專利名稱：大氣總懸浮微粒采樣器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
大氣總懸浮微粒采樣器屬環(huán)保監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中用以監(jiān)測(cè)大氣中總懸浮微粒質(zhì)量濃度的觀測(cè)儀器。總懸浮微粒是指空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑(相當(dāng)于密度為1克／立方厘米的球體直徑)小于100微米的懸浮微粒。質(zhì)量濃度是指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下單位大氣容積所含總懸浮微粒質(zhì)量。
大氣總懸浮微粒采樣器的基本構(gòu)成為1.采樣頭，2.采樣管道，3.抽氣系統(tǒng)，4.臨界流喉管穩(wěn)流器。其它還有噪聲消除器等附屬部件。采樣頭的基本功能是收集總懸浮微粒；采樣管道為氣流通道，兩端分別與采樣頭和抽氣機(jī)相連接；抽氣系統(tǒng)的功能是降低采樣管道的氣壓，使大氣能連續(xù)不斷地進(jìn)入采樣頭；整套儀器的工作程序是啟動(dòng)抽氣系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)抽氣機(jī)(鼓風(fēng)機(jī)或抽氣泵)，使采樣管道產(chǎn)生負(fù)壓，大氣便以一定的流速進(jìn)入采樣頭內(nèi)筒與外筒的間隙向上流動(dòng)，由速度分選開的總懸浮微粒得以隨氣流進(jìn)入，氣流在外筒上蓋的阻擋和內(nèi)筒負(fù)壓作用下由上向下通過內(nèi)筒及采樣膜片，氣流穿過膜片小孔，總懸浮微粒滯留在采樣膜片上，經(jīng)24小時(shí)后，取下采樣膜片即可分析其采樣質(zhì)量，再除以換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的氣體流量即可求得大氣總懸浮微粒質(zhì)量濃度。由于氣流通過臨界流喉管穩(wěn)流器，即串接在采樣管道上的狹窄通道，氣流速度被設(shè)計(jì)成臨界流速(音速或接近音速)，氣流速度將不受氣路通道上壓差變動(dòng)的影響而自動(dòng)穩(wěn)定。噪聲消除器裝在抽氣機(jī)的排氣通道內(nèi)，用以消除抽氣機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的噪音。根據(jù)國(guó)家環(huán)保局《總懸浮微粒采樣器技術(shù)要求(暫行)》的規(guī)定進(jìn)入采樣頭入口的氣流速度應(yīng)為0.3米／秒的恒定值，誤差≤±8％；采樣器平均無故障時(shí)間，對(duì)流量≥1立方米／分的大流量采樣器，要求不低于800小時(shí)，低于1立方米／分的中、小流量采樣器要求不低于1500小時(shí)；抽氣機(jī)的噪音，對(duì)大流量采樣器要求低于70分貝，中、小流量采樣器要求低于65分貝；規(guī)定取樣時(shí)間為24小時(shí)。
現(xiàn)有技術(shù)中，中、小流量總懸浮微粒采樣器尚屬空白，在大流量領(lǐng)域中美國(guó)偉迪公司(Weeding&Associates Inc)推出的大氣總懸浮微粒采樣器是最新產(chǎn)品(正在辦理美國(guó)專利申請(qǐng))，該采樣器采用了較先進(jìn)的臨界流喉管穩(wěn)流器，其優(yōu)點(diǎn)是可以省去復(fù)雜的流量計(jì)及其電子穩(wěn)定裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需維修。不足之處是流量受溫度影響，其影響值與絕對(duì)溫度的平方根成正比。其它不足的還有采樣頭外筒的結(jié)構(gòu)為進(jìn)氣口處的開口為矩形(或方形)，與矩形(或方形)截面的內(nèi)筒形成寬度不均勻的間隙，氣流在四角處的速度偏低；外筒上部的封口不均勻，通過矩形開口的一對(duì)長(zhǎng)邊向上呈坡度相同的兩面角形，通過一對(duì)短邊呈直立三角面形，類似房子的上蓋，沒有明顯的筒蓋和筒身，由于結(jié)構(gòu)的不均稱性，又靠近入口，對(duì)氣流入口處的氣流速度產(chǎn)生另一個(gè)不均勻性影響。外筒結(jié)構(gòu)另一個(gè)缺點(diǎn)是開口高度與內(nèi)筒上端基本位于同一水平，在有風(fēng)吹的條件下，不需采集的大粒徑微粒可以直接吹入內(nèi)筒。盡管有上述缺點(diǎn)，但對(duì)大流量采樣器還不能作徹底的改革，因?yàn)橐呀?jīng)使用了多年，為了和過去的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，我國(guó)環(huán)保局規(guī)定仍沿用這種“房蓋”形外筒。還有所用電動(dòng)機(jī)為直流串激電機(jī)，因碳刷磨蝕生成碳粒粉塵進(jìn)入被采樣的大氣中，造成人為污染，且要在20天左右更換一次碳刷；抽氣采用鼓風(fēng)機(jī)，噪音明顯高于70分貝，且其壽命約400小時(shí)，遠(yuǎn)低于我國(guó)規(guī)定平均無故障時(shí)間的要求。
本實(shí)用新型的任務(wù)是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，重新設(shè)計(jì)符合國(guó)家環(huán)保局《總懸浮微粒采樣器技術(shù)要求(暫行)》規(guī)定的、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的大氣總懸浮微粒采樣器。
本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案及其效果如下1、采樣頭外筒由與內(nèi)筒上端同水平的位置上垂直向下延伸長(zhǎng)度為b，形成一個(gè)明確的外筒筒身，對(duì)于大流量采樣器，筒身截面與“房蓋”形外筒的開口形狀一致，對(duì)于中、小流量采樣器，外筒筒身要與內(nèi)筒保持等間距，即外筒筒身為內(nèi)筒柱面各點(diǎn)的外法線的等法線點(diǎn)的軌跡，且b≥0.6a(a為內(nèi)、外筒平均間距)。中、小流量的外筒筒蓋是在筒身上端向上延伸適當(dāng)距離后均稱封口。中、小流量采樣頭內(nèi)筒可選用園柱、橢園柱、正三角柱、方柱、長(zhǎng)方柱、正多角柱等簡(jiǎn)單實(shí)用的柱面形結(jié)構(gòu)，園柱面形為最佳，它們都有一個(gè)中心軸，圍繞中心軸運(yùn)轉(zhuǎn)360°／n(n為任何≥2的自然數(shù))可與自身重合。改進(jìn)后對(duì)大流量采樣器的效果是在保持原來入口流速分布基本不變的條件下，克服了風(fēng)吹的影響，對(duì)中、小流量采樣器的效果是即克服了風(fēng)吹的影響，又保證了入口流速分布的均勻性。2、采樣頭外筒是可更換的，其效果是通過改變采樣頭入口截面面積達(dá)到與臨界流喉穩(wěn)流器、流量、使用地區(qū)氣溫變化范圍相匹配，一種型號(hào)的采樣器配備三種入口截面的采樣頭，在國(guó)內(nèi)任何地區(qū)使用都有一種最佳匹配的采樣頭，最多只需配備三種入口截面的采樣頭，就可保證國(guó)內(nèi)任何地區(qū)使用中，氣流入口速度都能穩(wěn)定在±8％范圍之內(nèi)。3、將直流串激電機(jī)改為無碳刷的交流異步電機(jī)，避免了碳刷磨蝕引起對(duì)采樣大氣的污染，并克服了每20天左右要更換一次碳刷的麻煩。4、采用刮板式抽氣泵代替鼓風(fēng)機(jī)，壽命從400小時(shí)左右提高到1500小時(shí)以上，滿足了國(guó)家環(huán)保局有關(guān)技術(shù)要求的規(guī)定，且有顯著的經(jīng)濟(jì)意義。進(jìn)一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)備件為140美元，一年就要幾萬美元。刮板泵壞了，一般只需更換刮板葉片，費(fèi)用很少。另外，所用刮板泵的刮板葉片數(shù)宜采用多于4片的多頁片式刮板泵以提高振動(dòng)的平穩(wěn)性，并利于減小噪音。5、采用彈簧共振式噪聲消除器，安放在刮板泵的排氣通道內(nèi)，使噪聲消除能力達(dá)到了國(guó)家環(huán)保局規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。
附圖
為采樣器的剖視圖。1為采樣頭，2為采樣頭入口通道，3為采樣膜片，4為臨界流喉管穩(wěn)流器，5為噪聲消除器共振彈簧，6為刮板泵(未剖視)，7為交流異步電機(jī)，8為采樣管道。
實(shí)施例現(xiàn)已定型為TSPM－1型的中流量大氣總懸浮微粒采樣器，設(shè)計(jì)流量為75升／分±10升／分。內(nèi)，外筒為同軸鉛直園柱結(jié)構(gòu)，外筒筒蓋為平頂，采樣頭入口截面分別為44.3cm2、42.8cm2、41.6cm2(公差均為1.7cm2)，臨界流喉管穩(wěn)流器的中空截面面積為9±3mm2。三種入口截面的采樣頭分別與中國(guó)最南部、中部和最北部典型地區(qū)的氣溫變化范圍相對(duì)應(yīng)。刮板泵為八個(gè)葉片，轉(zhuǎn)速為1400周／分。噪聲消除器共振彈簧為186.7赫／秒的自然頻率。經(jīng)中國(guó)予防醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生及衛(wèi)生工程研究所及中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站測(cè)試認(rèn)定完全滿足國(guó)家環(huán)保局《總懸浮微粒采樣器技術(shù)要求(暫行)》的規(guī)定，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)的空白，達(dá)到了世界先進(jìn)水平。
權(quán)利要求1.在環(huán)保監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中，一種大氣總懸浮微粒采樣器，由采樣頭，連接采樣頭和抽氣系統(tǒng)的采樣管道、抽氣系統(tǒng)、串接在采樣管道上的臨界流喉管穩(wěn)流器和噪聲消除器所構(gòu)成，其特征是采樣頭外筒有一個(gè)垂直向下的筒身，筒身長(zhǎng)度由上端與內(nèi)筒上端同水平的位置開始至下端為b；筒身截面形狀，對(duì)于大流量采樣器，與“房蓋”形外筒的開口形狀一致，對(duì)于中、小流量采樣器，要與內(nèi)筒保持等間距，即外筒筒身為內(nèi)筒柱面各點(diǎn)的外法線的等法線點(diǎn)的軌跡，b值應(yīng)≥內(nèi)、外筒平均間距的0.6倍；中、小流量采樣器的外筒筒蓋是在筒身上端向上延伸適當(dāng)距離后均稱封口。
2.如權(quán)利要求1所述的采樣器，其特征是中、小流量采樣頭內(nèi)筒的優(yōu)選形狀為園柱面、橢園柱面、正三角柱面、方柱面、長(zhǎng)方柱面、正多邊柱面中的一種柱面形狀，最佳為園柱面形狀。
3.如權(quán)利要求1和2所述的采樣器，其特征是采樣頭的外筒與內(nèi)筒的間距設(shè)有不少于三個(gè)檔次的通過改變外筒形狀來改變的內(nèi)、外筒間距供選擇使用。
4.如權(quán)利要求1所述的采樣器，其特征是抽氣系統(tǒng)的動(dòng)力源由無碳刷的交流異步電機(jī)所構(gòu)成，抽氣泵由刮板葉片可更換且多于4個(gè)為特征的刮板泵所構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1所述的采樣器，其特征是噪聲消除器由裝在刮板泵排氣通道內(nèi)的彈簧共振式噪聲消除器所構(gòu)成。
專利摘要大氣總懸浮微粒采樣器是環(huán)保監(jiān)測(cè)工作中專用于測(cè)量大氣總懸浮微粒質(zhì)量濃質(zhì)的儀器，總懸浮微粒的定義是小于100微米空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑的微粒，該采樣器在國(guó)內(nèi)尚屬空白。本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和國(guó)家環(huán)保局《總懸浮微粒采樣器技術(shù)要求(暫行)》的規(guī)定，采用最先進(jìn)的喉管穩(wěn)流器與采樣頭形狀、入口截面相匹配，使穩(wěn)流精度在國(guó)內(nèi)任何地區(qū)使用均達(dá)到≤±8％的要求，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，具有規(guī)范化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N1/24GK2064055SQ8921497
公開日1990年10月17日 申請(qǐng)日期1989年8月14日 優(yōu)先權(quán)日1989年8月14日
發(fā)明者盧明堯, 周光發(fā), 常德華, 劉凡, 賀傳圣, 宋少武, 馬銀祥 申請(qǐng)人:北京三聯(lián)高技術(shù)聯(lián)合開發(fā)公司