專利名稱：適用于空氣污染監測儀器在線校準的樣品采送裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及環境污染監測技術領域，特別涉及一種樣品采送(采集和輸送)裝置， 用于在空氣污染自動監測站點中，實施監測儀器性能，在線檢查、校準，以確保監測數據 滿足所指定執行的政府和專業技術標準、規范的要求。
背景技術：
經過近二十年的發展，國內外在環境空氣污染自動監測中，無論是政府或專業權威機 構制定的監測技術標準、規范，都要求在空氣污染自動監測站點現場，對監測儀器性能進 行周期性的在線檢査、校準，以控制監測數據質量符合技術標準、規范的要求。因而，現 代化的樣品抽入式空氣污染自動監測站點，都集成有完備的氣體樣品采集、輸送裝置。能 夠按照制定的運行任務時間編排，自動控制向監測儀器輸送被測空氣樣品，或特定濃度的 標準氣體樣品。
目前應用的采送(采集、輸送)裝置，可歸類為三種方式；其樣品輸送流路和技術結 構特點如下
第一種方式結構如圖l所示，其工作原理如下
當進行空氣污染監測時，導流風扇12運轉，使被測空氣從采樣總管ll的頂部入口向 底部出口持續地流動，三通閥14打開連接樣品分送管13與監測儀器進樣管15的通道， 被測空氣樣品經樣品分送管13、三通閥14和監測儀器進樣管15被抽入污染物監測儀器 16。此時，標準氣體動態配制儀器19停止輸出供污染物監測儀器16性能檢查、校準所需 的標準氣體，標準氣體分送管17中沒有氣體流動。
當進行污染物監測儀器16性能檢査、校準時，三通閥14打開連接標準氣體分送管17 與監測儀器進樣管15的通道，使標準氣體動態配制儀器19輸出的供污染物監測儀器16 性能檢査、校準用的標準氣體送入至污染物監測儀器16;標準氣體動態配制儀器19產生 的剩余標準氣體通過標準氣體余氣管18排出，標準氣體余氣管18與標準氣體動態配制儀 器19的剩余氣體排放端口連接。
這種方式，在進行監測儀器16性能檢查、校準時，剩余標準氣體不流入空氣采樣總 管ll。
第二種方式結構如圖2所示，其工作原理如下
當進行空氣污染監測時，導流風扇22運轉，使被測空氣從采樣總管21的頂部入口向底部出口持續地流動，單通閥28關閉，被測空氣樣品經樣品分送管23、三通管24和監測 儀器進樣管25被抽入污染物監測儀器26。此時，標準氣體動態配制儀器29停止輸出供污 染物監測儀器26性能檢査、校準所需的標準氣體，標準氣體分送管27中沒有氣體流動。
當進行污染物監測儀器26性能檢査、校準時，單通閥28打開，標準氣體動態配制儀 器29輸出的供污染物監測儀器26性能檢查、校準用的標準氣體，通過標準氣體分送管27、 單通閥28、三通管24和監測儀器進樣管25送入污染物監測儀器26;標準氣體動態配制 儀器29產生的剩余標準氣體通過三通管24和樣品分送管23排入空氣采樣總管21，標準 氣體動態配制儀器29的剩余標準氣體排放端口被封塞。
這種方式，在進行監測儀器26性能檢查、校準時，剩余標準氣體流入空氣采樣總管21。
第三種方式結構如圖3所示，其工作原理如下
當進行空氣污染監測時，可截流抽氣泵34啟動，由顆粒物過濾器32防污的氣體流量 控制器33按照設定調節抽氣流量，使被測空氣以穩定的流量從空氣采樣總管31的頂部入 口向底部出口持續地流動，污染物監測儀器36經樣品分送管35從空氣采樣總管31抽入 被測樣品。此時，標準氣體動態配制儀器38停止輸出供污染物監測儀器36性能檢查、校 準所需的標準氣體，標準氣體分送管37中沒有氣體流動。
當進行污染物監測儀器36性能檢査、校準時，可截流抽氣泵34關閉，其截流作用使 空氣采樣總管31底部的空氣樣品出口被封閉，標準氣體動態配制儀器38輸出的供污染物 監測儀器36性能檢查、校準用的標準氣體，經標準氣體分送管37流入空氣采樣總管31 的底部，污染物監測儀器36經樣品分送管35從空氣采樣總管31抽入標準氣體樣品；標 準氣體動態配制儀器38產生的剩余標準氣體充滿空氣采樣總管31后，從其頂部的空氣樣 品入口排出，標準氣體動態配制儀器38的剩余標準氣體排放端口被封塞。
這種方式，在進行監測儀器36性能檢査、校準時，剩余標準氣體流入空氣采樣總管31。
實際上，在開展空氣污染自動監測工作中遇到的技術問題，和對監測儀器進行在線檢 查、校準積累的實驗數據表明，目前應用的上述氣體樣品采集、輸送裝置，對于在空氣污 染自動監測站點現場，對監測儀器性能在線進行檢查、校準，還存在極需改進的技術缺陷 和不足，需要研究設計新的裝置。這些技術缺陷和不足，主要有以下方面
(1)、標準氣體沒有沿空氣樣品輸送的相同流路流入被檢查、校準的監測儀器。在前述方式一、方式二中，標準氣體沒有經空氣采樣總管和樣品分送管流入監測儀器，在前述方 式三中，標準氣體僅僅經過空氣采樣總管底部流入監測儀器。由于空氣樣品會因流經管道 (如采樣總管和樣品分送管)發生積污、凝水，而引起其中的被測物質(如S02、 03等)
濃度變化，造成監測結果偏離空氣污染的實際濃度。如果標準氣體不是沿空氣樣品輸送管 道流動，監測儀器的檢査、校準成績，就不能全面反映、驗證空氣污染監測數據誤差，也 就大為降低了進行監測儀器在線檢査、校準的實際作用。
(2)、標準氣體與空氣樣品在進入監測儀器時，存在壓力等物理化學條件的明顯差異。 在輸送標準氣體樣品時方式一因標準氣體余氣管排氣阻力，使監測儀器進樣管壓力高于 大氣壓力；方式二因樣品分送管和樣品采樣總管排氣阻力，使監測儀器進樣管壓力高于大 氣壓力；方式三因空氣采樣總管排氣阻力，使監測儀器進樣管壓力高于大氣壓力。相反， 在輸送空氣樣品時方式一、方式二、方式三均因空氣采樣總管、樣品分送管阻力，而使 監測儀器進樣管壓力低于大氣壓力。以現用的站房、機柜、管道工裝技術，特別是標準氣 體儲存濃度和動態氣體稀釋技術的局限——標準氣體的剩余氣體排量遠遠大于監測儀器 抽入量；更加劇了輸送標準氣體樣品與輸送空氣樣品之間的流路壓力、溫度差異。這些差 異足以在以下幾個方面干擾、引偏監測儀器在線檢查、校準的結果
a、 采用上述三種方式氣體樣品采集、輸送裝置的空氣污染自動監測站點，所用各種空 氣污染物監測儀器，都自帶有適量抽入氣體樣品的動力裝置。這些監測儀器的樣品抽入流 量，和樣品通過其反應、傳感部分時壓力、溫度的穩定狀態，主要是應對"抽入"空氣樣 品的空氣污染監測作業進行設定的。當作業轉換為性能檢查、校準時，標準氣體樣品實際 等效于"吹入"監測儀器，引起樣品通過反應、傳感部分時壓力、溫度穩定狀態的變化。 這些變化對于現用空氣污染物濃度測試分析技術是災難性的，可導致同樣濃度的空氣樣品 與標準氣體樣品(僅僅因為前者是"抽入"，而后者是"吹入")在監測儀器檢測讀數上產 生顯著偏差。在這種情況下，即使監測儀器檢査、校準結果正確，也不能表明能夠提供正 確的空氣污染物監測結果。
b、 標準氣體和空氣樣品到達監測儀器反應、傳感部分前，需要流經包括監測儀器內 部和外部的各種管道、連接器、過濾器、轉化器等構成的流路。由于標準氣體樣品輸送為
"吹入"監測儀器，流路壓力高于大氣壓力，而空氣樣品輸送為"抽入"監測儀器，流路 壓力低于大氣壓力。這種特性，造成在流路發生低程度漏氣問題時(原因可來自裝配操作、 材料疲勞、應力變形等因素)，標準氣體濃度的改變遠小于空氣樣品濃度的改變；因為標 準氣體輸送時流路壓力高于大氣壓力，漏氣是標準氣體排出流路，而空氣樣品輸送時流路壓力低于大氣壓力，漏氣是站房內空氣被吸入流路改變空氣樣品的濃度；這就使同樣濃度 的空氣樣品與標準氣體樣品在監測儀器檢測讀數上產生顯著偏差。在這種情況下，即使監 測儀器檢查、校準結果正確，也不能表明能夠提供正確的空氣污染物監測結果；同樣也不 能通過監測儀器對標準氣體樣品的測定數據判斷流路是否出現漏氣。
c、 目前常用的，通過設定紫外線光源激勵強度提供03標準氣體的技術方法，各濃度 03標準氣體，是調控標準氣體動態配制儀器03發生倉紫外線光源處在設定的激勵強度產 生的；并通過定期用高精確度03分析儀器測定標準氣體動態配制儀器的03輸出，進行各 濃度的標準傳遞。由于作為標準傳遞基準的高精確度03分析儀器氣體樣品人口的被測氣體 壓力，必須盡可能接近大氣壓力，因而進行標準氣體動態配制儀器的03標準傳遞時，需要 改變樣品氣體流路連接以達到要求。這就使標準氣體動態配制儀器在進行03標準傳遞時， 與輸出03標準氣體進行03監測儀器檢查、校準時，流路壓力相差較大，可引起標準氣體 動態配制儀器03發生倉流量和壓力改變，乃至實際輸出的03標準氣體濃度的改變。這種 狀況表明，即使03發生倉紫外線光源激勵強度恒定，流路壓力仍然可改變標準氣體動態配 制儀器輸出的03標準氣體濃度，從而難以正確地進行03監測儀器在線檢査、校準。
d、 在流路中，樣品的壓力、溫度、濕度等因素，可影響某些污染物的表現形態，造 成監測儀器測定的特征污染物濃度的改變，影響監測結果的真實性；特別是現代生產、生 活的物質消耗關系，已經使空氣污染具有復雜的組成、形態和理化復合作用。如果標準氣 體樣品不是以等效于空氣樣品的流體動力、熱力指標，經過等效的流路輸送到監測儀器， 對于這些因素的作用是否足以使監測儀器測定的實際上是已經"失真"的空氣樣品，也就 無從判別并作出等效補償。
(3)、上述氣體樣品采集、輸送裝置中的方式三，標準氣體樣品與空氣樣品除了在空氣 采樣總管中流動方向不同，在流路的其他部分是相同的。減少了引起流路壓力、溫度在輸 送標準氣體樣品與輸送空氣樣品之間產生差異的因素，對實施監測儀器在線檢查、校準比 方式一和方式二技術更為合理。但是，為了使被測空氣以穩定、適當大小的流量在空氣采 樣總管流動，并且在監測儀器檢査、校準時封閉空氣采樣總管底部，使剩余標準氣體從空 氣采樣總管頂部排出，其中配備的可截流抽氣泵34、顆粒物過濾器32和氣體流量控制器 33，不僅價格昂貴，而且必須經常維護檢修，更換積污或磨損的器件。
發明內容
針對現有技術的缺點和局限，本實用新型的目的在于提供一種科學、實用的空氣污染
監測儀器在線檢查、校準的裝置，可以實現標準氣體樣品和空氣樣品輸送(流動)流路相同，保持相同的流體動力、熱力指標和化學穩定體系。
本實用新型所采用的技術方案 一種適用于空氣污染監測儀器在線校準的樣品采送裝 置，包括空氣采樣總管、污染物監測儀器和標準氣體動態配制儀器，所述空氣采樣總管的 頂部設有控制閥，底部與導流裝置連接；所述污染物監測儀器通過樣品分送管與空氣采樣 總管的底部連通；所述標準氣體動態配制儀器通過標準氣體分送管與空氣采樣總管的頂部 連通。
上述控制閥為電控球閥，安裝于空氣采樣總管的頂部，用于控制空氣采樣總管的頂部 入口的開啟或關閉。當空氣采樣總管的管徑小于25mm時，所述電控球閥的通徑與空氣采 樣總管的管徑相同。
上述導流裝置為導流風扇，與空氣采樣總管的底部連接，用于將被測空氣抽入空氣采
樣總管。所述空氣采樣總管底部的樣品分送管接口與導流風扇之間留有一定長度的管道，
該管道的長度一般為空氣采樣總管底部接口處的管徑的50倍以上。
上述污染物監測儀器還自帶有動力裝置，用于抽入適量的氣體樣品。 本實用新型適合在空氣污染監測站點現場，對監測儀器進行在線檢査、校準，這種全
等效型空氣樣品采送裝置，完全克服了傳統方式存在的技術缺陷和不足，而且簡單、可靠、
實用。其相對于現有技術具有如下的優點及有益效果
(1) 、標準氣體與被測空氣樣品，都是從空氣采樣總管的頂部進入，以相同的流路和方 向流入監測儀器。當空氣樣品因流經管道發生積污、凝水，而引起其中的被測物質(如S02、 03等)濃度變化，造成監測結果偏離空氣污染的實際濃度，這種情形同樣也會引起標準氣 體濃度的改變；這就使我們能夠通過分析監測儀器測定標準氣體的數據記錄，和利用某些 不受此類影響的監測項目數據的"示蹤"作用，及時發現、消除此類對監測數據的不良影 響。
(2) 、標準氣體與空氣樣品在進入監測儀器時，被確保具有相同的流體動力、熱力指標， 和化學穩定形態。因而
a、 標準氣體樣品和被測空氣樣品都是被"抽入"監測儀器，而且流路阻力分布相同， 不會引起樣品通過監測儀器反應、傳感部分時壓力、溫度穩定狀態的變化，也就不會由此 導致同樣濃度的空氣樣品與標準氣體樣品在監測儀器檢測讀數上產生偏差。
b、 標準氣體和空氣樣品到達監測儀器反應、傳感部分前，需要流經包括監測儀器內 部和外部的各種管道、連接器、過濾器、轉化器等構成的流路。在流路發生低程度漏氣問 題時(原因可來自裝配操作、材料疲勞、應力變形等因素)，標準氣體濃度的改變與空氣樣品濃度的改變完全相同。因為標準氣體樣品與空氣樣品在輸送中的流體動力指標相同， 漏氣同樣使站房內空氣被"抽入"流路，與標準氣體樣品或空氣樣品混合，影響監測儀器 的讀數。這就使我們能夠通過分析監測儀器測定標準氣體的數據記錄，和利用那些沒有發 生此類問題的監測項目數據的"示蹤"作用，及時發現、消除這種對監測數據的不良影響。 C、目前常用的，通過設定紫外線光源激勵強度提供03標準氣體的技術方法，各濃度 03標準氣體，是調控標準氣體動態配制儀器03發生倉紫外線光源處在設定的激勵強度產 生的；并通過定期用高精摘度03分析儀器測定標準氣體動態配制儀器的03輸岀，進行各 濃度的標準傳遞。在本裝置中，作為標準傳遞基準的高精確度03分析儀器的氣體樣品入口， 可直接連接空氣采樣總管底部(樣品分送管所在位置)，并可確保其樣品入口壓力與大氣 壓力非常接近，完全滿足進行標準氣體動態配置儀器的03標準傳遞要求。從而能夠正確地 進行03標準傳遞，并正確地進行03監測儀器在線檢查、校準。
d、在流路中，樣品的壓力、溫度、濕度等因素，可影響某些污染物的表現形態，造
成監測儀器測定的特征污染物濃度的改變，影響監測結果的真實性；特別是現代生產、生 活的物質消耗關系，已經使空氣污染具有復雜的組成、形態和理化復合作用。在本裝置中， 標準氣體樣品是以完全等效于空氣樣品的流體動力、熱力指標，和化學穩定形態，經過完 全相同的流路輸送到監測儀器。這就使我們能夠通過分析監測儀器測定標準氣體的數據記 錄，和利用某些不受此類影響的監測項目數據的"示蹤"作用，及時判斷、補償這些因素 造成的被測空氣樣品的"失真"。
(3)、本裝置不需要價格昂貴的，容易損耗的流量調控設備、可截流抽氣泵以及電磁閥。 集成所用材料、器件，包括特有的電控球閥，都是常見、通用、售價不高的工業產品；并 且都是無損耗、免維護工裝類型。技術實用，較之傳統方式裝配更為簡單，有利于推廣應 用。
圖1是現有技術中的樣品采送裝置示意圖之一；
圖2是現有技術中的樣品采送裝置示意圖之二；
圖3是現有技術中的樣品采送裝置示意圖之三；
圖4是本實用新型的樣品采送裝置示意圖5(a)是本實用新型進行空氣污染物監測時的樣品采送流程圖5(b)是本實用新型進行污染物監測儀器在線檢査、校準時的樣品采送流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體結構作進一步的描述。
如圖4所示，本實用新型所述空氣污染監測儀器在線校準的樣品采送裝置，包括空氣 采樣總管1、污染物監測儀器5和標準氣體動態配制儀器7，其中，所述空氣采樣總管1 的頂部設有電控球閥3，底部與導流風扇2連接；所述污染物監測儀器5通過樣品分送管 4與空氣采樣總管1的底部連通；所述標準氣體動態配制儀器7通過標準氣體分送管6與 空氣采樣總管1的頂部連通。
該空氣樣品采送裝置可以實現輸送標準氣體樣品與輸送空氣樣品的"全等效"效果， 即標準氣體樣品與被測空氣樣品都是從空氣采樣總管1的頂部進入，以相同的流路和方向 流入污染物監測儀器5。在實際設計、應用中的關鍵技術處理在于
1、 利用電控球閥通徑大，打開(或關閉)定位后不耗能，可戶外安裝，免維護的特 點。其打開通徑只須滿足空氣采樣總管1內的空氣壓力與大氣壓力差異(輕微)不低于 -2mmH20 (毫米水柱)即可；當空氣采樣總管1的管徑小于25mm時，建議采用通徑與空 氣采樣總管1的管徑相同的球閥。
2、 標準氣體分送管6的管徑，應保證標準氣體動態配置儀器7在所輸出的標準氣體 流量最大時，其標準氣體出口處的壓力與大氣壓力的差異小于10mmH2O (毫米水柱)，以 滿足在線進行03標準傳遞操作的要求。
3、 在空氣采樣總管1底部的樣品分送管4接口之后，到導流風扇2之前，應留下足 夠長的管道(一般為空氣釆樣總管底部接口處的管徑的50倍以上)；以避免流體的濃度擴 散作用影響到空氣采樣總管1底部的樣品分送管4接口處的標準氣體濃度一一雖然在輸送 標準氣體時，剩余的標準氣體是持續不斷地經導流風扇2的扇葉空隙排出到空氣中。
如圖5(a)所示，當進行空氣污染監測時，電控球闊3受控完全打開，導流風扇2運轉， 使被測空氣經電控球閥3，從空氣采樣總管1的頂部入口向底部出口持續地流動，被測空 氣樣品直接經樣品分送管4被抽入污染物監測儀器5。此時，標準氣體動態配制儀器7停 止輸出供污染物監測儀器5性能檢查、校準所需的標準氣體，標準氣體分送管6中沒有氣 體流動。
如圖5(b)所示，當進行污染物監測儀器5性能檢査、校準時，電控球閥3受控完全關 閉，導流風扇2停止運轉。標準氣體動態配制儀器7輸出的供污染物監測儀器5性能檢查、 校準用的標準氣體，通過標準氣體分送管6，從空氣采樣總管1的頂部流入，充滿空氣采 樣總管h污染物監測儀器5仍然經樣品分送管4從空氣采樣總管1抽入標準氣體樣品；剩余的標準氣體，經空氣采樣總管1底部和導流風扇2的扇葉空隙流出。
通過比較上述標準氣體樣品與被測空氣樣品的采送流程可以得出，標準氣體與被測空 氣樣品都是從空氣采樣總管的頂部進入，以相同的流路和方向流入污染物監測儀器，實現 了本實用新型所述的標準氣體樣品與被測空氣樣品的"全等效"采集、輸送效果。
隨著實驗室自動化、精細化工、制藥等工程技術的發展，現代工業以聚四氟乙烯、不 銹鋼等材料制成的各種流體流路輸送、調節器件和管道材料產品，已經適用于集成裝配各 種用途的，無損輸送標準氣體樣品和空氣樣品的裝置。使我們能夠在本實用新型中，研究 設計出創新的，適合監測儀器在線檢査、校準的，全等效型空氣樣品采送裝置。
權利要求1.一種適用于空氣污染監測儀器在線校準的樣品采送裝置，包括空氣采樣總管、污染物監測儀器和標準氣體動態配制儀器，其特征在于所述空氣采樣總管的頂部設有控制閥，底部與導流裝置連接；所述污染物監測儀器通過樣品分送管與空氣采樣總管的底部連通；所述標準氣體動態配制儀器通過標準氣體分送管與空氣采樣總管的頂部連通。
2. 根據權利要求1所述適用于空氣污染監測儀器在線校準的樣品采送裝置，其特征在于， 所述控制閥為電控球閥，安裝于空氣采樣總管的頂部，用于控制空氣采樣總管的頂部 入口的開啟或關閉。
3. 根據權利要求2所述適用于空氣污染監測儀器在線校準的樣品釆送裝置，其特征在于，當空氣采樣總管的管徑小于25mm時，所述電控球閥的通徑與空氣采樣總管的管徑相 同。
4. 根據權利要求1所述適用于空氣污染監測儀器在線校準的樣品采送裝置，其特征在于， 所述導流裝置為導流風扇，與空氣采樣總管的底部連接，用于將被測空氣抽入空氣采 樣總管。
5. 根據權利要求4所述適用于空氣污染監測儀器在線校準的樣品采送裝置，其特征在于， 所述空氣采樣總管底部的樣品分送管接口與導流風扇之間留有一定長度的管道。
6. 根據權利要求5所述適用于空氣污染監測儀器在線校準的樣品采送裝置，其特征在于， 所述樣品分送管的接口與導流風扇之間的管道長度為空氣釆樣總管底部接口處的管徑 的50倍以上。
7. 根據權利要求1所述適用于空氣污染監測儀器在線校準的樣品采送裝置，其特征在于， 所述污染物監測儀器自帶有動力裝置，用于抽入適量的氣體樣品。
專利摘要本實用新型公開了一種適用于空氣污染監測儀器在線校準的樣品采送裝置，包括空氣采樣總管、污染物監測儀器和標準氣體動態配制儀器，所述空氣采樣總管的頂部設有控制閥，底部與導流裝置連接；所述污染物監測儀器通過樣品分送管與空氣采樣總管的底部連通；所述標準氣體動態配制儀器通過標準氣體分送管與空氣采樣總管的頂部連通。本實用新型可以實現標準氣體與被測空氣樣品以相同的流路和方向流入污染物監測儀器的“全等效”采集、輸送效果，以確保監測數據滿足所指定執行的政府和專業技術標準、規范的要求。
文檔編號G01N1/22GK201319002SQ20082020136
公開日2009年9月30日 申請日期2008年9月28日 優先權日2008年9月28日
發明者師建中, 秦子彬, 鸞 袁, 陳丹青 申請人:廣東省環境保護監測中心站