太陽能驅動的主動式空氣采樣器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種太陽能驅動的主動式空氣采樣器。它包括采樣箱體、太陽能電池板、直流風機、采樣筒、蓄電池和蓄電池充放電管理系統；太陽能電池板設于采樣箱體外；直流風機、采樣筒、蓄電池和蓄電池充放電管理系統設于采樣箱體內；直流風機的進風口與采樣筒的開口密封連接，直流風機的出風口通過設于采樣箱體上的通孔與外界相連通；蓄電池充放電管理系統分別與太陽能電池板、蓄電池和直流風機電連接，用于將太陽能電池板的發電量儲存于蓄電池，以及控制蓄電池向直流風機供電。本發明突破了傳統主動式空氣采樣裝置野外采樣受外部供電條件的限制；相比于傳統主動式空氣采樣器，該采樣器體積較小，野外采樣攜帶更加便利；使用清潔能源，從而避免對環境可能造成的污染。
【專利說明】太陽能驅動的主動式空氣采樣器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種太陽能驅動的主動式空氣采樣器。
【背景技術】
[0002]二噁英(Dioxins)是近年來廣受關注的一類持久性有機污染物(POPs)，它不僅具有極強的化學穩定性，而且具有致癌、致畸、致突變毒性。二噁英為無意排放的環境污染物，主要是由人為活動引起，包括廢棄物的露天焚燒、鋼鐵生產、有色金屬冶煉、含氯化學品生產、紙漿漂白等等，此外有少量由森林火災、火山噴發等一些自然過程產生。這導致環境中二噁英無處不在，與人類健康緊密相關。為開展環境中二噁英的深入研究工作，相關采樣技術得到不斷發展。環境空氣中二噁英的采集可分為主動式和被動式。主動式采集的原理是通過氣泵抽動使空氣通過濾膜收集顆粒物，并用吸附材料收集氣相污染物。采用主動式采樣器進行空氣采樣的優勢在于采樣體積可準確獲得，樣品定量結果可靠，可反映短時間內的污染物變化情況。但缺點是成本相對較高，采樣過程中需要動力驅動(電源)及操作人員的現場監管，目前不適合野外大規模采樣。被動式采集則主要依據于氣體分子擴散和滲透原理，污染物分子在吸附材料和大氣之間進行重新分配。被動式采集彌補了主動式采集的缺點，但是樣品采樣體積無法準確獲得，也限制了其大規模推廣應用。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種太陽能驅動的主動式空氣采樣器，本發明利用太陽能電池板提供電能并加以儲存，驅動小功率直流風機，實現對環境空氣中二噁英的主動式采集。
[0004]本發明首先提供了一種風機風速測試裝置，它包括一透明的等臂U形管；所述等臂U形管的水平管上設有一進煙孔；
[0005]所述等臂U形管的兩臂的開口端均連通一 T形三通管，且所述T形三通管的垂直管與所述等臂U形管的兩臂相連通；
[0006]一個所述T形三通管的一端開口連接一質量流量計。
[0007]利用本發明風機風速測試裝置可測定小功率直流風機的轉速與其流量之間的關系，可按照如下步驟進行:一側管路給定恒定氣流，其流量可通過氣體體積流量計讀出?’另一側為待測風機系統。根據流體力學原理，當水平管路中有氣流通過時，縱向管道內空氣會有圖1中箭頭所示方向的運動趨勢，而只有兩端流速一致的情況下U形管內的空氣才會因為兩端氣壓相等而保持靜止(可以通過進煙孔處煙霧方向判斷)，從而調節風機轉速直至兩端平衡，即可得出風機此時的流量與氣體體積流量計的讀數相等，進而可得到風機轉速與其流量之間的關系。
[0008]本發明的風機風速測試裝置避免了直接用流量計測試風機流量帶來的誤差，因為質量流量計自身存在 阻力，解決了流量及壓力都很低的風機無法直接測試的問題。
[0009]本發明還提供了一種太陽能驅動的主動式空氣采樣器，它包括采樣箱體、太陽能電池板、直流風機、采樣筒、蓄電池和蓄電池充放電管理系統；[0010]所述太陽能電池板設于所述采樣箱體外；
[0011]所述直流風機、所述采樣筒、所述蓄電池和所述蓄電池充放電管理系統均設于所述采樣箱體內；所述采樣筒的底部為一過濾網，所述采樣箱體的底部設有一通孔，所述過濾網通過所述通孔與外界相連通；所述直流風機的進風口與所述采樣筒的開口密封連接，所述直流風機的出風口通過設于所述采樣箱體上的通孔與外界相連通；
[0012]所述蓄電池充放電管理系統分別與所述太陽能電池板、所述蓄電池和所述直流風機電連接，用于將所述太陽能電池板的發電量儲存于所述蓄電池，以及控制所述蓄電池向所述直流風機供電。
[0013]所述的主動式空氣采樣器中，所述主動式空氣采樣器包括依次排列的3塊所述太陽能電池板，且位于兩端的所述太陽能電池板可折疊設置，這樣在沒有陽光的時候，可以將所述太陽能電池板折疊起來放置。
[0014]所述的主動式空氣采樣器中，所述太陽能電池板與豎直方向呈45°角。
[0015]所述的主動式空氣采樣器中，所述直流風機與所述采樣筒通過一變徑接頭進行密封鏈接。
[0016]所述的主動式空氣采樣器中，所述直流風機的中心軸線與所述采樣筒的中心軸線重合。
[0017]所述的主動式空氣采樣器中，所述過濾網為20目?30目不銹鋼網，以濾去空氣中的大顆粒污染物。
[0018]所述的主動式空氣采樣器中，所述直流風機與一風機轉速控制模塊電連接，所述風機轉速控制模塊控制所述風機的轉速恒定，這樣通過恒定所述直流風機的轉速，并結合利用所述風機風速測試裝置得到的風機轉速與其流量之間的關系，即可得到其流量，根據進樣時間即可得到總的進樣量。
[0019]本發明中，所述風機轉速控制模塊包括中央處理器和與之電連接的風機供電模塊，所述中央處理器與所述風機供電模塊均與所述直流風機相連接，所述中央處理器根據所述直流風機反饋的速度信號，向所述直流風機輸出控制信號使所述直流風機的轉速恒定；而等達到采樣量的要求時，所述中央處理器發出報警信號，同時所述風機供電模塊停止向所述直流風機供電，所述直流風機停止運轉。
[0020]本發明具有如下有益效果:
[0021]I)突破了傳統主動式空氣采樣裝置野外采樣受外部供電條件的限制；
[0022]2)相比于傳統主動式空氣采樣器，該采樣器體積較小，野外采樣攜帶更加便利；
[0023]3)彌補了傳統被動式采樣器采樣體積無法準確獲得的缺點；
[0024]4)使用清潔能源，從而避免對環境可能造成的污染。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明風機風速測試裝置的結構示意圖。
[0026]圖2為本發明太陽能驅動的主動式空氣采樣器的結構示意圖。
[0027]圖3為本發明風機轉速控制模塊的示意圖。
[0028]圖4為利用本發明風機風速測試裝置測試風機轉速與采樣流量之間的線性關系圖。[0029]圖中各標記如下:1等臂U形管、2進煙孔、3，4T形三通管、5氣體質量流量計、6采樣箱體、7太陽能電池板、8直流風機、9采樣筒、10蓄電池、11蓄電池充放電管理系統、12過濾網、13通孔、14變徑接頭、15出風口。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖對本發明做進一步說明，但本發明并不局限于以下實施例。
[0031]如圖1所示，本發明提供的風機風速測試裝置包括一透明的等臂U形管1，在該等臂U形管I的水平管上設有一進煙孔2。等臂U形管I的兩臂的開口端分別連通一 T形三通管3和4，且T形三通管3和4的垂直管與等臂U形管I的兩臂相連通。T形三通管3的一端開口連接一氣體質量流量計5。
[0032]利用本發明風機風速測試裝置測定小功率直流風機的轉速與其流量之間的關系時，按照如下步驟進行:一側管路給定恒定氣流，其流量可通過氣體體積流量計讀出?’另一側為待測風機系統(與直流風機8相連接)。根據流體力學原理，當水平管路中有氣流通過時，縱向管道內空氣會有圖1中箭頭所示方向的運動趨勢，而只有兩端流速一致的情況下U形管內的空氣才會因為兩端氣壓相等而保持靜止(可以通過進煙孔處煙霧方向判斷)，從而調節風機轉速直至兩端平衡，即可得出風機此時的流量與氣體質量流量計的讀數相等，進而可得到風機轉速與其流量之間的關系。
[0033]如圖2所示，本發明提供的太陽能驅動的主動式空氣采樣器包括采樣箱體6、太陽能電池板7 (30W單晶硅光電池板)、直流風機8 (12V DC渦流風機)、采樣筒9、蓄電池10(12V、20Ah鉛酸蓄電池)和蓄電池充放電管理系統11 ;太陽能電池板7設于米樣箱體6外，且與豎直方向呈45°角設置，共有3塊，為依次排列，且位于兩端的2塊太陽能電池板能夠折疊放置。直流風機8、米樣筒9、蓄電池10和蓄電池充放電管理系統11均設于米樣箱體6內。采樣筒9的底部為一過濾網12，該采樣箱體6的底部設有一通孔13，該過濾網12為20目不銹鋼網，可濾去空氣中的 大顆粒污染物。該過濾網12通過通孔13與外界相連通。直流風機8的進風口與采樣筒的開口通過一變徑接頭14密封連接，且直流風機8的中心軸線與采樣筒9的中心軸線重合；直流風機8的出風口 15通過設于采樣箱體6上的通孔(圖中未示)與外界相連通。
[0034]本發明中，蓄電池充放電管理系統11采用RClO-1型太陽能電源單路輸出控制器(北京盛日科技有限公司)，其分別與太陽能電池板7、蓄電池10和直流風機8電連接，用于將太陽能電池板7的發電量儲存于蓄電池10中，以及控制蓄電池10向直流風機8供電。
[0035]為了能夠使直流風機在負載狀態下的轉速恒定，將直流風機與風機轉速控制模塊電連接，如圖3所示，本發明的風機轉速控制模塊包括中央處理器和與之電連接的風機供電模塊，所述中央處理器與所述風機供電模塊均與所述直流風機相連接，所述中央處理器根據所述直流風機反饋的速度信號，向所述直流風機輸出控制信號使所述直流風機的轉速恒定；而等達到采樣量的要求時，所述中央處理器發出報警信號，同時所述風機供電模塊停止向所述直流風機供電，所述直流風機停止運轉。
[0036]使用本發明主動式空氣采樣器進行采樣時，首選利用風機轉速控制模塊和風機風速測試裝置得到直流風機8的轉速與其流量之間的關系，如圖4所示。
[0037]采樣前，將吸附材料PUF裝入采樣筒9中，再將采樣筒9放置于采樣箱體6中，并由變徑接頭14進行無縫隙鏈接。打開太陽能電池板7，使之面向太陽方向。然后將采樣箱體6置于采樣點準備采樣。
[0038]采樣時，打開電源開關(只有一個電源開關，外置工作狀態指示燈，工作中頻閃，停止工作熄滅)，設定一定轉速以保證采樣速率(設定2000RPM，對應100L/min)，直流風機8開始抽氣，氣流由通孔13進入，經采樣筒9后由出風口 15排出，采樣筒9中吸附材料PUF開始采集空氣污染物；通過蓄電池充放電控制系統11調整樣品采集時間，以保證樣品的采樣量。
[0039]采樣后，記錄采樣時間，并將吸附材料PUF從采樣筒9中取出，用鋁箔包裹后密封保存帶回。將采樣器的太陽能電池板7折疊好，斷開蓄電池10，回收并帶回采樣器。
[0040]本發明采樣流量可達100L/min (帶PUF狀態下)；本發明可在連續陰雨天不大于72小時的情況下，可24小時連續工作。
【權利要求】
1.一種風機風速測試裝置，其特征在于: 所述測試裝置包括一透明的等臂U形管；所述等臂U形管的水平管上設有一進煙孔； 所述等臂U形管的兩臂的開口端均連通一 T形三通管，且所述T形三通管的垂直管與所述U形管的兩臂相連通； 一個所述T形三通管的一端開口連接一氣體質量流量計。
2.—種太陽能驅動的主動式空氣米樣器，其特征在于: 所述空氣采樣器包括采樣箱體、太陽能電池板、直流風機、采樣筒、蓄電池和蓄電池充放電管理系統； 所述太陽能電池板設于所述采樣箱體外； 所述直流風機、所述采樣筒、所述蓄電池和所述蓄電池充放電管理系統均設于所述采樣箱體內；所述采樣筒的底部為一過濾網，所述采樣箱體的底部設有一通孔，所述過濾網通過所述通孔與外界相連通；所述直流風機的進風口與所述采樣筒的開口密封連接，所述直流風機的出風口通過設于所述采樣箱體上的通孔與外界相連通； 所述蓄電池充放電管理系統分別與所述太陽能電池板、所述蓄電池和所述直流風機電連接，用于將所述太陽能電池板的發電量儲存于所述蓄電池，以及控制所述蓄電池向所述直流風機供電。
3.根據權利要求2所述的主動式空氣采樣器，其特征在于:所述主動式空氣采樣器包括依次排列的3塊所述太陽能電池板，且位于兩端的所述太陽能電池板可折疊設置。
4.根據權利要求2或3所述的主動式空氣采樣器，其特征在于:所述太陽能電池板與豎直方向呈45°角。
5.根據權利要求2-4中任一項所述的主動式空氣采樣器，其特征在于:所述直流風機與所述采樣筒通過一變徑接頭進行密封鏈接。
6.根據權利要求2-5中任一項所述的主動式空氣采樣器，其特征在于:所述直流風機的中心軸線與所述采樣筒的中心軸線重合。
7.根據權利要求2-6中任一項所述的主動式空氣采樣器，其特征在于:所述過濾網為20目?30目不銹鋼網。
8.根據權利要求2-7中任一項所述的主動式空氣采樣器，其特征在于:所述直流風機與一風機轉速控制模塊電連接，所述風機轉速控制模塊控制所述風機的轉速恒定。
【文檔編號】G01N1/22GK103712830SQ201310744947
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月30日 優先權日:2013年12月30日
【發明者】田莉娟, 李東旭, 聶明達, 許福斌, 王穎 申請人:北京普立泰科儀器有限公司