专利名称：适用于空气污染监测仪器在线校准的样品采送装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及环境污染监测技术领域，特别涉及一种样品采送(采集和输送)装置， 用于在空气污染自动监测站点中，实施监测仪器性能，在线检查、校准，以确保监测数据 满足所指定执行的政府和专业技术标准、规范的要求。
背景技术：
经过近二十年的发展，国内外在环境空气污染自动监测中，无论是政府或专业权威机 构制定的监测技术标准、规范，都要求在空气污染自动监测站点现场，对监测仪器性能进 行周期性的在线检査、校准，以控制监测数据质量符合技术标准、规范的要求。因而，现 代化的样品抽入式空气污染自动监测站点，都集成有完备的气体样品采集、输送装置。能 够按照制定的运行任务时间编排，自动控制向监测仪器输送被测空气样品，或特定浓度的 标准气体样品。
目前应用的采送(采集、输送)装置，可归类为三种方式；其样品输送流路和技术结 构特点如下
第一种方式结构如图l所示，其工作原理如下
当进行空气污染监测时，导流风扇12运转，使被测空气从采样总管ll的顶部入口向 底部出口持续地流动，三通阀14打开连接样品分送管13与监测仪器进样管15的通道， 被测空气样品经样品分送管13、三通阀14和监测仪器进样管15被抽入污染物监测仪器 16。此时，标准气体动态配制仪器19停止输出供污染物监测仪器16性能检查、校准所需 的标准气体，标准气体分送管17中没有气体流动。
当进行污染物监测仪器16性能检査、校准时，三通阀14打开连接标准气体分送管17 与监测仪器进样管15的通道，使标准气体动态配制仪器19输出的供污染物监测仪器16 性能检査、校准用的标准气体送入至污染物监测仪器16;标准气体动态配制仪器19产生 的剩余标准气体通过标准气体余气管18排出，标准气体余气管18与标准气体动态配制仪 器19的剩余气体排放端口连接。
这种方式，在进行监测仪器16性能检查、校准时，剩余标准气体不流入空气采样总 管ll。
第二种方式结构如图2所示，其工作原理如下
当进行空气污染监测时，导流风扇22运转，使被测空气从采样总管21的顶部入口向底部出口持续地流动，单通阀28关闭，被测空气样品经样品分送管23、三通管24和监测 仪器进样管25被抽入污染物监测仪器26。此时，标准气体动态配制仪器29停止输出供污 染物监测仪器26性能检査、校准所需的标准气体，标准气体分送管27中没有气体流动。
当进行污染物监测仪器26性能检査、校准时，单通阀28打开，标准气体动态配制仪 器29输出的供污染物监测仪器26性能检查、校准用的标准气体，通过标准气体分送管27、 单通阀28、三通管24和监测仪器进样管25送入污染物监测仪器26;标准气体动态配制 仪器29产生的剩余标准气体通过三通管24和样品分送管23排入空气采样总管21，标准 气体动态配制仪器29的剩余标准气体排放端口被封塞。
这种方式，在进行监测仪器26性能检查、校准时，剩余标准气体流入空气采样总管21。
第三种方式结构如图3所示，其工作原理如下
当进行空气污染监测时，可截流抽气泵34启动，由颗粒物过滤器32防污的气体流量 控制器33按照设定调节抽气流量，使被测空气以稳定的流量从空气采样总管31的顶部入 口向底部出口持续地流动，污染物监测仪器36经样品分送管35从空气采样总管31抽入 被测样品。此时，标准气体动态配制仪器38停止输出供污染物监测仪器36性能检查、校 准所需的标准气体，标准气体分送管37中没有气体流动。
当进行污染物监测仪器36性能检査、校准时，可截流抽气泵34关闭，其截流作用使 空气采样总管31底部的空气样品出口被封闭，标准气体动态配制仪器38输出的供污染物 监测仪器36性能检查、校准用的标准气体，经标准气体分送管37流入空气采样总管31 的底部，污染物监测仪器36经样品分送管35从空气采样总管31抽入标准气体样品；标 准气体动态配制仪器38产生的剩余标准气体充满空气采样总管31后，从其顶部的空气样 品入口排出，标准气体动态配制仪器38的剩余标准气体排放端口被封塞。
这种方式，在进行监测仪器36性能检査、校准时，剩余标准气体流入空气采样总管31。
实际上，在开展空气污染自动监测工作中遇到的技术问题，和对监测仪器进行在线检 查、校准积累的实验数据表明，目前应用的上述气体样品采集、输送装置，对于在空气污 染自动监测站点现场，对监测仪器性能在线进行检查、校准，还存在极需改进的技术缺陷 和不足，需要研究设计新的装置。这些技术缺陷和不足，主要有以下方面
(1)、标准气体没有沿空气样品输送的相同流路流入被检查、校准的监测仪器。在前述方式一、方式二中，标准气体没有经空气采样总管和样品分送管流入监测仪器，在前述方 式三中，标准气体仅仅经过空气采样总管底部流入监测仪器。由于空气样品会因流经管道 (如采样总管和样品分送管)发生积污、凝水，而引起其中的被测物质(如S02、 03等)
浓度变化，造成监测结果偏离空气污染的实际浓度。如果标准气体不是沿空气样品输送管 道流动，监测仪器的检査、校准成绩，就不能全面反映、验证空气污染监测数据误差，也 就大为降低了进行监测仪器在线检査、校准的实际作用。
(2)、标准气体与空气样品在进入监测仪器时，存在压力等物理化学条件的明显差异。 在输送标准气体样品时方式一因标准气体余气管排气阻力，使监测仪器进样管压力高于 大气压力；方式二因样品分送管和样品采样总管排气阻力，使监测仪器进样管压力高于大 气压力；方式三因空气采样总管排气阻力，使监测仪器进样管压力高于大气压力。相反， 在输送空气样品时方式一、方式二、方式三均因空气采样总管、样品分送管阻力，而使 监测仪器进样管压力低于大气压力。以现用的站房、机柜、管道工装技术，特别是标准气 体储存浓度和动态气体稀释技术的局限——标准气体的剩余气体排量远远大于监测仪器 抽入量；更加剧了输送标准气体样品与输送空气样品之间的流路压力、温度差异。这些差 异足以在以下几个方面干扰、引偏监测仪器在线检查、校准的结果
a、 采用上述三种方式气体样品采集、输送装置的空气污染自动监测站点，所用各种空 气污染物监测仪器，都自带有适量抽入气体样品的动力装置。这些监测仪器的样品抽入流 量，和样品通过其反应、传感部分时压力、温度的稳定状态，主要是应对"抽入"空气样 品的空气污染监测作业进行设定的。当作业转换为性能检查、校准时，标准气体样品实际 等效于"吹入"监测仪器，引起样品通过反应、传感部分时压力、温度稳定状态的变化。 这些变化对于现用空气污染物浓度测试分析技术是灾难性的，可导致同样浓度的空气样品 与标准气体样品(仅仅因为前者是"抽入"，而后者是"吹入")在监测仪器检测读数上产 生显著偏差。在这种情况下，即使监测仪器检査、校准结果正确，也不能表明能够提供正 确的空气污染物监测结果。
b、 标准气体和空气样品到达监测仪器反应、传感部分前，需要流经包括监测仪器内 部和外部的各种管道、连接器、过滤器、转化器等构成的流路。由于标准气体样品输送为
"吹入"监测仪器，流路压力高于大气压力，而空气样品输送为"抽入"监测仪器，流路 压力低于大气压力。这种特性，造成在流路发生低程度漏气问题时(原因可来自装配操作、 材料疲劳、应力变形等因素)，标准气体浓度的改变远小于空气样品浓度的改变；因为标 准气体输送时流路压力高于大气压力，漏气是标准气体排出流路，而空气样品输送时流路压力低于大气压力，漏气是站房内空气被吸入流路改变空气样品的浓度；这就使同样浓度 的空气样品与标准气体样品在监测仪器检测读数上产生显著偏差。在这种情况下，即使监 测仪器检查、校准结果正确，也不能表明能够提供正确的空气污染物监测结果；同样也不 能通过监测仪器对标准气体样品的测定数据判断流路是否出现漏气。
c、 目前常用的，通过设定紫外线光源激励强度提供03标准气体的技术方法，各浓度 03标准气体，是调控标准气体动态配制仪器03发生仓紫外线光源处在设定的激励强度产 生的；并通过定期用高精确度03分析仪器测定标准气体动态配制仪器的03輸出，进行各 浓度的标准传递。由于作为标准传递基准的高精确度03分析仪器气体样品人口的被测气体 压力，必须尽可能接近大气压力，因而进行标准气体动态配制仪器的03标准传递时，需要 改变样品气体流路连接以达到要求。这就使标准气体动态配制仪器在进行03标准传递时， 与输出03标准气体进行03监测仪器检查、校准时，流路压力相差较大，可引起标准气体 动态配制仪器03发生仓流量和压力改变，乃至实际输出的03标准气体浓度的改变。这种 状况表明，即使03发生仓紫外线光源激励强度恒定，流路压力仍然可改变标准气体动态配 制仪器输出的03标准气体浓度，从而难以正确地进行03监测仪器在线检査、校准。
d、 在流路中，样品的压力、温度、湿度等因素，可影响某些污染物的表现形态，造 成监测仪器测定的特征污染物浓度的改变，影响监测结果的真实性；特别是现代生产、生 活的物质消耗关系，已经使空气污染具有复杂的组成、形态和理化复合作用。如果标准气 体样品不是以等效于空气样品的流体动力、热力指标，经过等效的流路输送到监测仪器， 对于这些因素的作用是否足以使监测仪器测定的实际上是已经"失真"的空气样品，也就 无从判别并作出等效补偿。
(3)、上述气体样品采集、输送装置中的方式三，标准气体样品与空气样品除了在空气 采样总管中流动方向不同，在流路的其他部分是相同的。减少了引起流路压力、温度在输 送标准气体样品与输送空气样品之间产生差异的因素，对实施监测仪器在线检查、校准比 方式一和方式二技术更为合理。但是，为了使被测空气以稳定、适当大小的流量在空气采 样总管流动，并且在监测仪器检査、校准时封闭空气采样总管底部，使剩余标准气体从空 气采样总管顶部排出，其中配备的可截流抽气泵34、颗粒物过滤器32和气体流量控制器 33，不仅价格昂贵，而且必须经常维护检修，更换积污或磨损的器件。
发明内容
针对现有技术的缺点和局限，本实用新型的目的在于提供一种科学、实用的空气污染
监测仪器在线检查、校准的装置，可以实现标准气体样品和空气样品输送(流动)流路相同，保持相同的流体动力、热力指标和化学稳定体系。
本实用新型所采用的技术方案 一种适用于空气污染监测仪器在线校准的样品采送装 置，包括空气采样总管、污染物监测仪器和标准气体动态配制仪器，所述空气采样总管的 顶部设有控制阀，底部与导流装置连接；所述污染物监测仪器通过样品分送管与空气采样 总管的底部连通；所述标准气体动态配制仪器通过标准气体分送管与空气采样总管的顶部 连通。
上述控制阀为电控球阀，安装于空气采样总管的顶部，用于控制空气采样总管的顶部 入口的开启或关闭。当空气采样总管的管径小于25mm时，所述电控球阀的通径与空气采 样总管的管径相同。
上述导流装置为导流风扇，与空气采样总管的底部连接，用于将被测空气抽入空气采
样总管。所述空气采样总管底部的样品分送管接口与导流风扇之间留有一定长度的管道，
该管道的长度一般为空气采样总管底部接口处的管径的50倍以上。
上述污染物监测仪器还自带有动力装置，用于抽入适量的气体样品。 本实用新型适合在空气污染监测站点现场，对监测仪器进行在线检査、校准，这种全
等效型空气样品采送装置，完全克服了传统方式存在的技术缺陷和不足，而且简单、可靠、
实用。其相对于现有技术具有如下的优点及有益效果
(1) 、标准气体与被测空气样品，都是从空气采样总管的顶部进入，以相同的流路和方 向流入监测仪器。当空气样品因流经管道发生积污、凝水，而引起其中的被测物质(如S02、 03等)浓度变化，造成监测结果偏离空气污染的实际浓度，这种情形同样也会引起标准气 体浓度的改变；这就使我们能够通过分析监测仪器测定标准气体的数据记录，和利用某些 不受此类影响的监测项目数据的"示踪"作用，及时发现、消除此类对监测数据的不良影 响。
(2) 、标准气体与空气样品在进入监测仪器时，被确保具有相同的流体动力、热力指标， 和化学稳定形态。因而
a、 标准气体样品和被测空气样品都是被"抽入"监测仪器，而且流路阻力分布相同， 不会引起样品通过监测仪器反应、传感部分时压力、温度稳定状态的变化，也就不会由此 导致同样浓度的空气样品与标准气体样品在监测仪器检测读数上产生偏差。
b、 标准气体和空气样品到达监测仪器反应、传感部分前，需要流经包括监测仪器内 部和外部的各种管道、连接器、过滤器、转化器等构成的流路。在流路发生低程度漏气问 题时(原因可来自装配操作、材料疲劳、应力变形等因素)，标准气体浓度的改变与空气样品浓度的改变完全相同。因为标准气体样品与空气样品在输送中的流体动力指标相同， 漏气同样使站房内空气被"抽入"流路，与标准气体样品或空气样品混合，影响监测仪器 的读数。这就使我们能够通过分析监测仪器测定标准气体的数据记录，和利用那些没有发 生此类问题的监测项目数据的"示踪"作用，及时发现、消除这种对监测数据的不良影响。 C、目前常用的，通过设定紫外线光源激励强度提供03标准气体的技术方法，各浓度 03标准气体，是调控标准气体动态配制仪器03发生仓紫外线光源处在设定的激励强度产 生的；并通过定期用高精摘度03分析仪器测定标准气体动态配制仪器的03输岀，进行各 浓度的标准传递。在本装置中，作为标准传递基准的高精确度03分析仪器的气体样品入口， 可直接连接空气采样总管底部(样品分送管所在位置)，并可确保其样品入口压力与大气 压力非常接近，完全满足进行标准气体动态配置仪器的03标准传递要求。从而能够正确地 进行03标准传递，并正确地进行03监测仪器在线检查、校准。
d、在流路中，样品的压力、温度、湿度等因素，可影响某些污染物的表现形态，造
成监测仪器测定的特征污染物浓度的改变，影响监测结果的真实性；特别是现代生产、生 活的物质消耗关系，已经使空气污染具有复杂的组成、形态和理化复合作用。在本装置中， 标准气体样品是以完全等效于空气样品的流体动力、热力指标，和化学稳定形态，经过完 全相同的流路输送到监测仪器。这就使我们能够通过分析监测仪器测定标准气体的数据记 录，和利用某些不受此类影响的监测项目数据的"示踪"作用，及时判断、补偿这些因素 造成的被测空气样品的"失真"。
(3)、本装置不需要价格昂贵的，容易损耗的流量调控设备、可截流抽气泵以及电磁阀。 集成所用材料、器件，包括特有的电控球阀，都是常见、通用、售价不高的工业产品；并 且都是无损耗、免维护工装类型。技术实用，较之传统方式装配更为简单，有利于推广应 用。
图1是现有技术中的样品采送装置示意图之一；
图2是现有技术中的样品采送装置示意图之二；
图3是现有技术中的样品采送装置示意图之三；
图4是本实用新型的样品采送装置示意图5(a)是本实用新型进行空气污染物监测时的样品采送流程图5(b)是本实用新型进行污染物监测仪器在线检査、校准时的样品采送流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体结构作进一步的描述。
如图4所示，本实用新型所述空气污染监测仪器在线校准的样品采送装置，包括空气 采样总管1、污染物监测仪器5和标准气体动态配制仪器7，其中，所述空气采样总管1 的顶部设有电控球阀3，底部与导流风扇2连接；所述污染物监测仪器5通过样品分送管 4与空气采样总管1的底部连通；所述标准气体动态配制仪器7通过标准气体分送管6与 空气采样总管1的顶部连通。
该空气样品采送装置可以实现输送标准气体样品与输送空气样品的"全等效"效果， 即标准气体样品与被测空气样品都是从空气采样总管1的顶部进入，以相同的流路和方向 流入污染物监测仪器5。在实际设计、应用中的关键技术处理在于
1、 利用电控球阀通径大，打开(或关闭)定位后不耗能，可户外安装，免维护的特 点。其打开通径只须满足空气采样总管1内的空气压力与大气压力差异(轻微)不低于 -2mmH20 (毫米水柱)即可；当空气采样总管1的管径小于25mm时，建议采用通径与空 气采样总管1的管径相同的球阀。
2、 标准气体分送管6的管径，应保证标准气体动态配置仪器7在所输出的标准气体 流量最大时，其标准气体出口处的压力与大气压力的差异小于10mmH2O (毫米水柱)，以 满足在线进行03标准传递操作的要求。
3、 在空气采样总管1底部的样品分送管4接口之后，到导流风扇2之前，应留下足 够长的管道(一般为空气釆样总管底部接口处的管径的50倍以上)；以避免流体的浓度扩 散作用影响到空气采样总管1底部的样品分送管4接口处的标准气体浓度一一虽然在输送 标准气体时，剩余的标准气体是持续不断地经导流风扇2的扇叶空隙排出到空气中。
如图5(a)所示，当进行空气污染监测时，电控球阔3受控完全打开，导流风扇2运转， 使被测空气经电控球阀3，从空气采样总管1的顶部入口向底部出口持续地流动，被测空 气样品直接经样品分送管4被抽入污染物监测仪器5。此时，标准气体动态配制仪器7停 止输出供污染物监测仪器5性能检查、校准所需的标准气体，标准气体分送管6中没有气 体流动。
如图5(b)所示，当进行污染物监测仪器5性能检査、校准时，电控球阀3受控完全关 闭，导流风扇2停止运转。标准气体动态配制仪器7输出的供污染物监测仪器5性能检查、 校准用的标准气体，通过标准气体分送管6，从空气采样总管1的顶部流入，充满空气采 样总管h污染物监测仪器5仍然经样品分送管4从空气采样总管1抽入标准气体样品；剩余的标准气体，经空气采样总管1底部和导流风扇2的扇叶空隙流出。
通过比较上述标准气体样品与被测空气样品的采送流程可以得出，标准气体与被测空 气样品都是从空气采样总管的顶部进入，以相同的流路和方向流入污染物监测仪器，实现 了本实用新型所述的标准气体样品与被测空气样品的"全等效"采集、输送效果。
随着实验室自动化、精细化工、制药等工程技术的发展，现代工业以聚四氟乙烯、不 锈钢等材料制成的各种流体流路输送、调节器件和管道材料产品，已经适用于集成装配各 种用途的，无损输送标准气体样品和空气样品的装置。使我们能够在本实用新型中，研究 设计出创新的，适合监测仪器在线检査、校准的，全等效型空气样品采送装置。
权利要求1.一种适用于空气污染监测仪器在线校准的样品采送装置，包括空气采样总管、污染物监测仪器和标准气体动态配制仪器，其特征在于所述空气采样总管的顶部设有控制阀，底部与导流装置连接；所述污染物监测仪器通过样品分送管与空气采样总管的底部连通；所述标准气体动态配制仪器通过标准气体分送管与空气采样总管的顶部连通。
2. 根据权利要求1所述适用于空气污染监测仪器在线校准的样品采送装置，其特征在于， 所述控制阀为电控球阀，安装于空气采样总管的顶部，用于控制空气采样总管的顶部 入口的开启或关闭。
3. 根据权利要求2所述适用于空气污染监测仪器在线校准的样品釆送装置，其特征在于，当空气采样总管的管径小于25mm时，所述电控球阀的通径与空气采样总管的管径相 同。
4. 根据权利要求1所述适用于空气污染监测仪器在线校准的样品采送装置，其特征在于， 所述导流装置为导流风扇，与空气采样总管的底部连接，用于将被测空气抽入空气采 样总管。
5. 根据权利要求4所述适用于空气污染监测仪器在线校准的样品采送装置，其特征在于， 所述空气采样总管底部的样品分送管接口与导流风扇之间留有一定长度的管道。
6. 根据权利要求5所述适用于空气污染监测仪器在线校准的样品采送装置，其特征在于， 所述样品分送管的接口与导流风扇之间的管道长度为空气釆样总管底部接口处的管径 的50倍以上。
7. 根据权利要求1所述适用于空气污染监测仪器在线校准的样品采送装置，其特征在于， 所述污染物监测仪器自带有动力装置，用于抽入适量的气体样品。
专利摘要本实用新型公开了一种适用于空气污染监测仪器在线校准的样品采送装置，包括空气采样总管、污染物监测仪器和标准气体动态配制仪器，所述空气采样总管的顶部设有控制阀，底部与导流装置连接；所述污染物监测仪器通过样品分送管与空气采样总管的底部连通；所述标准气体动态配制仪器通过标准气体分送管与空气采样总管的顶部连通。本实用新型可以实现标准气体与被测空气样品以相同的流路和方向流入污染物监测仪器的“全等效”采集、输送效果，以确保监测数据满足所指定执行的政府和专业技术标准、规范的要求。
文档编号G01N1/22GK201319002SQ20082020136
公开日2009年9月30日 申请日期2008年9月28日 优先权日2008年9月28日
发明者师建中, 秦子彬, 鸾 袁, 陈丹青 申请人:广东省环境保护监测中心站