一種自動更換濾膜和吸附裝置的采樣器及其應用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種自動更換濾膜和吸附裝置的采樣器及其應用方法，包括顆粒物切割器、第一位置傳感器、切割器接管、濾膜夾端蓋、濾膜夾、采樣濾膜、第二位置傳感器、第二電機、第二齒輪、吸附裝置、流量傳感器接口、第二齒條、吸附裝置接口、第三位置傳感器、流量傳感器、抽氣泵、步進電機、樣品架、溫度傳感器、單片機、USB接口、顯示屏、鍵盤、加熱制冷裝置；本發(fā)明提供一種一臺采樣器即可完成多臺采樣器的工作，利用自動更換濾膜、吸附裝置的技術實現(xiàn)用一臺采樣器自動完成多臺以上PM2.5和有機物樣品的采集，以減少人工費用和運輸成本，節(jié)約采購費用的自動更換濾膜和吸附裝置的采樣器及其應用方法。
【專利說明】一種自動更換濾膜和吸附裝置的采樣器及其應用方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)保監(jiān)測和氣溶膠監(jiān)測【技術領域】，具體涉及一種能自動更換濾膜和吸附裝置的PM2.5和有機物采樣器及其應用方法。
【背景技術】
[0002]公眾對環(huán)境污染、霧霾天氣惡化日趨“民怨沸騰”。環(huán)境保護包括監(jiān)測與治理，2013年國務院出臺了治理大氣污染的十條措施，在161個城市進行PM2.5數(shù)值的監(jiān)測；十二屆全國人大會議上提出了以經(jīng)濟手段為主化解霧霾等環(huán)境威脅，對環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確度提出了更高的要求。PM2.5細顆粒物是世界各國污染物的監(jiān)測對象之一，也是形成霧霾的主要原因，常用的PM2.5監(jiān)測方法主要有重量法和非濾膜的自動監(jiān)測兩類方法，我國TSP/ PMlO/PM2.5的國家標準測定方法是重量法。自動監(jiān)測用的技術方案有β射線吸收法和振蕩天平、光散射法或光吸收法等，對ΡΜ2.5的監(jiān)測可實現(xiàn)自動化，但顆粒物的質(zhì)量濃度需經(jīng)轉(zhuǎn)換求得，因此，存在著轉(zhuǎn)換誤差。研究表明ΡΜ2.5可吸入人體肺部的更深處，并通過肺部組織進入人體的血液循環(huán)中，對人體健康造成更大的影響，導致過敏、人體免疫力下降，甚至致命的疾病發(fā)生。
[0003]依據(jù)現(xiàn)有技術，當采集一個ΡΜ2.5樣品時，需要用ΡΜ2.5切割器、采樣濾膜及一臺采樣器，當采集有機物或半揮發(fā)性有機物(SVOCS)樣品時，需要用濾膜、吸附裝置及一臺采樣器，，在同時采集ΡΜ2.5和有機物樣品時需要同時用二臺采樣器。所以人工取樣費用和運
輸費用高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種一臺采樣器即可完成多臺采樣器的工作，利用自動更換濾膜、吸附裝置的技術實現(xiàn)用一臺采樣器自動完成多臺以上ΡΜ2.5和有機物樣品的采集，以減少人工費用和運輸成本，節(jié)約采購費用的自動更換濾膜和吸附裝置的采樣器及其應用方法。
[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明所采取的技術方案是:一種自動更換濾膜和吸附裝置的采樣器，包括顆粒物切割器、第一位置傳感器、切割器接管、濾膜夾端蓋、濾膜夾、采樣濾膜、第二位置傳感器、第二電機、第二齒輪、吸附裝置、流量傳感器接口、第二齒條、吸附裝置接口、第三位置傳感器、流量傳感器、抽氣泵、步進電機、樣品架、溫度傳感器、單片機、USB接口、顯示屏、鍵盤、加熱制冷裝置、環(huán)境溫度傳感器、大氣壓傳感器、恒溫箱、第一電機、第一齒條、第一齒輪；
所述濾膜夾端蓋通過切割器接管與顆粒物切割器密封聯(lián)接；所述采樣濾膜安裝在濾膜夾中；所述濾膜夾通過濾膜夾端蓋設置在吸附裝置上，并與吸附裝置之間密封聯(lián)接；所述濾膜夾與吸附裝置安裝在樣品架上；所述樣品架與步進電機固定聯(lián)接；所述步進電機安裝在恒溫箱上；所述流量傳感器接口通過吸附裝置接口與吸附裝置密封聯(lián)接；所述第二電機安裝在恒溫箱上；所述第二齒輪與第二電機固定聯(lián)接；所述第二齒輪與第二齒條相嚙合；所述第一電機安裝在恒溫箱上；所述第一齒輪與第一電機固定聯(lián)接；所述第一齒輪與第一齒條相嚙合；所述樣品架、采樣濾膜及吸附裝置設于恒溫箱中；
所述第一位置傳感器、第二位置傳感器、第二電機、第三位置傳感器、流量傳感器、抽氣泵、步進電機、溫度傳感器、USB接口、顯示屏、鍵盤、加熱制冷裝置、環(huán)境溫度傳感器、大氣壓傳感器、第一電機均與單片機電聯(lián)接。
[0006]上述的自動更換濾膜和吸附裝置的采樣器，所述顆粒物切割器包括TSP、PM10、PM5、PM2.5或PMl顆粒物切割器。
[0007]上述的自動更換濾膜和吸附裝置的采樣器，所述樣品架上至少設置一個吸附裝置。
[0008]一種如上述的自動更換濾膜和吸附裝置的采樣器的應用方法，包括有以下步驟:
A)、采集第一個樣品時，由步進電機帶動樣品架旋轉(zhuǎn)，當吸附裝置上方的濾膜夾旋轉(zhuǎn)或移動至顆粒物切割器的正下方位置時，由第二位置傳感器將信號傳至單片機，單片機控制步進電機停止轉(zhuǎn)動；同時由單片機控制第一電機通過第一齒輪、第一齒條帶動切割器接管向濾膜夾正上方移動至與濾膜夾之間，由第一位置傳感器將信號發(fā)送給單片機，單片機控制第一電機停止工作，并通過切割器接管上的密封環(huán)實現(xiàn)顆粒物切割器與濾膜夾間的活動密封連接，控制第二電機通過第二齒輪、第二齒條帶動吸附裝置接口向吸附裝置出氣口的正下方移動至與吸附裝置出氣口之間，由第三位置傳感器將信號發(fā)送給單片機，單片機控制第二電機停止工作，并通過吸附裝置接口上的密封環(huán)實現(xiàn)吸附裝置出氣口與流量傳感器接口之間的活動密封連接；
B)、采集第二個樣品時，首先由單片機控制第一電機通過第一齒輪、第一齒條帶動切割器接管向上移動，并與濾膜夾脫離密封連接后，由第一位置傳感器將信號發(fā)送給單片機，單片機控制第一電機停止工作；與此同時，第二電機通過第二齒輪、第二齒條帶動吸附裝置接口向下移動并與吸附裝置出氣口脫離密封連接后，由第三位置傳感器將信號發(fā)送給單片機，由單片機控制第二電機停止工作，然后繼續(xù)步驟A)的過程，完成第二個樣品采集；
采樣時，空氣中的樣品在經(jīng)顆粒物切割器后，在經(jīng)過采樣濾膜時，顆粒物樣品和有機物樣品中顆粒態(tài)的半揮發(fā)性有機物樣品被阻留在采樣濾膜上，在經(jīng)過吸附裝置時，氣體中的有機物樣品被吸附裝置中的吸附劑吸附下來，剩余氣體通過流量傳感器、抽氣泵被排至大氣，氣體流經(jīng)流量傳感器時，從流量傳感器傳出的流量信號至單片機，與設定的采樣流量值比較，當采樣流量大于設定流量時，單片機控制抽氣泵轉(zhuǎn)速減小，使實際采樣流量維持在設定值上，實現(xiàn)恒流量采樣。
[0009]本發(fā)明自動更換濾膜和吸附裝置的采樣器及其應用方法的優(yōu)點是:
1、自動更換濾膜和吸附裝置的采樣器及其應用方法，一臺采樣器即可完成多臺采樣器的工作，利用自動更換濾膜、吸附裝置的技術，為解決人工采樣過程中人手少、需要設備多的問題，節(jié)省了采樣人工費和運輸費。
[0010]2、自動更換濾膜和吸附裝置的采樣器及其應用方法，利用自動更換濾膜、吸附裝置的技術，實現(xiàn)每小時同時采集一個PM2.5和一個有機物樣品，用來分析24小時內(nèi)空氣的污染變化趨勢。
[0011]3、自動更換濾膜和吸附裝置的采樣器及其應用方法，同批最多可采集50個顆粒物及其SVOCS和有機物樣品，其中包括25個顆粒態(tài)和25個氣態(tài)樣品。對于研究顆粒物及其空氣中的有機物，特別是PM2.5及其空氣中的有機物對人體健康的影響提供了采樣設備及技術支撐，同時為PM2.5及有機物自動監(jiān)測設備數(shù)據(jù)準確度的驗證提供了技術手段。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明:
如圖1所示，一種自動更換濾膜和吸附裝置的采樣器，包括顆粒物切割器1、顆粒物切割器I采用PM2.5顆粒物切割器，第一位置傳感器2、切割器接管3、濾膜夾端蓋4、濾膜夾
5、采樣濾膜6、第二位置傳感器7、第二電機8、第二齒輪9、吸附裝置10、流量傳感器接口
11、第二齒條12、吸附裝置接口 13、第三位置傳感器14、流量傳感器15、抽氣泵16、步進電機17、樣品架18、溫度傳感器19、單片機20、USB接口 21、顯示屏22、鍵盤23、加熱制冷裝置24、環(huán)境溫度傳感器25、大氣壓傳感器26、恒溫箱27、第一電機28、第一齒條29、第一齒輪30 ；
所述濾膜夾端蓋4通過切割器接管3與顆粒物切割器I密封聯(lián)接；所述采樣濾膜6安裝在濾膜夾5中；所述濾膜夾5通過濾膜夾端蓋4設置在吸附裝置10上，并與吸附裝置10之間密封聯(lián)接；所述濾膜夾5與吸附裝置10安裝在樣品架18上；所述樣品架18與步進電機17固定聯(lián)接；所述步進電機17安裝在恒溫箱27上；所述流量傳感器接口 11通過吸附裝置接口 13與吸附裝置10密封聯(lián)接；所述第二電機8安裝在恒溫箱27上；所述第二齒輪9與第二電機8固定聯(lián)接；所述第二齒輪9與第二齒條12相嚙合；所述第一電機28安裝在恒溫箱27上；所述第一齒輪30與第一電機28固定聯(lián)接；所述第一齒輪30與第一齒條29相嚙合；所述樣品架18、采樣濾膜6及吸附裝置10設于恒溫箱27中；
所述第一位置傳感器2、第二位置傳感器7、第二電機8、第三位置傳感器14、流量傳感器15、抽氣泵16、步進電機17、溫度傳感器19、USB接口 21、顯示屏22、鍵盤23、加熱制冷裝置24、環(huán)境溫度傳感器25、大氣壓傳感器26、第一電機28均與單片機20電聯(lián)接。
[0014]所述顆粒物切割器I包括TSP、PM10、PM5、PM2.5或PMl顆粒物切割器。
[0015]當吸附裝置10中不裝吸附劑時，根據(jù)所選用的PM2.5顆粒物切割器1，可用濾膜采集PM2.5顆粒物樣品；更換TSP、PM10、PM5、PMl等顆粒物切割器時，亦可用于采集TSP、PM10、PM5、PMl等顆粒物樣品，同批最多可采集25個樣品，當用戶用檢氣管、吸附管或吸收瓶等吸收裝置采集有害氣體時，可省去顆粒物切割器、濾膜及濾膜夾。
[0016]為防止樣品揮發(fā)、丟失，將樣品架18設計在恒溫箱27中，所述恒溫箱27有一個活動門，恒以方便送取樣品，溫箱的溫度控制點的范圍在(T30°C之間可任意設置；所述恒溫箱27內(nèi)置加熱制冷裝置24、溫度傳感器19，溫度傳感器19與加熱制冷裝置24與單片機20電聯(lián)接；工作時，由溫度傳感器19測得的信號發(fā)送給單片機20，單片機20根據(jù)設定的溫度點控制加熱制冷裝置24工作。所述加熱制冷裝置24具有加熱和制冷功能，當恒溫箱27溫度高于設定溫度時，由單片機20控制加熱制冷裝置24制冷至設定溫度，反之，則加熱至設定溫度。
[0017]所述樣品架18上至少設置一個吸附裝置10。[0018]一種如上述的自動更換濾膜和吸附裝置的采樣器的應用方法，包括有以下步驟:
A)、采集第一個樣品時，由步進電機17帶動樣品架18旋轉(zhuǎn)，當吸附裝置10上方的濾膜夾5旋轉(zhuǎn)或移動至顆粒物切割器I的正下方位置時，由第二位置傳感器7將信號傳至單片機20，單片機20控制步進電機17停止轉(zhuǎn)動；同時由單片機20控制第一電機28通過第一齒輪30、第一齒條29帶動切割器接管3向濾膜夾5正上方移動至與濾膜夾5之間，由第一位置傳感器2將信號發(fā)送給單片機20，單片機20控制第一電機28停止工作，并通過切割器接管3上的密封環(huán)實現(xiàn)顆粒物切割器I與濾膜夾5間的活動密封連接，控制第二電機8通過第二齒輪9、第二齒條12帶動吸附裝置接口 13向吸附裝置10出氣口的正下方移動至與吸附裝置10出氣口之間，由第三位置傳感器14將信號發(fā)送給單片機20，單片機20控制第二電機8停止工作，并通過吸附裝置接口 13上的密封環(huán)實現(xiàn)吸附裝置10出氣口與流量傳感器15接口之間的活動密封連接；
B)、米集第二個樣品時,首先由單片機20控制第一電機28通過第一齒輪30、第一齒條29帶動切割器接管3向上移動，并與濾膜夾5脫離密封連接后，由第一位置傳感器2將信號發(fā)送給單片機20，單片機20控制第一電機28停止工作；與此同時，第二電機8通過第二齒輪9、第二齒條12帶動吸附裝置接口 13向下移動并與吸附裝置10出氣口脫離密封連接后，由第三位置傳感器14將信號發(fā)送給單片機20，由單片機20控制第二電機8停止工作，然后繼續(xù)步驟A)的過程，完成第二個樣品采集前的準備；下個樣品采樣準備工作以此類推；
采樣時，空氣中的樣品在經(jīng)顆粒物切割器I后，在經(jīng)過采樣濾膜6時，顆粒物樣品和有機物樣品中顆粒態(tài)的半揮發(fā)性有機物樣品被阻留在采樣濾膜6上，在經(jīng)過吸附裝置10時，氣體中的有機物樣品被吸附裝置10中的吸附劑吸附下來，剩余氣體通過流量傳感器15、抽氣泵16被排至大氣，氣體流經(jīng)流量傳感器15時，從流量傳感器15傳出的流量信號至單片機20，與設定的采樣流量值比較，當采樣流量大于設定流量時，單片機20控制抽氣泵16轉(zhuǎn)速減小，使實際采樣流量維持在設定值上，實現(xiàn)恒流量采樣。反之，亦然，可完成25個PM2.5和25個有機物樣品的米樣。
[0019]當然，上述說明并非是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不限于上述舉例，本【技術領域】的普通技術人員，在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)，作出的變化、改變、添加或替換，都應屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種自動更換濾膜和吸附裝置的采樣器，其特征在于:包括顆粒物切割器(1)、第一位置傳感器(2)、切割器接管(3)、濾膜夾端蓋(4)、濾膜夾(5)、采樣濾膜(6)、第二位置傳感器(7)、第二電機(8)、第二齒輪(9)、吸附裝置(10)、流量傳感器接口(11)、第二齒條(12)、吸附裝置接口(13)、第三位置傳感器(14)、流量傳感器(15)、抽氣泵(16)、步進電機(17)、樣品架(18)、溫度傳感器(19)、單片機(20)、USB接口(21)、顯示屏(22)、鍵盤(23)、加熱制冷裝置(24)、環(huán)境溫度傳感器(25)、大氣壓傳感器(26)、恒溫箱(27)、第一電機(28)、第一齒條(29)、第一齒輪(30)； 所述濾膜夾端蓋(4)通過切割器接管(3)與顆粒物切割器(I)密封聯(lián)接；所述采樣濾膜(6)安裝在濾膜夾(5)中；所述濾膜夾(5)通過濾膜夾端蓋(4)設置在吸附裝置(10)上，并與吸附裝置(10)之間密封聯(lián)接；所述濾膜夾(5)與吸附裝置(10)安裝在樣品架(18)上；所述樣品架(18)與步進電機(17)固定聯(lián)接；所述步進電機(17)安裝在恒溫箱(27)上；所述流量傳感器接口( 11)通過吸附裝置接口( 13)與吸附裝置(10)密封聯(lián)接；所述第二電機(8)安裝在恒溫箱(27)上；所述第二齒輪(9)與第二電機(8)固定聯(lián)接；所述第二齒輪(9)與第二齒條(12)相嚙合；所述第一電機(28)安裝在恒溫箱(27)上；所述第一齒輪(30)與第一電機(28)固定聯(lián)接；所述第一齒輪(30)與第一齒條(29)相哨合；所述樣品架(18)、米樣濾膜(6)及吸附裝置(10)設于恒溫箱(27)中； 所述第一位置傳感器(2)、第二位置傳感器(7)、第二電機(8)、第三位置傳感器(14)、流量傳感器(15)、抽氣泵(16)、步進電機(17)、溫度傳感器(19)、USB接口(21)、顯示屏(22)、鍵盤(23)、加熱制冷裝置(24)、環(huán)境溫度傳感器(25)、大氣壓傳感器(26)、第一電機(28)均與單片機(20)電聯(lián)接。
2.根據(jù)權利要求1所述的自動更換濾膜和吸附裝置的采樣器，其特征在于:所述顆粒物切割器(I)包括TSP、PMlO、PM5、PM2.5或PMl顆粒物切割器。
3.根據(jù)權利要求2所述的自動更換濾膜和吸附裝置的采樣器，其特征在于:所述樣品架(18)上至少設置一個吸附裝置(10)。
4.一種如權利要求1-3任意一項所述的自動更換濾膜和吸附裝置的采樣器的應用方法，其特征在于:包括有以下步驟: A)、采集第一個樣品時，由步進電機(17)帶動樣品架(18)旋轉(zhuǎn)，當吸附裝置(10)上方的濾膜夾(5)旋轉(zhuǎn)或移動至顆粒物切割器(1)的正下方位置時，由第二位置傳感器(7)將信號傳至單片機(20)，單片機(20)控制步進電機(17)停止轉(zhuǎn)動；同時由單片機(20)控制第一電機(28 )通過第一齒輪(30 )、第一齒條(29 )帶動切割器接管(3 )向濾膜夾(5 )正上方移動至與濾膜夾(5)之間，由第一位置傳感器(2)將信號發(fā)送給單片機(20)，單片機(20)控制第一電機(28)停止工作，并通過切割器接管(3)上的密封環(huán)實現(xiàn)顆粒物切割器(I)與濾膜夾(5)間的活動密封連接，控制第二電機(8)通過第二齒輪(9)、第二齒條(12)帶動吸附裝置接口(13)向吸附裝置(10)出氣口的正下方移動至與吸附裝置(10)出氣口之間，由第三位置傳感器(14)將信號發(fā)送給單片機(20)，單片機(20)控制第二電機(8)停止工作，并通過吸附裝置接口(13)上的密封環(huán)實現(xiàn)吸附裝置(10)出氣口與流量傳感器(15)接口之間的活動密封連接； B)、采集第二個樣品時，首先由單片機(20)控制第一電機(28)通過第一齒輪(30)、第一齒條(29)帶動切割器接管(3)向上移動，并與濾膜夾(5)脫離密封連接后，由第一位置傳感器(2)將信號發(fā)送給單片機(20)，單片機(20)控制第一電機(28)停止工作；與此同時，第二電機(8)通過第二齒輪(9)、第二齒條(12)帶動吸附裝置接口(13)向下移動并與吸附裝置(10)出氣口脫離密封連接后，由第三位置傳感器(14)將信號發(fā)送給單片機(20)，由單片機(20)控制第二電機(8)停止工作，然后繼續(xù)步驟A)的過程，完成第二個樣品采集；采樣時，空氣中的樣品在經(jīng)顆粒物切割器(I)后，在經(jīng)過采樣濾膜(6)時，顆粒物樣品和有機物樣品中顆粒態(tài)的半揮發(fā)性有機物樣品被阻留在采樣濾膜(6)上，在經(jīng)過吸附裝置(10)時，氣體中的有機物樣品被吸附裝置(10)中的吸附劑吸附下來，剩余氣體通過流量傳感器(15)、抽氣泵(16)被排至大氣，氣體流經(jīng)流量傳感器(15)時，從流量傳感器(15)傳出的流量信號至單片機(20)，與設定的采樣流量值比較，當采樣流量大于設定流量時，單片機(20 )控制抽氣 泵(16 )轉(zhuǎn)速減小，使實際采樣流量維持在設定值上，實現(xiàn)恒流量采樣。
【文檔編號】G01N1/24GK103900862SQ201410144782
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月12日 優(yōu)先權日:2014年4月12日
【發(fā)明者】王鵬, 曲健, 張明池, 張大慶, 劉志軍, 李火, 丁瑤瑤, 王丕征 申請人:青島恒遠檢測技術有限公司