手持式采樣頭、表征氣溶膠的分析裝置及方法
【專(zhuān)利摘要】在分析裝置（31）的采樣頭（1）中，通過(guò)采樣管（2）提供的樣品流與通過(guò)稀釋空氣進(jìn)氣口（4）提供的稀釋空氣流可在稀釋組件（3）中混合，從而與活動(dòng)部件（8）協(xié)同運(yùn)動(dòng)的至少一個(gè)容納室中所運(yùn)載的體積量在樣品流與稀釋空氣流之間進(jìn)行互相交換，其中分析裝置（31）具有用于分析略微稀釋的樣品流的氣體分析儀（35）以及用于分析加濃的稀釋空氣流的顆粒測(cè)定組件（32）。
【專(zhuān)利說(shuō)明】手持式采樣頭、表征氣溶膠的分析裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于采集含懸浮顆粒的氣溶膠的手持式采樣頭，該采樣頭帶有采樣管和集成的稀釋組件，稀釋組件連接于組件采樣管并具有稀釋空氣進(jìn)氣口。
[0002]在分析或表征氣溶膠的分析裝置中，已知這種采樣頭，其中采樣頭用于從大量樣本原料或流動(dòng)的氣溶膠中取出一定量樣品。在此情況下，通常在稀釋組件中將稀釋空氣或稀釋氣體噴入所采集的樣品中，從而能夠進(jìn)行后續(xù)分析或者使之更為容易。
[0003]同時(shí)，本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種表征氣溶膠的分析裝置。
[0004]最后，本發(fā)明涉及一種表征氣溶膠的方法，其中氣溶膠包括載氣和其中包含的懸浮顆粒。
【背景技術(shù)】
[0005]聯(lián)邦第一條例-污染控制條例修正版規(guī)定降低小型和中型固體燃料設(shè)備的粉塵或顆粒排放量的限額。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提出一種適用于諸多應(yīng)用領(lǐng)域的可簡(jiǎn)單手動(dòng)操控的測(cè)量器。
[0007]為解決上述目的，本發(fā)明提出一種前述類(lèi)型的手持式采樣頭，其中稀釋組件包括帶有第一接觸面的第一部件以及帶有第二接觸面的第二部件，這兩個(gè)部件布置成可以相對(duì)移動(dòng)并可通過(guò)其各自的接觸面平面接觸；在第一部件的第一接觸面形成通向第二部件的樣品通道，該樣品通道連至樣品管；在第一部件的第一接觸面形成通向第二部件的稀釋空氣通道，該稀釋空氣通道連至稀釋空氣進(jìn)氣口 ；在第二部件的第二接觸面形成至少一個(gè)通向第一部件的容納室，從而在第一部件向第二部件相對(duì)運(yùn)動(dòng)期間，容納室可依次與樣品通道和稀釋空氣通道相連接。
[0008]由此，本發(fā)明提供一種手持式采樣頭，該采樣頭的稀釋原理不同于已知的閥門(mén)技術(shù)，通過(guò)該原理亦可實(shí)現(xiàn)很高的稀釋因數(shù)，而無(wú)需過(guò)多的稀釋空氣流。
[0009]本發(fā)明可能實(shí)現(xiàn)很高的稀釋因數(shù)，同時(shí)并不像已知的閥門(mén)技術(shù)那樣將稀釋空氣送至樣品總量?jī)?nèi)，而是將部分量的樣品送至稀釋空氣中。
[0010]因此，根據(jù)本發(fā)明在采樣頭中實(shí)現(xiàn)的稀釋原理并未采用閥門(mén)，亦不必通過(guò)閥門(mén)來(lái)弓I導(dǎo)樣品，這本會(huì)導(dǎo)致相關(guān)閥門(mén)的相對(duì)較快的堵塞樣品。
[0011]為使采樣頭中的稀釋組件節(jié)省空間，第一部件和/或第二部件構(gòu)造成盤(pán)狀。接觸面可構(gòu)成于盤(pán)狀部分的側(cè)面。
[0012]為實(shí)現(xiàn)該稀釋原理，兩部件之間可能有不同的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由此至少一個(gè)容納室在樣品通道和稀釋空氣通道之間來(lái)回運(yùn)動(dòng)。
[0013]在機(jī)械力學(xué)方面，特別有利地，相對(duì)運(yùn)動(dòng)沒(méi)有換向點(diǎn)。
[0014]舉例而言，在一種設(shè)置中，第一部件和第二部件布置成可繞旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)旋轉(zhuǎn)。
[0015]從而，至少一個(gè)容納室可在樣品通道和稀釋氣體通道之間往復(fù)地來(lái)回運(yùn)動(dòng)。[0016]在一種設(shè)置中，第一部件布置成固定。由此，可以簡(jiǎn)單方式使樣品通過(guò)樣品管道輸向樣品通道并使稀釋空氣通過(guò)稀釋空氣進(jìn)氣口輸向稀釋空氣管道。
[0017]為實(shí)現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在一種設(shè)置中，可旋轉(zhuǎn)地安置第二部件。
[0018]為最理想地通過(guò)樣品通道和稀釋空氣通道所提供的開(kāi)口并實(shí)現(xiàn)在至少一個(gè)容納室與樣品通道或稀釋空氣通道之間的均勻混合，在一種設(shè)置中，樣品通道和/或稀釋空氣通道沿圓弧構(gòu)成腎狀。其優(yōu)勢(shì)在于，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)期間，至少一個(gè)容納室可沿樣品通道或者稀釋空氣通道的整個(gè)縱向延伸運(yùn)動(dòng)。
[0019]為使相對(duì)運(yùn)動(dòng)自動(dòng)進(jìn)行，在一種設(shè)置中，第二部件抗扭地布置于優(yōu)選為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的軸上。
[0020]在軸貫穿第一部件的情況下，可使第二部件的空間使用性尤佳并特別易于抵近第部件。
[0021]在一種設(shè)置中，在第一部件反向于第二部件的一側(cè)上驅(qū)動(dòng)軸。其優(yōu)勢(shì)在于，無(wú)需拆分驅(qū)動(dòng)軸的驅(qū)動(dòng)連接，即可以簡(jiǎn)單的方式將第二部件安裝于軸上或出于維護(hù)目的將其拆下。
[0022]出于維護(hù)或者類(lèi)似目的而更易于抵近稀釋組件，在一種設(shè)置中，稀釋組件布置于覆蓋罩之下，其中覆蓋罩與采樣頭的附帶殼體相連接。
[0023]舉例而言，覆蓋罩可拆開(kāi)地與殼體相連。在連接處可構(gòu)成有密封墊。特別有利地，當(dāng)覆蓋罩通過(guò)螺旋式或者插旋式連接與殼體相連。
[0024]為通過(guò)簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)第一部件與第二部件面接觸，在一種設(shè)置中，彈性部件軸向作用于第二部件。舉例而言，彈簧件可由彈簧或可彈性變形的實(shí)心體或類(lèi)似部件構(gòu)成。
[0025]此情況下，在一種設(shè)置中，彈性部件支撐于覆蓋罩上。其優(yōu)勢(shì)在于，可簡(jiǎn)單安裝稀釋組件。
[0026]第一部件與第二部件的面接觸在各自的接觸面可實(shí)現(xiàn)氣密，以免從樣品通道或稀釋空氣通道或者至少一個(gè)容納室泄漏氣體/氣溶膠。
[0027]為免磨損接觸面，在一種設(shè)置中，第一部件和第二部件由相同材料制成。其優(yōu)勢(shì)在于，兩個(gè)部件具有一致的硬度，從而可盡量降低磨損。
[0028]已證實(shí)，特別有利地，第一部件和第二部件由陶瓷制成，以使稀釋組件特別堅(jiān)固耐用。
[0029]為免在稀釋組件中產(chǎn)生不理想的干擾性冷凝，在一種設(shè)置中，集成用于加熱稀釋組件的加熱裝置。
[0030]在此，特別有利地，加熱裝置設(shè)置用以加熱第一部件和/或第二部件。
[0031]舉例而言，在一種設(shè)置中，加熱裝置包括平置于第一部件或第二部件上的加熱箔。其優(yōu)勢(shì)在于，加熱箔所需的結(jié)構(gòu)空間極小，并且面接觸可對(duì)受熱部件形成良好的熱傳導(dǎo)。
[0032]舉例而言，在一種設(shè)置中，加熱箔可布置于第一部件反向于第二部件的一側(cè)上。由此，加熱箔布置成遠(yuǎn)離活動(dòng)件，以免受機(jī)械磨損。
[0033]為提高加熱裝置熱功率的利用率，在一種設(shè)置中，第一部件和/或第二部件被絕熱外罩包繞。
[0034]為免不理想的干擾性冷凝以及測(cè)量結(jié)果的誤差，在一種設(shè)置中，采樣管具有加熱器。優(yōu)選地，加熱器延及采樣管的整個(gè)長(zhǎng)度或基本上整個(gè)長(zhǎng)度。[0035]根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方案的一種設(shè)置中，稀釋空氣通道在流通方向上于稀釋組件之后連至導(dǎo)電材料制成的測(cè)量管。舉例而言，測(cè)量管可由耐化學(xué)腐蝕的傳導(dǎo)性軟管制成，優(yōu)選由碳增強(qiáng)硅樹(shù)脂制成。其優(yōu)勢(shì)在于，可避免由于所輸送的空氣中包含懸浮顆粒而使測(cè)量管產(chǎn)生靜電負(fù)荷。這樣的靜電負(fù)荷將會(huì)導(dǎo)致懸浮顆粒從用于進(jìn)一步測(cè)量的富含懸浮顆粒的稀釋空氣中脫出。這會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)誤差。
[0036]可設(shè)置用于每時(shí)間單位在樣品通道和稀釋空氣通道之間來(lái)回運(yùn)動(dòng)的容納室的計(jì)數(shù)裝置。其優(yōu)勢(shì)在于，通過(guò)簡(jiǎn)單的方式，例如通過(guò)測(cè)量相對(duì)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)數(shù)，確定每時(shí)間單位利用一個(gè)或多個(gè)容納室傳輸或者交換的流量。在這種情況下，計(jì)數(shù)裝置可集成于采樣頭或跟據(jù)本發(fā)明的分析裝置的分析器中。
[0037]因此，在控制驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)的情況下，可知每時(shí)間單位內(nèi)從樣品側(cè)到稀釋空氣側(cè)傳輸一定量樣品的容納室的數(shù)量且誤差甚微。該數(shù)量乘以容納室的容積即可得出樣品的總傳輸量。由于下游設(shè)置的顆粒測(cè)定組件中檢測(cè)的懸浮顆粒只可能來(lái)源于樣品流，因此稀釋空氣流量可在一定范圍內(nèi)變化，而無(wú)須精確控制稀釋空氣流量。由此，通過(guò)稀釋組件的體積流量亦不必嚴(yán)格恒定，這對(duì)設(shè)置于下游的泵和管道的流體阻力的要求顯著下降。
[0038]為獲得特別精確限定的稀釋比例，在一種設(shè)置中，稀釋空氣進(jìn)氣口連至稀釋空氣通道的某一端或特定端并且采樣管連至樣品通道的某一端或特定端，從而限定第二部件向第一部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向與流通方向一致。其優(yōu)勢(shì)在于，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)期間，至少一個(gè)容納室與各自的通道之間可獲得盡可能長(zhǎng)時(shí)間的連通。由此，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)期間，至少一個(gè)容納室首先與稀釋空氣進(jìn)氣口通向的稀釋空氣通道連通并且首先與采樣管通向的樣品通道的端部連通。
[0039]在另一種設(shè)置中，第一部件向第二部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)可設(shè)置成至少一個(gè)采樣室沿著稀釋空氣通道反向于其中的流通方向運(yùn)動(dòng)。其優(yōu)勢(shì)在于，即便流速很慢的情況下，亦可通過(guò)渦流使容納室中所含的流量與稀釋空氣通道中所含的流量實(shí)現(xiàn)良好的均勻混合。
[0040]為解決上述目的，本發(fā)明提出一種前述的分析裝置，其中根據(jù)本發(fā)明的采樣頭連至便攜式分析器。
[0041]其優(yōu)勢(shì)在于，由此可裝配適用于諸多領(lǐng)域的測(cè)量設(shè)備，例如，用于監(jiān)控含大量顆粒的材料/產(chǎn)品的運(yùn)輸及制造、用于常規(guī)的燃燒設(shè)備或諸如此類(lèi)領(lǐng)域。
[0042]為限定分析裝置的各手動(dòng)操作構(gòu)件的數(shù)量，在一種設(shè)置中，在分析器中集成稀釋空氣過(guò)濾器，該過(guò)濾器可連至采樣頭的稀釋空氣進(jìn)氣口。由此，其優(yōu)勢(shì)還在于，稀釋空氣過(guò)濾器的進(jìn)氣歧管布置成盡量遠(yuǎn)離采樣頭，從而最大限度地排除部分樣品原料不受控制地落入稀釋空氣中的情況。
[0043]為確定氣溶膠中懸浮顆粒的質(zhì)量，在一種設(shè)置中，分析器具有采樣器，該采樣器連至稀釋組件的稀釋空氣通道。其優(yōu)勢(shì)在于，利用根據(jù)本發(fā)明的稀釋組件可實(shí)現(xiàn)特別高的稀釋因數(shù)，較適用于采樣器式測(cè)量方法。
[0044]在本發(fā)明一實(shí)施方案的一種設(shè)置中，分析器具有至少一個(gè)用于確定氣溶膠的載氣中的至少一種氣態(tài)組分的傳感器，該傳感器連至稀釋組件中的樣品通道。其優(yōu)勢(shì)在于，從稀釋組件中分離的可用或至少近乎未稀釋的樣品量可用于組分分析?？梢院?jiǎn)單方式通過(guò)計(jì)算校正由此產(chǎn)生的再稀釋。
[0045]由此，根據(jù)本發(fā)明的分析裝置能夠借由采樣器，在確定懸浮顆粒的質(zhì)量和/或數(shù)量(某一顆粒大小范圍內(nèi)的顆粒濃度和/或顆粒數(shù)量)的同時(shí)，即在同一時(shí)間或在短暫的時(shí)間間隔內(nèi)，還測(cè)量氣體(如氧氣、一氧化碳或其他組分)的濃度。
[0046]為遵循傳感器的測(cè)量范圍，在一種設(shè)置中，在傳感器上游設(shè)置附加稀釋組件。由此，該附加的稀釋組件設(shè)置于第一稀釋組件下游，優(yōu)選地，該附加稀釋組件按照另一稀釋原理工作，例如采用噴嘴或閥門(mén)技術(shù)。優(yōu)選地，該稀釋組件集成于分析器中。
[0047]為操作采樣器，在一種設(shè)置中，分析器具有泵，該泵布置于吸氣方向上采樣器之后。其優(yōu)勢(shì)在于，泵不會(huì)導(dǎo)致采樣器的測(cè)量結(jié)果的誤差。
[0048]在一種設(shè)置中，分析器亦具有泵，該泵布置于吸氣方向上至少一個(gè)傳感器之前。其優(yōu)勢(shì)在于，傳感器可在非承壓的情況下運(yùn)行。由此，可在傳感器之后獲得另一通向排氣口的氣體通路。
[0049]優(yōu)選地，不同的泵構(gòu)造用于采樣器和傳感器，從而盡可能地協(xié)調(diào)各自的需求。
[0050]為解決上述目的，本發(fā)明提出一種前述的方法，根據(jù)本發(fā)明的一種設(shè)置中，將含有氣溶膠的樣品流和稀釋空氣流輸向稀釋組件；預(yù)定體積量的樣品流和稀釋空氣流在稀釋組件中相互交換；將稀釋空氣流在氣流方向上稀釋組件之后輸向顆粒測(cè)定組件，利用該顆粒測(cè)定組件可確定懸浮顆粒的數(shù)量和/或質(zhì)量比率；將樣品流在氣流方向上稀釋組件之后輸向至少一個(gè)傳感器，用于確定氣溶膠的載氣中的至少一種氣態(tài)組分。顆粒測(cè)定組件可構(gòu)造成質(zhì)量測(cè)定組件，用以確定懸浮顆粒的質(zhì)量比率。
[0051]由此，即可實(shí)現(xiàn)懸浮顆粒質(zhì)量比率的確定(對(duì)此需要較高的稀釋因數(shù))，同時(shí)亦可實(shí)現(xiàn)載氣組分的確定(對(duì)此需要另一稀釋因數(shù))。通過(guò)根據(jù)發(fā)明的交換，在稀釋之后產(chǎn)生兩股氣流，可分別用于不同目的。而在當(dāng)前已知的閥門(mén)技術(shù)中，稀釋之后僅提供一股氣流，這股氣流僅能用于確定質(zhì)量比率或用于確定氣態(tài)組分。
[0052]舉例而言，確定氣態(tài)組分可包括確定載氣中組分的種類(lèi)和/或組分所占的比率。
[0053]為了簡(jiǎn)單評(píng)估測(cè)量結(jié)果，在一種設(shè)置中，每單位時(shí)間在稀釋組件中交換一定體積量，通過(guò)該體積量在稀釋空氣流中取得預(yù)定的稀釋比例。
[0054]倘若通過(guò)在包含稀釋空氣通道的第一部件與包含至少一個(gè)容納室的第二部件之間的規(guī)律性相對(duì)運(yùn)動(dòng)(例如勻速圓周運(yùn)動(dòng))實(shí)現(xiàn)交換，則通過(guò)產(chǎn)生體積流量恒定的稀釋空氣流，容易取得預(yù)定的稀釋比例。
[0055]為避免出現(xiàn)不理想的干擾性冷凝和雜質(zhì)，在一種設(shè)置中，加熱稀釋組件之前的樣品流和/或加熱稀釋組件。
[0056]為調(diào)節(jié)恒定的體積流量并/或平衡壓力波動(dòng)，在一種設(shè)置中，稀釋空氣流在顆粒測(cè)定組件之后輸過(guò)緩沖腔及隨后的細(xì)管和泵。
[0057]為監(jiān)控顆粒測(cè)定組件的高效能性并/或調(diào)節(jié)泵的功率，在一種設(shè)置中，測(cè)量稀釋空氣流通過(guò)顆粒測(cè)定組件的壓降并/或測(cè)量稀釋空氣流的體積流量。其優(yōu)勢(shì)在于，可以簡(jiǎn)單的方式識(shí)別并顯示稀釋空氣流的變化，例如可通過(guò)顆粒測(cè)定組件中采樣器的附加噴嘴引起這種變化。
[0058]在一種設(shè)置中，通過(guò)使至少一個(gè)容納室交替與樣品流和稀釋空氣流相連來(lái)進(jìn)行體積量的交換。其優(yōu)勢(shì)在于，通過(guò)控制至少一個(gè)采樣室的大小可簡(jiǎn)單地預(yù)先給定被交換的體積量。
[0059]舉例而言，在一種設(shè)置中，測(cè)量每單位時(shí)間交換的體積量。優(yōu)選地，通過(guò)計(jì)數(shù)各時(shí)間單位至少一個(gè)容納室在樣品流與稀釋空氣流之間來(lái)回運(yùn)動(dòng)的頻率來(lái)完成測(cè)量。倘若至少一個(gè)容納室通過(guò)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)在樣品流與稀釋空氣流之間運(yùn)動(dòng)，則可通過(guò)測(cè)量或預(yù)先給定旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)執(zhí)行計(jì)數(shù)。通過(guò)測(cè)量交換的體積量可知稀釋空氣中所包含的懸浮顆粒的數(shù)量，從而容易對(duì)顆粒測(cè)定組件的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行評(píng)估和比較。
[0060]舉例而言，在另一種設(shè)置中，對(duì)測(cè)得的體積量與顆粒測(cè)定組件的至少一個(gè)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行結(jié)算。其優(yōu)勢(shì)在于，在必要時(shí)通過(guò)簡(jiǎn)單的方式即可使顆粒測(cè)定組件的測(cè)量結(jié)果達(dá)到法定標(biāo)準(zhǔn)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0061]下面根據(jù)一實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，但并非僅限于該實(shí)施方案。通過(guò)權(quán)利要求所述的一個(gè)或多個(gè)特征相互結(jié)合并且/或者與下述實(shí)施方案所述的一個(gè)或多個(gè)特征相結(jié)合亦可得出其他實(shí)施方案。
[0062]在附圖中:
[0063]圖1表示根據(jù)本發(fā)明的采樣頭的立體剖視圖；
[0064]圖2表示如圖1所示采樣頭的稀釋組件的部分分解視圖；
[0065]圖3表示如圖1所示根據(jù)本發(fā)明的采樣頭從另一角度的立體剖視圖；
[0066]圖4表示如圖1所示采樣頭的稀釋組件從另一角度的立體剖視圖；
[0067]圖5表示如圖2所示稀釋組件的根據(jù)本發(fā)明的第一部件接觸面的視圖；
[0068]圖6表示如圖5所示第一部件在相反側(cè)的視圖；
[0069]圖7表示如圖2所示稀釋組件的根據(jù)本發(fā)明的第二部件接觸面的視圖；
[0070]圖8表示如圖7所示第二部件在相反側(cè)的視圖；
[0071]圖9表示如圖1所示采樣頭的另一立體剖視圖；
[0072]圖10表示根據(jù)本發(fā)明的分析裝置的氣體走向示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0073]圖1至圖9表示在所有附圖中均以標(biāo)號(hào)I表示的采樣頭的不同視圖或組成部分并在下文中進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0074]采樣頭I具有采樣管2，通過(guò)該采樣管2將含有懸浮顆粒的氣溶膠輸向稀釋組件3。
[0075]稀釋組件3還具有稀釋空氣進(jìn)氣口 4，通過(guò)該進(jìn)氣口 4稀釋空氣從稀釋空氣管5輸向稀釋組件3。
[0076]稀釋組件3具有第一部件6，該第一部件6構(gòu)造成盤(pán)狀并呈現(xiàn)第一接觸面7。
[0077]稀釋組件3具有另一第二部件8，該第二部件同樣構(gòu)造成盤(pán)狀并與第一部件6的基本形狀相對(duì)應(yīng)。
[0078]第二部件8呈現(xiàn)第二接觸面9，在工作位置，該第二接觸面9氣密地平置于第一接觸面7上。
[0079]從圖5和圖6的細(xì)節(jié)示圖中可特別清楚地看出，在第一部件6的第一接觸面7中構(gòu)成樣品通道10，該樣品通道10在工作位置通向第二元件8。
[0080]在第一接觸面7中還構(gòu)成稀釋空氣通道11，該稀釋空氣通道11同樣在工作位置通向第二元件8。
[0081]樣品通道10和稀釋空氣通道11分別呈腎形沿圓弧延伸。
[0082]兩個(gè)圓弧具有相應(yīng)的半徑及相應(yīng)的中心，其中心與第二部件8旋轉(zhuǎn)中心重合。
[0083]樣品通道10連接至采樣管2的端部12，同時(shí)稀釋空氣通道11連接至稀釋空氣進(jìn)氣口 4的端部13。
[0084]第二元件8的第二接觸面9上設(shè)有十個(gè)容納室14作為流腔。
[0085]容納室14布置于繞第二部件8的中心點(diǎn)所成的圓上，該中心點(diǎn)同時(shí)也是第二元件8的旋轉(zhuǎn)中心。
[0086]在另一實(shí)施方案中，可實(shí)現(xiàn)不同數(shù)量的容納室，例如單個(gè)采樣室以及兩個(gè)、三個(gè)或多于三個(gè)容納室14。
[0087]在根據(jù)圖1至圖9所示的實(shí)施方案中，相對(duì)于第二部件8的旋轉(zhuǎn)中心布置容納室14，從而在工作位置上第二元件8向第一元件6的旋轉(zhuǎn)中，容納室14交替地與樣品通道10和稀釋空氣通道11相互連接。
[0088]由此，可使容納室14中的內(nèi)容物一方面與樣品通道10進(jìn)行氣體或氣溶膠的交換，另一方面亦與稀釋空氣通道11進(jìn)行氣體或氣溶膠的交換，因而，可在采樣通道10中流動(dòng)的樣品流與在稀釋空氣通道11中流動(dòng)的稀釋空氣流之間引起通過(guò)容納室14的預(yù)定大小的體積量的交換。
[0089]以這種方式，無(wú)需在一側(cè)增壓即可完成稀釋。
[0090]在第二部件8相對(duì)于第一部件6的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，該相對(duì)運(yùn)動(dòng)在所示的實(shí)施方案中是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或勻速圓周運(yùn)動(dòng)，第一部件6保持固定，同時(shí)第二部件8可抗扭地連接至由電動(dòng)機(jī)16驅(qū)動(dòng)的軸15。
[0091]對(duì)此，將軸15引導(dǎo)通過(guò)第一部件6的中心孔17并貫穿而過(guò)。
[0092]在驅(qū)動(dòng)軸15上構(gòu)造卡夾18，該卡夾18在徑向方向上延展并接合于第二部件8上相應(yīng)的凹部19，用以使裝于軸15上的第二部件8抗扭連接。
[0093]第一部件8利用插入四個(gè)緊固孔50的固定裝置固定于采樣頭。
[0094]通過(guò)錐梯體20，傳動(dòng)軸15和電動(dòng)機(jī)16之間建立有效連接，其中電動(dòng)機(jī)16可布置成其縱軸定向至手柄21的延伸方向。
[0095]稀釋組件3布置于可拆下的覆蓋罩22之下。
[0096]覆蓋罩22是圓頂形并與另外的附帶殼體23相連接。
[0097]第二部件8和覆蓋罩22之間插入彈簧24 (或其他彈性部件)，該彈簧24軸向作用于第二部件8并由此使第一接觸面7和第二接觸面9互相疊壓，從而形成氣密密封。
[0098]第一部件6和第二部件8均由陶瓷材料制成，例如通過(guò)鑄造、鍛壓、燒結(jié)和/或銑削制造。
[0099]加熱箔25平置于第一部件6的背面51上，背面51與第一接觸面7相反并由此反向于第二部件8，該加熱箔25及其附帶的電子線路(圖中未示)形成用于加熱稀釋組件3的加熱裝置。
[0100]由此，被加熱的第一部件6被包繞于杯狀外罩26中，該外罩26使手柄21和外殼23與由加熱箔25產(chǎn)生的熱量隔絕。
[0101 ] 沿采樣管2構(gòu)造加熱器27，利用加熱器27使采樣管2保持在氣溶膠的冷凝溫度之上。
[0102]加熱箔25同樣亦在一定溫度下才開(kāi)始工作，在該溫度時(shí)稀釋組件3中不會(huì)發(fā)生冷凝。
[0103]從圖5可以更清楚地看出，采樣管2的進(jìn)出口和稀釋空氣進(jìn)氣口 4布置于樣品通道10或者稀釋空氣通道11的端部12和13，從而根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)28 (即第二部件8向第一部件6的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng))確定彼此同向的流通方向29和30。
[0104]在該實(shí)施方案中，流通方向29和30均具有與相對(duì)運(yùn)動(dòng)28相反的旋轉(zhuǎn)方向。
[0105]圖中所示的相對(duì)運(yùn)動(dòng)28表示第二部件8相對(duì)于固定的第一部件6的運(yùn)動(dòng)。
[0106]由此，容納室14沿著稀釋空氣通道11導(dǎo)向其流通方向30。
[0107]在圖1至圖9中所示的采樣頭I用于分析裝置31，其氣體流動(dòng)示意圖如圖10所
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[0108]可以看出，采樣頭I連至分析器，該分析器由圖10中所示的除稀釋組件3和采樣管2之外的其他各部件構(gòu)成。
[0109]分析裝置31的分析器相應(yīng)具有帶有采樣器33的顆粒測(cè)定組件32，該采樣器33通過(guò)測(cè)量管34與稀釋空氣管道11相連接(參閱圖1至圖5)。
[0110]測(cè)量管34由構(gòu)成導(dǎo)電材料的碳增強(qiáng)硅樹(shù)脂制成。
[0111]通過(guò)顆粒測(cè)定組件32，可確定氣溶膠中懸浮顆粒的質(zhì)量比例。
[0112]分析裝置31的分析器還具有集成的氣體分析儀，該氣體分析儀具有一個(gè)或多個(gè)傳感器，用于確定氣溶膠的載氣中的至少一種氣態(tài)組分。
[0113]氣體分析儀35前方聯(lián)接包括冷凝槽及精濾器的組合裝置37和顆粒過(guò)濾器39，它們通過(guò)樣品管40連至樣品通道10的出口。
[0114]稀釋空氣管5、測(cè)量管34和樣品管40以及連接電線41均在罩體(圖中未示)內(nèi)導(dǎo)向分析器。
[0115]氣體分析儀35配有泵(圖中未示)，該泵使樣品通道10中產(chǎn)生樣品流。
[0116]采樣器33的后方聯(lián)接另一泵42，通過(guò)該泵42可在稀釋空氣通道11中產(chǎn)生稀釋空氣流。
[0117]為了產(chǎn)生勻速的稀釋空氣流，泵42設(shè)有由緩沖腔43及其后方聯(lián)接的細(xì)管44構(gòu)成的組合。在此，細(xì)管44在臨界狀態(tài)下運(yùn)行，從而泵壓力的升高并不會(huì)造成傳輸量的顯著變化。
[0118]為了保護(hù)細(xì)管44，過(guò)濾器45布置于緩沖腔43與細(xì)管44之間。
[0119]在另一實(shí)施方案中，未設(shè)細(xì)管44和濾波器45。
[0120]在采樣頭I中，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)16的轉(zhuǎn)數(shù)(參照?qǐng)D1)。在采樣頭I或者分析裝置31的分析器(特別是粒子測(cè)定組件32)中構(gòu)造計(jì)數(shù)組件，該計(jì)數(shù)組件由實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)推導(dǎo)出在樣品通道10與稀釋空氣通道11之間通過(guò)旋轉(zhuǎn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的容納室14的數(shù)量，其中容納室14每再重復(fù)來(lái)回運(yùn)動(dòng)，均再次計(jì)數(shù)。據(jù)此，可通過(guò)獲悉采樣室14的容積計(jì)算出已混入稀釋空氣的樣品量。由此，使顆粒測(cè)定組件的測(cè)量結(jié)果符合體積量和/或標(biāo)準(zhǔn)體積的標(biāo)準(zhǔn)。
[0121]根據(jù)圖10所示的實(shí)施方案的采樣器33可利用壓力傳感器46和47來(lái)監(jiān)控，利用壓力傳感器46和47可測(cè)量采樣器33兩端的壓差或壓降。根據(jù)所測(cè)得的采樣器33兩端的壓差調(diào)節(jié)泵42的泵功率。[0122]稀釋空氣流可通過(guò)dV/dt傳感器48來(lái)監(jiān)控，利用該傳感器48可測(cè)量稀釋空氣流的體積流量。
[0123]利用緩沖腔43和細(xì)管44可將稀釋空氣流調(diào)節(jié)為恒定的體積流量，可利用壓力傳感器46和47并/或利用dV/dt傳感器48對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控。
[0124]在分析裝置31的分析器中可進(jìn)一步設(shè)置過(guò)濾器49，用以清洗吸過(guò)稀釋空氣管5的稀釋空氣。
[0125]在分析裝置31的采樣頭I中，在一種設(shè)置中，通過(guò)采樣管2輸入的樣品流與由稀釋空氣進(jìn)氣口 4輸入的稀釋空氣流在稀釋組件3中混合，從而在至少一個(gè)與活動(dòng)部件8協(xié)動(dòng)的采樣室中協(xié)帶引導(dǎo)的體積量在樣品流和稀釋空氣流之間互相交換，其中分析裝置31具有用于分析略微稀釋的樣品流的氣體分析儀35以及用于分析加濃的稀釋空氣流的顆粒測(cè)定組件32。
【權(quán)利要求】
1.一種用于采集含有懸浮顆粒的氣溶膠的手持式采樣頭(I)，該采樣頭(I)帶有一采樣管(2)和一集成的稀釋組件(3)，所述稀釋組件(3)連至所述采樣管(2)并具有一稀釋空氣進(jìn)氣口(4)， 其特征在于: 所述稀釋組件(3)包括一帶有第一接觸面(7)的第一部件(6)以及一帶有第二接觸面(9 )的第二部件(8 )，所述第一及第二部件(6，8 )布置成彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)并通過(guò)其各自接觸面(7，9)平面接觸； 在所述第一部件(6)的所述第一接觸面(7)上構(gòu)成一通向所述第二部件(8)的樣品通道(10)，該樣品通道(10)連至所述采樣管(2); 在所述第一部件(6)的所述第一接觸面(7)上構(gòu)成一通向所述第二部件(8)的稀釋空氣通道(11)，該稀釋空氣通道(11)連至所述稀釋空氣進(jìn)氣口( 4); 在所述第二部件(8)的所述第二接觸面(9)上構(gòu)成至少一通向所述第一部件(6)的容納室(14)，以使該容納室(14)在所述第一部件(6)向所述第二部件(8)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)依次與所述樣本通道(10)及 所述稀釋空氣通道(11)建立連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采樣頭(I)，其特征在于，所述第一部件(6)和/或所述第二部件(8 )構(gòu)造成盤(pán)狀；并且/或者所述第一部件(6 )和所述第二部件(8 )布置成可繞一旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)旋轉(zhuǎn)；并且/或者所述第一接觸面(7)氣密地置于所述第二接觸面(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采樣頭(1)，其特征在于，所述第一部件(6)布置成固定；并且/或者所述第二部件(8)設(shè)置成可旋轉(zhuǎn)；并且/或者所述樣品通道(10)和/或所述稀釋空氣通道(11)沿圓弧構(gòu)造成腎狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的采樣頭(I)，其特征在于，所述第二部件(8)抗扭地布置于一驅(qū)動(dòng)軸(15)上；并且/或者所述軸(15)貫穿所述第一部件(6);并且/或者于所述第一部件(6)反向于所述第二部件(8)的一側(cè)驅(qū)動(dòng)所述軸(15)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的采樣頭(1)，其特征在于，所述稀釋組件(3)布置于一覆蓋罩(22)之下，其中所述覆蓋罩(22)優(yōu)選為可拆卸地與所述采樣頭(I)的一附帶殼體(23)相連接；并且/或者一彈性元件，特別是一彈簧(24)，軸向作用于所述第二部件(8 )，特別其中所述彈性元件(24 )支撐于所述覆蓋罩(22 )。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的采樣頭(1)，其特征在于，所述第一部件(6)和所述第二部件(8)由相同材料制成，特別是由陶瓷制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的采樣頭(1)，其特征在于，所述采樣頭(I)集成一加熱裝置(25)，用以加熱所述稀釋組件(3)，特別是所述第一部件(6)和/或所述第二部件(8);并且/或者所述加熱裝置具有一加熱箔(25)，該加熱箔(25)平置于所述第一部件(6)或所述第二部件(8)上；并且/或者所述加熱箔(25)布置于所述第一部件(6)反向于所述第二部件(8)的一側(cè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的采樣頭(I)，其特征在于，所述第一部件(6)和/或所述第二部件(8)由一隔熱外罩(26)包繞；并且/或者所述采樣管(2)具有一加熱器(27)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的采樣頭(I)，其特征在于，所述稀釋空氣通道(11)在流通方向(30)上所述稀釋組件(3)之后連至一測(cè)量管(34)，該測(cè)量管(34)由導(dǎo)電材料制成，特別是由碳增強(qiáng)硅樹(shù)脂制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的采樣頭(I)，其特征在于，所述采樣頭(I)設(shè)有一用于每單位時(shí)間在所述樣本通道(10)和所述稀釋空氣通道(11)之間來(lái)回運(yùn)動(dòng)的容納室(14)的計(jì)數(shù)裝置。
11.一種用于表征氣溶膠的分析裝置(31)，其特征在于，該裝置包括根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的采樣頭(I )，該采樣頭(I)連至一便攜式分析器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的分析裝置(31)，其特征在于，在所述分析器中集成一稀釋空氣過(guò)濾器(49)，該過(guò)濾器(49)連至所述采樣頭(I)的所述稀釋空氣進(jìn)氣口(4);并且/或者所述分析器具有一采樣器(33)，該采樣器連至所述稀釋組件(3)的所述稀釋空氣通道(11);并且/或者所述分析器具有至少一用于確定氣溶膠的載氣中的至少一氣態(tài)組分的傳感器(36 )，該傳感器(36 )連至所述稀釋組件(3 )的所述樣品通道(10 );并且/或者所述傳感器(36)的前方設(shè)置一附加的稀釋組件。
13.根據(jù)權(quán)利要求 11或12所述的分析裝置(31)，其特征在于，所述分析器具有一泵(42)，其布置于吸氣方向上所述采樣器(33)之后；并且/或者所述分析器具有一布置于吸氣方向上所述至少一傳感器(36)之前的泵。
14.一種表征氣溶膠的方法，其中所述氣溶膠具有載氣及含于其中的懸浮顆粒， 其特征在于: 將一含有氣溶膠的樣品流和一稀釋空氣流輸向一稀釋組件(3); 預(yù)設(shè)體積的所述樣品氣流和所述稀釋空氣氣流在所述稀釋組件中進(jìn)行互相交換； 所述稀釋空氣流在流通方向(30)上所述稀釋組件(3)之后輸向一顆粒測(cè)定組件(32);利用該顆粒測(cè)定組件(32)可確定懸浮顆粒的數(shù)量和/或質(zhì)量比率； 所述樣品流在流通方向(29)上所述稀釋組件(3)之后輸向至少一用于確定氣溶膠的載氣中的至少一氣態(tài)組分的傳感器(36 )。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，每單位時(shí)間在所述稀釋組件(3)中交換一體積量，由該體積量在所述稀釋空氣流中取得一預(yù)定的稀釋比例；并且/或者產(chǎn)生體積流量恒定的稀釋空氣流。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的方法，其特征在于，于所述稀釋組件(3)之前加熱所述樣品流；并且/或者加熱所述稀釋組件(3);并且/或者所述稀釋空氣流于所述顆粒測(cè)定組件(32)之后輸過(guò)一緩沖腔(43)以及隨后一細(xì)管(44)和一泵(42);并且/或者測(cè)量所述稀釋空氣流通過(guò)所述顆粒測(cè)定組件(32)的壓降和/或所述稀釋空氣流的體積流量。
17.根據(jù)權(quán)利要求14至16中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，通過(guò)所述至少一容納室(14)交替地與所述樣品流和所述稀釋空氣流建立連接來(lái)交換所述樣品流和所述稀釋空氣流；并且/或者特別通過(guò)計(jì)數(shù)每單位時(shí)間所述至少一容納室(14)在所述樣品流和所述稀釋空氣流之間來(lái)回運(yùn)動(dòng)的頻率，測(cè)量每單位時(shí)間被交換的體積量；并且/或者對(duì)所測(cè)得的體積量和所述顆粒測(cè)定組件(32)的至少一測(cè)量結(jié)果進(jìn)行結(jié)算。
【文檔編號(hào)】F16K31/05GK103460014SQ201280012488
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2012年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月11日
【發(fā)明者】安德里亞斯·考夫曼, 弗洛里安·貝克 申請(qǐng)人:特斯托股份公司