專利名稱：沙塵暴采樣器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域中用于采集空氣中顆粒物的采樣器，確切地說是一種采集沙塵暴天氣、揚(yáng)沙天氣、浮塵天氣空氣中顆粒物的采樣器。
背景技術(shù)：
目前，環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域中廣泛使用的顆粒物采樣器，分為總懸浮顆粒物采樣器和可吸入顆粒物采樣器兩大類?？倯腋☆w粒物，即總懸浮微粒，簡稱TSP，它是指空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑在100μm以下的顆粒物；可吸入顆粒物，簡稱IP或PM10，它是指空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑小于10μm的顆粒物，該顆粒物可隨呼吸進(jìn)入上、下呼吸道，故稱可吸入顆粒物。近幾年來，由于生態(tài)環(huán)境遭到不同程度的破壞，我國北方地區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)沙塵暴天氣、揚(yáng)沙天氣、浮塵天氣，危害越來越大，引起了國家的高度重視，對上述天氣空氣中的顆粒物含量的監(jiān)測已經(jīng)刻不容緩?？倯腋☆w粒物采樣器和可吸入顆粒物采樣器在使用過程中，通常不考慮風(fēng)速的大小，空氣中顆粒物的密度相對較小，顆粒物的直徑范圍較窄。總懸浮顆粒物采樣器和可吸入顆粒物采樣器在采樣時，采樣的氣流必須從下向上垂直進(jìn)入采樣器，采樣氣流的速度也受到一定的限制，這些采樣器不能使風(fēng)的方向?qū)?zhǔn)采樣入口，也不能實(shí)現(xiàn)等速采樣。因此，總懸浮顆粒物采樣器和可吸入顆粒物采樣器不適于對沙塵暴天氣、揚(yáng)沙天氣、浮塵天氣空氣中的顆粒物進(jìn)行采樣。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題之一是，現(xiàn)有的總懸浮顆粒物采樣器和可吸入顆粒物采樣器不能使風(fēng)的方向?qū)?zhǔn)采樣入口。為解決該技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案沙塵暴采樣器，包括主機(jī)、濾筒外套1和采樣管2。它的特殊之處是采樣管2為彎管，它的采樣嘴3的軸線與出氣端4的軸線相互垂直。采樣管2的出氣端4與濾筒外套1的上端之間通過可以使采樣管2在濾筒外套1上轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)裝置聯(lián)接，采樣管2上安裝有風(fēng)向舵5。
主機(jī)用于對采樣管2進(jìn)行抽氣，使空氣連同顆粒物一起被吸進(jìn)采樣管2中，測出采樣的流量和采樣管2的采樣嘴3的采樣流速，主機(jī)同時測出風(fēng)速，并將采樣嘴3的采樣流速與風(fēng)速進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果，調(diào)節(jié)采樣嘴3的采樣流速與風(fēng)速相等。濾筒外套1用于安裝濾筒，顆粒物被濾筒捕集。采樣管2的采樣嘴3的軸線與出氣端4的軸線相互垂直，只要出氣端4的軸線處在垂直方向，采樣嘴3的軸線就會處在水平方向。旋轉(zhuǎn)裝置使采樣管2可以在濾筒外套1上轉(zhuǎn)動。風(fēng)向舵5被風(fēng)吹動，能夠驅(qū)動采樣管2在濾筒外套1上轉(zhuǎn)動，使采樣管2的采樣嘴3對準(zhǔn)風(fēng)吹來的方向。
本實(shí)用新型的風(fēng)向舵5為平板狀，它垂直放置。風(fēng)向舵5固定在采樣管2的垂直部分上，它位于與采樣嘴3相對的一側(cè)。
本實(shí)用新型的旋轉(zhuǎn)裝置包括壓緊螺母6、密封圈7、濾筒壓蓋8、軸承9、密封墊10、密封圈11和壓緊螺母12，濾筒壓蓋8上具有凸肩13。密封圈7位于濾筒外套1的上端面與濾筒壓蓋8的凸肩13的下端面之間，壓緊螺母6的內(nèi)螺紋與濾筒外套1上部外表面上的外螺紋配合，壓緊螺母6壓在濾筒壓蓋8的凸肩13的上端面上。采樣管2的出氣端4的外表面安裝在軸承9的內(nèi)圈上，濾筒壓蓋8的內(nèi)表面安裝在軸承9的外圈上。壓緊螺母12的內(nèi)螺紋與濾筒壓蓋8上部的外表面上的外螺紋配合，密封墊10位于濾筒壓蓋8的上端面與壓緊螺母12之間，密封墊10的內(nèi)緣與采樣管2的出氣端4的外表面接觸。壓緊螺母12上具有環(huán)形槽，密封圈11放置在該環(huán)形槽中，密封圈11的內(nèi)緣與采樣管2的出氣端4的外表面接觸。
密封墊10和密封圈11用于對軸承9進(jìn)行密封，防止沙塵等進(jìn)入軸承9中。密封圈7用于對濾筒外套1與濾筒壓蓋8之間進(jìn)行密封。
本實(shí)用新型的濾筒外套1內(nèi)具有濾筒托架14，濾筒托架14的上口固定在濾筒外套1上，濾筒托架14上具有若干通孔15。
由于在沙塵暴天氣風(fēng)速較大，在等速采樣的情況下，采樣流速也很大，濾筒托架14可以托住濾筒，防止濾筒被流速較大的采樣氣流沖破。通孔15用于使采樣氣流通過。
本實(shí)用新型的通孔15為圓孔，并且在濾筒托架14上均勻分布。
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題之二是，現(xiàn)有的總懸浮顆粒物采樣器和可吸入顆粒物采樣器不能實(shí)現(xiàn)等速采樣。為解決該技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型的主機(jī)包括流量計16、抽氣泵17、風(fēng)速儀18和控制電路19。流量計16的進(jìn)風(fēng)口與濾筒外套1連通，流量計16的出風(fēng)口與抽氣泵17的進(jìn)風(fēng)口連通，流量計16的信號輸出端與控制電路的輸入端連接。風(fēng)速儀18的風(fēng)速傳感器20單獨(dú)固定于主機(jī)一側(cè)，避免彼此干擾，風(fēng)速儀18的輸出端與控制電路19連接。控制電路19的輸出端與抽氣泵17的電動機(jī)D連接。
流量計16可以采用孔板流量計，也可以采樣渦輪流量計，它將采樣的流量信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，該電信號被輸入控制電?9中進(jìn)行處理。抽氣泵17的電動機(jī)D受控制電路19控制，它提供采樣的抽氣動力。風(fēng)速儀18用于將風(fēng)速信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，該電信號被輸入控制電?9中進(jìn)行處理?？刂齐娐?9根據(jù)流量計16輸出的流量信號計算出采樣氣流的流速，將該流速與風(fēng)速儀18測得的風(fēng)速進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果輸出控制信號，控制抽氣泵17的電動機(jī)D調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，使采樣嘴3中的采樣流速與風(fēng)速基本相等。
本實(shí)用新型的控制電路19包括A/D轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動電路和單片機(jī)；流量計16的信號輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端連接，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端與單片機(jī)的I/O口連接；風(fēng)速儀18的輸出端與單片機(jī)的I/O口連接；單片機(jī)的I/O口與驅(qū)動電路連接，驅(qū)動電路的輸出端與抽氣泵17的電動機(jī)D連接。
單片機(jī)運(yùn)行程序，采集并儲存風(fēng)速儀18測得的風(fēng)速，采集并儲存流量計16測得的采樣流速，將采樣流速與風(fēng)速進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果向驅(qū)動電路輸出控制信號，通過驅(qū)動電路調(diào)節(jié)抽氣泵17的電動機(jī)D的轉(zhuǎn)速，使采樣流速與風(fēng)速基本相等，最后根據(jù)采樣的流量和采樣所用的時間，計算出采樣的體積。驅(qū)動電路受單片機(jī)控制，它為抽氣泵17的電動機(jī)D提供合乎要求的電源。
如果流量計16的信號輸出端輸出模擬信號(如孔板流量計)，單片機(jī)本身內(nèi)部帶有A/D轉(zhuǎn)換器，那么可以省去外部的A/D轉(zhuǎn)換器，流量計16的信號輸出端直接與單片機(jī)連接。如果流量計16的信號輸出端輸出數(shù)字信號(如渦輪流量計)，本實(shí)用新型可以省去A/D轉(zhuǎn)換器，流量計16的信號輸出端直接與單片機(jī)連接。如果驅(qū)動電路要求輸入的控制信號為模擬信號，可以增加D/A轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端與單片機(jī)的I/O口連接，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端與驅(qū)動電路連接。這種省去A/D轉(zhuǎn)換器和/或增加D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)方案，都在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
本實(shí)用新型由于采樣管2為彎管，并且安裝有風(fēng)向舵5，與旋轉(zhuǎn)裝置配合，可以使采樣管2隨風(fēng)轉(zhuǎn)動，使采樣管2的采樣嘴3的軸線始終對準(zhǔn)風(fēng)吹來的方向。由于本實(shí)用新型的控制電路19能夠不斷測量風(fēng)速和采樣流速，并對兩者進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果輸出控制信號，控制抽氣泵17的電動機(jī)D調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，使采樣流速與風(fēng)速基本相等，實(shí)現(xiàn)等速采樣。本實(shí)用新型由于具有濾筒托架14，對濾筒起到保護(hù)作用，防止采樣流速較大時沖破濾筒。與現(xiàn)有的總懸浮顆粒物采樣器和可吸入顆粒物采樣器相比，本實(shí)用新型由于能夠根據(jù)風(fēng)向的改變，自動調(diào)節(jié)采樣管2的采樣嘴3的方向，使采樣嘴3的軸線始終對準(zhǔn)風(fēng)吹來的方向，并且能夠使采樣流速與風(fēng)速基本相等，保證了對沙塵暴天氣、揚(yáng)沙天氣和浮塵天氣的空氣中的顆粒物含量進(jìn)行測量的正確性。在風(fēng)速較大的沙塵暴天氣進(jìn)行采樣時，由于采樣流速較大，濾筒托架14對濾筒起到保護(hù)作用，使本實(shí)用新型特別適合在沙塵暴天氣進(jìn)行測量。


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1中采樣管2與濾筒外套1的聯(lián)接關(guān)系圖的放大圖。
圖3為本實(shí)用新型的電路方框圖。
圖4為圖3中驅(qū)動電路的具體電路圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
如圖1至圖4所示，本實(shí)施例是一種對沙塵暴天氣空氣中顆粒物含量進(jìn)行測量的沙塵暴采樣器，它包括主機(jī)、濾筒外套1、濾筒托架14、采樣管2、旋轉(zhuǎn)裝置、風(fēng)向舵5、連接管21和支架23。采樣管2為彎管，它的一端安裝有采樣嘴3，另一端為出氣端4，采樣嘴3的軸線與出氣端4的軸線相互垂直。風(fēng)向舵5為平板狀，它垂直放置。風(fēng)向舵5固定在采樣管2的垂直部分上，它位于與采樣嘴3相對的一側(cè)。采樣管2的出氣端4與濾筒外套1的上端之間通過旋轉(zhuǎn)裝置聯(lián)接。旋轉(zhuǎn)裝置包括壓緊螺母6、密封圈7、濾筒壓蓋8、軸承9、密封墊10、密封圈11和壓緊螺母12。濾筒壓蓋8上具有凸肩13。密封圈7位于濾筒外套1的上端面與濾筒壓蓋8的凸肩13的下端面之間，壓緊螺母6的內(nèi)螺紋與濾筒外套1上部外表面上的外螺紋配合，壓緊螺母6壓在濾筒壓蓋8的凸肩13的上端面上。采樣管2的出氣端4的外表面安裝在軸承9的內(nèi)圈上，濾筒壓蓋8的內(nèi)表面安裝在軸承9的外圈上。壓緊螺母12的內(nèi)螺紋與濾筒壓蓋8上部的外表面上的外螺紋配合，密封墊10位于濾筒壓蓋8的上端面與壓緊螺母12之間，密封墊10的內(nèi)緣與采樣管2的出氣端4的外表面接觸。壓緊螺母12上具有環(huán)形槽，密封圈11放置在該環(huán)形槽中，密封圈11的內(nèi)緣與采樣管2的出氣端4的外表面接觸。濾筒托架14位于濾筒外套1內(nèi)，濾筒托架14的上口焊接在濾筒外套1上。濾筒托架14上具有若干通孔15，該通孔15為圓孔，并且在濾筒托架14上均勻分布。主機(jī)包括流量計16、抽氣泵17、抽氣泵外套24、風(fēng)速儀18和控制電路19。流量計16采用孔板流量計。濾筒外套1的下端與連接管21的上端聯(lián)接，連接管21的下端與流量計16的進(jìn)風(fēng)口聯(lián)接，流量計16的出風(fēng)口與抽氣泵17的進(jìn)風(fēng)口聯(lián)接。抽氣泵17安裝在抽氣泵外套24內(nèi)，支架23安裝在抽氣泵外套24的底部?？刂齐娐?9包括A/D轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動電路和單片機(jī)。A/D轉(zhuǎn)換器采用AD0809，單片機(jī)采用80C32。流量計16的信號輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端連接，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端與單片機(jī)的I/O口連接。風(fēng)速儀18的輸出端與單片機(jī)的I/O口連接。單片機(jī)的I/O口與驅(qū)動電路連接，驅(qū)動電路的輸出端與抽氣泵17的電動機(jī)D連接。風(fēng)速儀18的風(fēng)速傳感器20單獨(dú)固定于主機(jī)一側(cè)。驅(qū)動電路包括光電耦合器GD、可控硅T、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電容C1和電容C2。光電耦合器GD采用MOC3021，它的1腳和2腳與單片機(jī)的I/O口連接，它的6腳與電阻R1的一端和可控硅T的控制極連接，電阻R1的另一端與交流電源的a端連接。光電耦合器GD的4腳與電阻R2的一端連接，電阻R2的另一端與電阻R3的一端和電容C1的一端連接，電容C1的另一端與交流電源的a端連接，電阻R3的另一端與抽氣泵17的電動機(jī)D的一端連接?？煽毓鑄的第1陽極與交流電源的a端連接，第2陽極與抽氣泵17的電動機(jī)D的一端連接。電容C2與電阻R4串聯(lián)，該串聯(lián)電路的一端與交流電源的a端連接，另一端與抽氣泵17的電動機(jī)D的一端連接。抽氣泵17的電動機(jī)D的另一端與交流電源的b端連接。
使用時，首先稱量濾筒22的重量，然后將濾筒22放入濾筒外套1內(nèi)，濾筒22的上端口放置在濾筒外套1的上端面與密封圈7之間，將濾筒壓蓋8放置在密封圈7的上面，最后將壓緊螺母6在濾筒外套1上旋緊。調(diào)節(jié)支架23，使采樣管2的出氣端4的軸線處在垂直位置，采樣嘴3的軸線處在水平位置。啟動主機(jī)，使抽氣泵17開始抽氣。風(fēng)吹動風(fēng)向舵5，風(fēng)向舵驅(qū)動采樣管2轉(zhuǎn)動，使采樣嘴3的軸線對準(zhǔn)風(fēng)吹來的方向。單片機(jī)不斷采集風(fēng)速儀18輸出的風(fēng)速信號和流量計16輸出的采樣流速信號，并對兩者進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果輸出控制信號，控制驅(qū)動電路調(diào)節(jié)抽氣泵17的電動機(jī)D的轉(zhuǎn)速，使采樣流速與風(fēng)速基本相等。采樣過程中采樣氣流中的顆粒物被捕集在濾筒22中。單片機(jī)同時記錄采樣所用的時間，并計算出采樣體積。采樣結(jié)束后，旋開壓緊螺母6，就可取下濾筒22進(jìn)行稱量。
權(quán)利要求1.沙塵暴采樣器，包括主機(jī)、濾筒外套(1)和采樣管(2)；其特征是采樣管(2)為彎管，它的采樣嘴(3)的軸線與出氣端(4)的軸線相互垂直；采樣管(2)的出氣端(4)與濾筒外套(1)的上端之間通過可以使采樣管(2)在濾筒外套(1)上轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)裝置聯(lián)接，采樣管(2)上安裝有風(fēng)向舵(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沙塵暴采樣器，其特征是風(fēng)向舵(5)為平板狀，它垂直放置；風(fēng)向舵(5)固定在采樣管(2)的垂直部分上，它位于與采樣嘴(3)相對的一側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沙塵暴采樣器，其特征是旋轉(zhuǎn)裝置包括壓緊螺母(6)、密封圈(7)、濾筒壓蓋(8)、軸承(9)、密封墊(10)、密封圈(11)和壓緊螺母(12)，濾筒壓蓋(8)上具有凸肩(13)；密封圈(7)位于濾筒外套(1)的上端面與濾筒壓蓋(8)的凸肩(13)的下端面之間，壓緊螺母(6)的內(nèi)螺紋與濾筒外套(1)上部外表面上的外螺紋配合，壓緊螺母(6)壓在濾筒壓蓋(8)的凸肩(13)的上端面上；采樣管(2)的出氣端(4)的外表面安裝在軸承(9)的內(nèi)圈上，濾筒壓蓋(8)的內(nèi)表面安裝在軸承(9)的外圈上；壓緊螺母(12)的內(nèi)螺紋與濾筒壓蓋(8)上部的外表面上的外螺紋配合，密封墊(10)位于濾筒壓蓋(8)的上端面與壓緊螺母(12)之間，密封墊(10)的內(nèi)緣與采樣管(2)的出氣端(4)的外表面接觸；壓緊螺母(12)上具有環(huán)形槽，密封圈(11)放置在該環(huán)形槽中，密封圈(11)的內(nèi)緣與采樣管(2)的出氣端(4)的外表面接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沙塵暴采樣器，其特征是濾筒外套(1)內(nèi)具有濾筒托架(14)，濾筒托架(14)的上口固定在濾筒外套(1)上，濾筒托架(14)上具有若干通孔(15)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的沙塵暴采樣器，其特征是通孔(15)為圓孔，并且在濾筒托架(14)上均勻分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的沙塵暴采樣器，其特征是主機(jī)包括流量計(16)、抽氣泵(17)、風(fēng)速儀(18)和控制電路(19)；流量計(16)的進(jìn)風(fēng)口與濾筒外套(1)連通，流量計(16)的出風(fēng)口與抽氣泵(17)的進(jìn)風(fēng)口連通，流量計(16)的信號輸出端與控制電路的輸入端連接；風(fēng)速儀(18)的風(fēng)速傳感器(20)伸出主機(jī)的外殼，風(fēng)速儀(18)的輸出端與控制電路(19)連接；控制電路(19)的輸出端與抽氣泵(17)的電動機(jī)(D)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的沙塵暴采樣器，其特征是控制電路(19)包括A/D轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動電路和單片機(jī)；流量計(16)的信號輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端連接，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端與單片機(jī)的I/O口連接；風(fēng)速儀(18)的輸出端與單片機(jī)的I/O口連接；單片機(jī)的I/O口與驅(qū)動電路連接，驅(qū)動電路的輸出端與抽氣泵(17)的電動機(jī)(D)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的沙塵暴采樣器，其特征是驅(qū)動電路包括光電耦合器(GD)、可控硅(T)、電阻(R1)、電阻(R2)、電阻(R3)、電阻(R4)、電容(C1)和電容(C2)；光電耦合器(GD)采用MOC3021，它的(1)腳和(2)腳與單片機(jī)的I/O口連接，它的(6)腳與電阻(R1)的一端和可控硅(T)的控制極連接，電阻(R1)的另一端與交流電源的(a)端連接；光電耦合器(GD)的(4)腳與電阻(R2)的一端連接，電阻(R2)的另一端與電阻(R3)的一端和電容(C1)的一端連接，電容(C1)的另一端與交流電源的(a)端連接，電阻(R3)的另一端與抽氣泵(17)的電動機(jī)(D)的一端連接；可控硅(T)的第1陽極與交流電源的(a)端連接，第2陽極與抽氣泵(17)的電動機(jī)(D)的一端連接；電容(C2)與電阻(R4)串聯(lián)，該串聯(lián)電路的一端與交流電源的(a)端連接，另一端與抽氣泵(17)的電動機(jī)(D)的一端連接；抽氣泵(17)的電動機(jī)(D)的另一端與交流電源的(b)端連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于采集沙塵暴天氣、揚(yáng)沙天氣、浮塵天氣空氣中顆粒物的沙塵暴采樣器。為解決現(xiàn)有的總懸浮顆粒物采樣器和可吸入顆粒物采樣器不能使風(fēng)的方向?qū)?zhǔn)采樣入口的技術(shù)問題。本實(shí)用新型包括主機(jī)、濾筒外套1和采樣管2。采樣管2為彎管,它的采樣嘴3的軸線與出氣端4的軸線相互垂直。采樣管2的出氣端4與濾筒外套1的上端之間通過可以使采樣管2在濾筒外套1上轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)裝置聯(lián)接,采樣管2上安裝有風(fēng)向舵5。本實(shí)用新型主要用于在沙塵暴天氣、揚(yáng)沙天氣、浮塵天氣對空氣中顆粒物進(jìn)行采樣,它能夠使采樣管2的采樣嘴3的軸線始終對準(zhǔn)風(fēng)吹來的方向,并實(shí)現(xiàn)等速采樣。
文檔編號G01N1/02GK2489321SQ0123384
公開日2002年5月1日 申請日期2001年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月29日
發(fā)明者趙晨旭, 馮岱, 孫夕秋, 李德安, 黃祖旭 申請人:修光偉