一種用于氣體取樣的小型化樣品采集裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明采用隔膜泵與四通球閥相結(jié)合，提供一種小型化氣體樣品采集裝置。該裝置由隔膜氣泵、四通球閥、采樣氣瓶和氣體管道四部分組成。隔膜泵采用正負(fù)壓兩用型氣泵，既可以用來(lái)產(chǎn)生真空低壓條件，又可以用來(lái)獲得高壓氣體；四通球閥采用可快速連接的卡套管接口，并分別與隔膜泵的進(jìn)氣口、出氣口、采樣氣瓶和采樣氣體接口相連；采樣氣瓶采用國(guó)標(biāo)全金屬氣霧罐，小型輕便，成本低廉，無(wú)污染；氣體管道全部采用卡套管接口相互連接。通過(guò)四通球閥切換隔膜泵的工作狀態(tài)，分別對(duì)采樣氣瓶進(jìn)行抽氣和充氣；循環(huán)切換實(shí)現(xiàn)采樣氣瓶的清洗預(yù)處理，并最終將高壓樣品氣體充入到采樣氣瓶中。
【專利說(shuō)明】
一種用于氣體取樣的小型化樣品采集裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于氣體取樣的小型化樣品采集裝置，可根據(jù)需要進(jìn)行快速、便攜的氣體采樣，適用于無(wú)法進(jìn)行在線檢測(cè)或者不需要實(shí)時(shí)測(cè)量，通過(guò)氣體采樣進(jìn)行離線分析的領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在進(jìn)行氣體分析時(shí)，首先需要對(duì)氣體進(jìn)行采樣。根據(jù)分析的目的、樣品的組成及其濃度水平、樣品的物理化學(xué)性質(zhì)(樣品的溶解性、蒸氣壓、化學(xué)反應(yīng)活性等)決定采用哪一種采集樣品方法。通常用的采樣方法有在線采樣和離線采樣，離線采樣方法主要有直接采集、富集采集和化學(xué)反應(yīng)采集等。其中直接采集法是最常用的方法之一，也是最簡(jiǎn)單和費(fèi)用最低的方法，它只需將樣品直接引進(jìn)到采樣容器之中就完成了采樣的全過(guò)程。
[0003]采樣容器主要分為剛性容器和塑性容器:剛性容器主要由玻璃或金屬合金材料制成，如玻璃采樣瓶，氣密性玻璃注射器、不銹鋼采樣瓶等;塑性容器主要為高分子合成材料制成的氣袋，如聚酯袋、聚四氟乙烯袋和鋁箔加固的塑性氣體袋等。使用容器直接采集空氣和蒸氣樣品時(shí)，都存在著樣品在容器中由于被吸附和滲透現(xiàn)象而引起樣品組成發(fā)生變化或者它們的濃度出現(xiàn)損失的問(wèn)題。與塑性容器相比，剛性容器在這方面具有較好的保存樣品的特性，可以反復(fù)使用，特別是不銹鋼容器是比較理想的采樣工具；同時(shí)剛性容器也存在成本較高，需要復(fù)雜的清洗程序，采集的樣品需要高純惰性氣體的加壓操作后才能獲得更大的樣品利用率等缺點(diǎn)。當(dāng)采樣容器需要重復(fù)使用時(shí)，必須在每次采集樣品之前對(duì)樣品容器進(jìn)行清洗、檢漏和檢測(cè)等程序。通常的清洗方法是反復(fù)地對(duì)容器進(jìn)行抽真空和充入高純氮?dú)饣蛄憧諝獬烧龎旱牟僮鲾?shù)次。通過(guò)壓力變化檢查容器的密閉情況，通過(guò)抽取容器中部分的空氣樣品進(jìn)行分析以檢查容器的清洗結(jié)果。
[0004]剛性容器可采用預(yù)先抽真空的方法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的樣品收集:即在樣品收集之前將剛性容器抽成真空，在樣品采集地點(diǎn)或者空間位置打開(kāi)容器開(kāi)關(guān)即可將氣體樣品自動(dòng)地引進(jìn)到容器之中，這種方法可在現(xiàn)場(chǎng)直接采集空氣樣品而無(wú)需任何動(dòng)力設(shè)備。也可以利用采樣氣栗將氣體樣品直接引進(jìn)到容器內(nèi)，使容器形成正壓，這樣就可以將容器中的樣品自動(dòng)地和準(zhǔn)確地釋放出來(lái)，以進(jìn)行進(jìn)一步的樣品分析。
[0005]氣體樣品采集過(guò)程的控制因素主要包括采集時(shí)間控制、采集流量控制和樣品采集體積的控制等。剛性容器上裝有真空壓力表和氣體流量調(diào)節(jié)閥等，可通過(guò)控制采樣栗的流量的方法控制采集樣品的時(shí)間周期。通過(guò)使用的容器體積大小和容器內(nèi)的壓力來(lái)控制樣品的采集量。一般來(lái)說(shuō)采集氣體和蒸氣樣品都是瞬間完成的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:
[0007]采用預(yù)抽真空方式進(jìn)行氣體樣品采集時(shí)，如果需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)途運(yùn)輸才能到達(dá)樣品采集位置，在運(yùn)輸過(guò)程中預(yù)抽真空的容器有可能發(fā)生泄漏，不能保證氣體采集的可靠性;如果在采集樣品的位置進(jìn)行預(yù)處理，則需要額外的真空設(shè)備，對(duì)運(yùn)輸、供電等帶來(lái)很多問(wèn)題，也無(wú)法適應(yīng)野外采集工作。另外，氣體容器的選用也必須考慮成本和運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題，高壓氣瓶成本較高，且不能采用普通的運(yùn)輸途徑運(yùn)輸。本發(fā)明意在解決上述預(yù)抽真空方法導(dǎo)致的泄露問(wèn)題和氣體容器成本高、不便于運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題，提出一種小型化氣體樣品采集解決方案。
[0008]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0009]利用采樣栗充正壓氣體的方法進(jìn)行氣體采樣:選用正負(fù)壓兩用的隔膜氣栗進(jìn)行氣體采樣，該栗既可以抽真空，也可以作為空氣壓力機(jī)使用，在氣體采集現(xiàn)場(chǎng)利用樣品氣體對(duì)采樣氣瓶進(jìn)行清洗預(yù)處理，并將樣品氣體充裝到采樣氣瓶中；采樣氣瓶選用全金屬國(guó)標(biāo)氣霧罐，該容器采用鋁合金材料一體沖壓或者馬口鐵材料電阻焊接而成，保證氣密性的同時(shí)，還可在正壓下工作;最高可達(dá)13個(gè)大氣壓，可以通過(guò)提高充裝氣體壓力的方法減小氣體容器體積，減小運(yùn)輸難度和成本;采樣氣瓶閥門采用國(guó)標(biāo)氣霧閥門，氣密封性能良好，可反復(fù)進(jìn)行充放氣操作，使用壽命長(zhǎng);采樣氣瓶總體重量輕便，為批量化生產(chǎn)商品，成本低廉，適合氣體采樣和長(zhǎng)時(shí)間保存等應(yīng)用;采用四通球閥實(shí)現(xiàn)采樣氣瓶抽氣和充氣的一鍵切換，簡(jiǎn)便快捷，減少誤操作的風(fēng)險(xiǎn)。
[0010]本發(fā)明的原理是:
[0011]采用樣品氣體對(duì)采樣氣瓶進(jìn)行清洗，解決了預(yù)抽真空方法在運(yùn)輸過(guò)程中大氣泄露進(jìn)入氣瓶的問(wèn)題;經(jīng)過(guò)多次反復(fù)抽真空充正壓操作后，氣瓶中原有污染物的含量降低到可以忽略的水平，避免了樣品采集過(guò)程中的誤差;采樣氣瓶中充正壓氣體，使得采樣結(jié)束后環(huán)境中的氣體不能進(jìn)入氣瓶，確保采樣結(jié)果的正確性。隔膜氣栗為完全無(wú)油栗，不會(huì)對(duì)樣品產(chǎn)生污染。全金屬采樣氣瓶也不會(huì)因?yàn)槲綒怏w等而弓I入采樣偏差。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)如下:
[0013]本發(fā)明采用正負(fù)壓兩用微型隔膜氣栗，既可以用來(lái)產(chǎn)生真空低壓條件，又可以用來(lái)獲得高壓氣體，采用同一儀器即可實(shí)現(xiàn)對(duì)采樣氣瓶的清洗預(yù)處理與高壓氣體充裝；
[0014]本發(fā)明采用采用手動(dòng)式四通球閥進(jìn)行系統(tǒng)工作狀態(tài)之間的切換，實(shí)現(xiàn)抽真空與充高壓的一鍵式操作，非常適合野外采樣操作；
[0015]本發(fā)明采用全金屬快速接口一體化設(shè)計(jì)，總體結(jié)構(gòu)體積小巧(135mm*l 1mm*101mm)，重量輕便(小于3公斤)，攜帶和使用方便，適合各類氣體采集應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為小型化氣體樣品采集裝置抽氣原理示意圖；
[0017]圖2為小型化氣體樣品采集裝置充氣原理示意圖；
[0018]其中:1是正負(fù)壓兩用隔膜氣栗，2是四通球閥，3是采樣氣瓶，4是空氣壓力表。
【具體實(shí)施方式】
[0019]隔膜栗采用德國(guó)KNF公司生產(chǎn)的微型氣栗NPK09DC，該栗為正負(fù)壓兩用型氣栗:既可以用來(lái)抽真空，產(chǎn)生低壓環(huán)境，又可以用來(lái)對(duì)氣體進(jìn)行壓縮，獲得高壓氣體。負(fù)壓可以達(dá)至Ij10mbar的真空度，高壓最高可以獲得7bar的輸出壓力，抽速15升/分鐘，體積小巧(尺寸129mm*107mm*65mm)，重量輕便(1.6公斤)，采用直流供電(24V2.6A)，非常適合小型化儀器設(shè)備使用。
[0020]四通球閥采用美國(guó)世偉洛克生產(chǎn)的40系列一體式儀表球閥，工作壓力可達(dá)170bar，在壓降為0.68bar、3.4bar和6.8bar時(shí)空氣流量分別可達(dá)到25L/min、67L/min和120L/min。閥座最大漏率為10—4L/min。采用卡套管快速接頭，滿足采樣系統(tǒng)便攜、易維護(hù)的使用狀況。
[0021]采用鋁合金板制成儀器盒，首先將隔膜氣栗通過(guò)緊固螺絲固定在儀器盒的底部，隔膜栗供電接口在儀器盒的側(cè)下方，采用標(biāo)準(zhǔn)直流供電接頭連接;其次將四通球閥固定在相應(yīng)的側(cè)板上，將四通球閥的四個(gè)端口分別與隔膜栗進(jìn)氣口、出氣口、采樣氣瓶轉(zhuǎn)接管和樣品氣源轉(zhuǎn)接管相連接;最后將儀器盒蓋板安裝好，通過(guò)球閥上的儀表固定螺紋將四通球閥固定在上蓋板上，并在采樣氣瓶轉(zhuǎn)接管道上安裝壓力表。
[0022]工作時(shí)首先將采樣氣瓶連接到設(shè)備上，連接電源，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，隔膜栗開(kāi)始工作:首先將四通球閥置于抽氣方向，隔膜氣栗進(jìn)氣口與采樣氣瓶連通，采樣氣瓶中原有的氣體被抽出，形成低壓真空環(huán)境；當(dāng)壓力到達(dá)隔膜氣栗低壓極限時(shí)，將四通球閥置于充氣方向，隔膜氣栗出氣口與采樣氣瓶連通，向采樣氣瓶中充入高壓氣體。利用與采樣氣瓶連通的壓力表監(jiān)視壓力變化。每次抽氣最低氣壓為0.Ibar，充氣最高氣壓為7bar，一次充氣-抽氣循環(huán)僅有小于1.5%的氣體殘余。如此充氣-抽氣反復(fù)循環(huán)3次，則采樣氣瓶中原有殘余氣體的比例將降低到3ppm以下，達(dá)到可以忽略的水平。最后一次充氣完成后，關(guān)閉采樣氣瓶上的閥門，并將其從采樣裝置上移除，采樣完成。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于氣體取樣的小型化樣品采集裝置，其特征在于:采用直流供電的正負(fù)壓兩用微型隔膜氣栗，對(duì)采樣氣瓶先預(yù)抽真空，再充裝高壓氣體，在抽真空-充正壓循環(huán)處理的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)采樣氣瓶的清洗預(yù)處理;在氣體采集量確定時(shí)，通過(guò)提高采樣氣體壓力以減小采樣氣瓶的體積，增加采樣系統(tǒng)的便攜性。2.—種用于氣體取樣的小型化樣品采集裝置，其特征在于:采用四通球閥進(jìn)行系統(tǒng)工作狀態(tài)之間的切換，實(shí)現(xiàn)抽真空與充高壓的一鍵式操作，使用簡(jiǎn)便，避免誤操作。3.—種用于氣體取樣的小型化樣品采集裝置，其特征在于:采用國(guó)標(biāo)氣霧罐和配套接口組成采樣氣瓶，可充裝13bar壓力的氣體，結(jié)構(gòu)可靠，接口一致，價(jià)格低廉，可根據(jù)取樣需要靈活更換不同容積的氣瓶并進(jìn)行長(zhǎng)期保存。
【文檔編號(hào)】G01N1/24GK105954071SQ201610391338
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年6月3日
【發(fā)明人】馮高平, 王明東, 文明, 王廣宇
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍裝備學(xué)院