角架。所述微型氣泵(3)為在其流量范圍OmL/min到5000mL/min內連續(xù)可調的隔膜泵， 通過設置的系統(tǒng)測控模塊(5)把微型氣泵(3)的輸出流量控制在50mL/min 4000mL/min 之間并連續(xù)可調。系統(tǒng)測控模塊( 包含精準流量閉環(huán)控制模塊、高精度傳感器采樣反饋模塊、 電源轉化電路、高效電源管理模塊，通過人機交互系統(tǒng)設置采樣時間、采樣流量，傳輸?shù)较到y(tǒng)控制模塊中，系統(tǒng)控制模塊的微處理器中，微處理器的信號輸入端接入質量流量傳感器 (7)，微處理器的信號輸出端與微型氣泵C3)相連接，控制個體采樣器采樣流量。該裝置集成了質量流量傳感器，采用后置傳感器的方式進行測量，同時配備的恒流緩沖倉6，把通過微型氣泵3后的脈動氣流轉化成恒定氣流，從而獲得穩(wěn)定的氣體收集。 把經過恒流轉化后的氣體通過質量流量傳感器進行流量測量，這提高了流量測量的精度。在硬件設施上，本實用新型采用的微型氣泵3為在其流量范圍OmL/min到5000mL/ min內連續(xù)可調的隔膜泵，通過所設置的系統(tǒng)測控模塊5把微型氣泵3的輸出流量控制在 50mL/min 4000mL/min之間并連續(xù)可調，從而實現(xiàn)了全流量量程的統(tǒng)一。在人機交互系統(tǒng)4上采用了液晶顯示，菜單化界面，按鍵輸入的操作方式，方便對任意使用人員都能快速上手操作，而人性化的操作方式也使得流量控制起來更為方便。恒流緩沖倉6為由單向閥與獨立氣倉相連通所組成多級結構的恒流緩沖倉，其內部進氣端設置有第一單向閥(15)，連接第一氣倉(11)，第一氣倉(11)的出氣端連接三向導通管(19)的第一端，三向導通管(19)的第二端與第二氣倉(1 相連，三向導通管(19)的第三端和第二單向閥(16)的進氣端相連，第二單向閥(16)的出氣端與第三氣倉(1 進氣端相連接，第三氣倉(1 的出氣端與第三單向閥(17)的進氣端相連接，第三單向閥(17) 的出氣端與第四氣倉(14)的進氣端相連接，第四氣倉(14)的出氣端與質量流量傳感器(7) 相連接，微型氣泵將氣體從外殼(1)上所設的進氣口(8)傳送到恒流緩沖倉(6)，通過恒流緩沖倉(6)恒流后的氣體流過系統(tǒng)測控模塊(5)中的質量流量傳感器(7)進行測量，最后送至外殼(1)的出氣口(9)。恒流緩沖倉內各級氣倉之間均采用彈性橡膠膜連接，其作為恒流緩沖部件，用于把脈動氣流轉化成穩(wěn)定氣流。第四氣倉(14)上底面和下底面是彈性橡膠膜，第四氣倉(14) 內部設置有彈簧(18)，彈簧(18)兩端分別與第四氣倉(14)的上底面和下底面相連接。本實用新型的個體采樣器與現(xiàn)有技術相對比，其有益效果是，可實現(xiàn)全流量量程精確控制、恒流采樣，并提供了多種模式智能采樣模式。本實用新型具有成本低、體積尺寸小、便于攜帶方便在任意環(huán)境下進行采樣收集等特點，為各種檢測機構提供了便利，具有廣闊的運用前景。

圖1為個體采樣器系統(tǒng)組成示意圖；圖2為個體采樣器前置吸附方式氣路走向示意圖；圖3為個體采樣器后置收集方式氣路走向示意4[0022]圖4為恒流緩沖倉的內部結構組合方案一的示意圖。圖5為恒流緩沖倉的內部結構組合方案二的示意圖。圖6為恒流緩沖倉的內部結構組合方案三的示意圖。圖7為恒流緩沖倉的內部結構組合方案四的示意圖。圖8為個體采樣器沒有安裝恒流緩沖倉時的氣流的圖像；圖9為個體采樣器安裝上恒流緩沖倉后的氣流的圖像；圖10為個體采樣器背面皮帶卡扣示意圖；圖11為個體采樣器底部三腳架支撐孔座示意圖。圖中1.外殼；2.電池；3.微型氣泵；4.人機交互系統(tǒng)；5.系統(tǒng)測控模塊；6.恒流緩沖倉；7.質量流量傳感器；8.采樣器進氣口 ；9.采樣器出氣口 ；10.過濾器；11.第一氣倉；12.第二氣倉；13.第三氣倉；14.第四氣倉；15.第一單向閥；16.第二單向閥；17.第三單向閥；18.彈簧；19.三向導向通管；20.皮帶卡扣；21.三腳架支撐孔座；22.第五氣倉； 23.第六氣倉；24.第七氣倉；
具體實施方式
以下結合附圖，詳細介紹本實用新型實施例。個體采樣器的組成如圖1所示，它包含外殼1、電池2、微型氣泵3、人機交互系統(tǒng) 4、系統(tǒng)測控模塊5、恒流緩沖倉6。如圖2所示，本采樣器前置吸附方式氣路走向外界環(huán)境一吸收器具一采樣器進氣口 8 —內部過濾器10 —微型氣泵3 —恒流緩沖6 —傳感器7 —采樣器出氣口 9 —環(huán)境大氣。如圖3所示，本采樣器后置吸附方式氣路走向外界環(huán)境一采樣器進氣口 8—內部過濾器10 —微型氣泵3 —恒流緩沖6 —傳感器7 —采樣器出氣口 9 —收集器具。其中，從采樣器進氣口到采樣器出氣口之間的各環(huán)節(jié)均放置在外殼1內，而各環(huán)節(jié)之間均采用氣管連接，使之組成一體。在微型氣泵3環(huán)節(jié)，所述系統(tǒng)測控模塊5采用微處理器進行全程控制，為了節(jié)約成本，利用微處理器輸出的PWM(脈沖寬度調制)信號通過積分電路轉化成模擬DA(數(shù)模轉換)輸出；通過電源轉化電路把模擬DA控制電壓轉化成用于直接改變微型氣泵流量的恒壓恒流電源，供給微型氣泵工作。如圖4所示，本采樣器緩沖倉由氣倉，單向閥，薄膜，彈簧組成。恒流緩沖倉6內部進氣端設置有第一單向閥15，連接第一氣倉11，第一氣倉11的出氣端連接三向導通管19 的第一端，三向導通管19的第二端與第二氣倉12相連，三向導通管19的第三端和第二單向閥16的進氣端相連，第二單向閥16的出氣端與第三氣倉13進氣端相連接，第三氣倉13 的出氣端與第三單向閥17的進氣端相連接，第三單向閥17的出氣端與第四氣倉14的進氣端相連接，第四氣倉14的出氣端與質量流量傳感器相連接。恒流緩沖倉內各級氣倉之間均采用彈性橡膠膜連接，其作為恒流緩沖部件，用于把脈動氣流轉化成穩(wěn)定氣流。第四氣倉14 上底面和下底面是特制的薄膜底面，第四氣倉14內部設置有彈簧18，彈簧18兩端分別與第四氣倉14的上底面和下底面相連接。各個氣倉之間體積的比例為第一氣倉第二氣倉 第三氣倉第四氣倉=3 :1:2: 4。在具體生產產品時，可以根據(jù)個體采樣器的實際工作情況，通過合理安排單向閥和氣倉的數(shù)量，選擇不同級別的緩沖倉，如圖5所示的二級緩沖倉，二級緩沖倉由兩個單向閥、三個氣倉和一個彈簧組成，各個氣倉體積的比例為第五氣倉第六氣倉第七氣倉=2 1 3。還可以使用不同級別緩沖倉如圖6所示的四級緩沖倉和圖7所示的五級緩沖倉。在沒有安裝恒流緩沖倉時，如圖8所示，通過微型氣泵的3氣流為脈沖氣流。恒流緩沖倉6作用是把經過微型氣泵3后，因氣泵的影響而變成脈動氣流的氣體進行恒流轉化。 由于隔膜泵本身構造，在運轉時會不斷地做反復推拉運動，導致事前基本恒流的氣體經過氣泵后變成了脈動氣流。根據(jù)所測氣流脈動的特性，構造出一個恒流緩沖倉6，其為多級緩沖容器構造，每級緩沖容器體積不一，采用彈性橡膠膜封固。根據(jù)氣體脈動特性按一定比例構造，并按一定的規(guī)律進行分布連接。彈性橡膠膜在氣流脈動波峰時會膨脹鼓起，存儲氣泵在推動時所產生的過多氣體，使之氣流平滑減緩；在脈動波谷時彈性橡膠膜會復原，把在波峰所存儲的氣體放出，補償氣泵回拉時所造成的氣流回收，使之流出氣體得以補充，氣流穩(wěn)定輸出；通過多級緩沖，如圖9所示，最終把脈動氣流轉化成恒定氣流。如圖10所示，外殼1包括進氣口 8、出氣口 9、皮帶卡扣20。皮帶卡扣與采樣器殼體相連接。皮帶卡扣是懸掛在皮帶上的協(xié)助器件，可以360°自由旋轉。如圖11所示，在采樣器底部設置三腳架支撐孔座21是螺紋孔座，可連接帶螺紋支座的三角架。在傳感器環(huán)節(jié)，所述高精度質量流量傳感器7則把流量的物理量信息轉化成電信號，通過高精度AD采樣，量化成可用于微處理器(MCU)識別的數(shù)字信息，供給微處理器 (MCU)進行分析計算。通過MCU的計算結果，可以很方便得得到反饋控制量參數(shù)，用于MCU 對微型氣泵[3]進行閉環(huán)控制；同時，根據(jù)需求，本實用新型引入了積分計算功能，把所采樣的氣體進行總體積積分，大大地方便了后續(xù)實驗室分析工作。整體控制上，本實用新型采用實時操作系統(tǒng)作為核心架構，根據(jù)各模塊的控制添加不同的任務進程，從而能實現(xiàn)最優(yōu)化控制?？紤]到各種實際采樣需求，本實用新型在軟件上設計了多種采樣模式，如手工操作、定時采樣、多次循環(huán)采樣、任意時刻定點啟動采樣、定量體積積分采樣等，基本覆蓋了大多數(shù)情況的采樣需求；而采樣器預留有系統(tǒng)升級接口，可根據(jù)特殊要求進行功能升級，從而實現(xiàn)了全面自動化采樣控制。本實用新型的主要技術參數(shù)指標1.采樣流量50 4000sccm2.測量分辨率Isccm3.流量精確度< 1 % F. S3.流量穩(wěn)定性< 1 % F. S4.連續(xù)工作時間彡Shi最大流量/彡24hi最大流量(外置電池模塊)5.工作環(huán)境溫度-5 +45°C濕度< 90%6.軟件功能(1)標況數(shù)據(jù)換算、質量流量/體積流量轉化、采樣總體積積分(2)定時單次自動采樣/多次自循環(huán)采樣(3) 24小時內任意時刻自啟動采樣/多組設置自動采樣(4)定量體積采樣
權利要求1.一種個體采樣器包含了外殼(1)、電池( 、微型氣泵C3)、人機交互系統(tǒng)(4)、系統(tǒng)測控模塊(5)、恒流緩沖倉(6)，其特征是外殼(1)內設置有微型氣泵(3)、恒流緩沖倉(6)、系統(tǒng)測控模塊(5)、質量流量傳感器(7)、電池O)；所述過濾器(10)的進氣端與個體采樣器的采樣進氣口相連通，其出氣端與微型氣泵C3)的進氣端相連通，微型氣泵C3)的出氣端與恒流緩沖倉(6)的進氣端相連通，恒流緩沖倉(6)的出氣端與質量流量傳感器(7)相連通， 質量流量傳感器(7)的出氣端與個體采樣器的采樣出氣口相連通；所述恒流緩沖倉(6)為由單向閥與獨立氣倉相連通所組成多級結構的恒流緩沖倉。
2.根據(jù)權利要求1所述的個體采樣器，其特征是所述外殼(1)包括進氣口(8)、出氣口 (9)、皮帶卡扣、三腳架支撐孔座；皮帶卡扣是懸掛在皮帶上的協(xié)助器件，可以360°自由旋轉；三腳架支撐孔座是螺紋孔座，可連接帶螺紋支座的三角架。
3.根據(jù)權利要求1所述個體采樣器，其特征是所述微型氣泵C3)為在其流量范圍OmL/ min到5000mL/min內連續(xù)可調的隔膜泵，通過設置的系統(tǒng)測控模塊(5)把微型氣泵(3)的輸出流量控制在50mL/min 4000mL/min之間并連續(xù)可調。
4.根據(jù)權利要求1所述的個體采樣器，其特征是所述人機交互系統(tǒng)(4)為包含液晶顯示、按鍵輸入的輸入輸出系統(tǒng)。
5.根據(jù)權利要求1所述的個體采樣器，其特征是系統(tǒng)測控模塊( 包含精準流量閉環(huán)控制模塊、高精度傳感器采樣反饋模塊、電源轉化電路、高效電源管理模塊，通過人機交互系統(tǒng)設置采樣時間、采樣流量，傳輸?shù)较到y(tǒng)控制模塊中，系統(tǒng)控制模塊的微處理器中，微處理器的信號輸入端接入質量流量傳感器(7)，微處理器的信號輸出端與微型氣泵(3)相連接，控制個體采樣器采樣流量。
6.根據(jù)權利要求1所述的個體采樣器，其特征是所述恒流緩沖倉(6)內部進氣端設置有第一單向閥(15)，連接第一氣倉(11)，第一氣倉(11)的出氣端連接三向導通管(19)的第一端，三向導通管(19)的第二端與第二氣倉(1 相連，三向導通管(19)的第三端和第二單向閥(16)的進氣端相連，第二單向閥(16)的出氣端與第三氣倉(1 進氣端相連接， 第三氣倉(13)的出氣端與第三單向閥(17)的進氣端相連接，第三單向閥(17)的出氣端與第四氣倉(14)的進氣端相連接，第四氣倉(14)的出氣端與質量流量傳感器(7)相連接，微型氣泵將氣體從外殼⑴上所設的進氣口⑶傳送到恒流緩沖倉㈩)，通過恒流緩沖倉(6) 恒流后的氣體流過系統(tǒng)測控模塊( 中的質量流量傳感器(7)進行測量，最后送至外殼(1) 的出氣口(9)。
7.根據(jù)權利要求1所述的個體采樣器，其特征是恒流緩沖倉(6)是根據(jù)微型氣泵輸出脈動氣流特性而構造出的一個緩沖容器，緩沖容器為多級結構，各級氣倉之間均采用彈性橡膠膜連接，其作為恒流緩沖部件，用于把脈動氣流轉化成穩(wěn)定氣流。
8.根據(jù)權利要求1所述的個體采樣器，其特征是所述的第四氣倉(14)上底面和下底面是彈性橡膠膜，第四氣倉(14)內部設置有彈簧(18)，彈簧(18)兩端分別與第四氣倉(14) 的上底面和下底面相連接。
專利摘要一種個體采樣器，屬于環(huán)境保護中氣體監(jiān)測、采樣領域。該裝置包含了外殼、電池、微型氣泵、人機交互系統(tǒng)、系統(tǒng)測控模塊、恒流緩沖倉。外殼內設置、電池、微型氣泵、系統(tǒng)測控模塊、恒流緩沖倉、質量流量傳感器；過濾器的進氣端與個體采樣器的采樣進氣口相連通，其出氣端與微型氣泵的進氣端相連通，微型氣泵的出氣端與恒流緩沖倉的進氣端相連通，恒流緩沖倉的出氣端與流量傳感器相連通，傳感器的出氣端與個體采樣器的采樣出氣口相連通。該裝置可實現(xiàn)全流量量程精確控制、恒流采樣，并提供了多種模式智能采樣模式。該裝置具有成本低、體積尺寸小、便于攜帶方便在任意環(huán)境下進行采樣收集等特點，為各種檢測機構提供了便利，具有廣闊的運用前景。
文檔編號G01N1/24GK202210049SQ20112020448
公開日2012年5月2日 申請日期2011年6月16日 優(yōu)先權日2011年6月16日
發(fā)明者朱平, 梁杰, 董寧, 郭冰 申請人:深圳國技儀器有限公司