专利名称：单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器的制作方法
技术领域：
本实用新型有关一种采样切割器，尤指一种对大气颗粒物进行浓度监测、 分散度 研究及组分分析的单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器。
背景技术：
大气环境对人们的生活及健康有着至关重要的影响，因此对于大气环境中的颗粒 物的监测也尤为重要。目前，一般认定大气环境中颗粒物的粒径段为总悬浮颗粒物、可吸 入颗粒物及呼吸性颗粒物，总悬浮颗粒物即TSP (TotalSuspended Particulate)，其动力学 粒径为IOOym以内，可吸入颗粒物的动力学粒径为IOym以内，用PM1Q(Particles with Diameters of IOum or less)表示，呼吸性颗粒物的动力学粒径在5 μ m以内，可分别用 PM5, PM2.5及PM1表示。现实中不仅限于对单个粒径段的监测和研究，还要同时获得所有粒 径段的颗粒物的数据，以研究它们的分散性和组分特性，来区别这些颗粒污染物的来源及 对人体可能造成的危害。目前，可采用多个采样器分别配接不同的切割器同时采样，或采用同一台采样器 配接不同的切割器分时采样。但前者缺乏空间的一致性，后者则缺乏时间的一致性，大气 中的颗粒物在空间和时间上的分布都是不均勻的，以上两种方式难以获得同源的有效样 品。现有技术中还可以采用多通道采样器，可达到同源采样的效果，但是多通道采样器结构 复杂，而且还需要接配有流量匹配器，进行多路流量的调节和控制，只要有一个环节出现故 障，该多通道采样器就会工作失效，并且该多通道造价高，使用与维护极为不便。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种结构简单、安装方便，且能实现同 源采样的单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器。为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的本实用新型提供一种单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器，其与采样 器连接，该单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器包含有供大气颗粒物进入的采 样入口、用以分离所采集的颗粒物的切割装置及颗粒物收集终端，采样入口与切割装置通 过螺纹连接，切割装置与颗粒物收集终端连接，采样入口、切割装置及颗粒物收集终端依序 串接在一起。切割装置为一个切割模块，切割模块包含有冲击孔板、冲击板和座体，冲击孔板上 均勻分布有多数个贯穿冲击孔板的冲击孔，座体内壁设有台阶，冲击孔板和冲击板嵌合在 座体内的台阶上，采样入口与座体顶端通过螺纹连接，座体底端与颗粒物收集终端连接。切割装置包含有两个或两个以上的切割模块，切割模块包含有冲击孔板、冲击板 和座体，冲击孔板上均勻分布有多数个贯穿冲击孔板的冲击孔，同一个切割模块的冲击孔 板上的冲击孔孔径相同，座体内壁设有台阶，冲击孔板和冲击板嵌合在座体内的台阶上，切 割模块座体的底端与相邻下一级切割模块座体的顶端通过螺纹连接，各级切割模块按照对应的冲击孔的孔径由大至小的顺序，或按照对应的冲击孔的孔数由多到少的顺序依序从第 一级至最后一级串接在一起，采样入口与第一级切割模块的座体顶端通过螺纹连接，最后 一级切割模块的座体底端与颗粒物收集终端连接。切割模块的冲击孔的孔数大于相邻下一级切割模块的冲击孔的孔数，切割模块的 冲击孔的孔深小于相邻下一级切割模块的冲击孔的孔深。采样入口包括有圆形盖体结构的入口风罩与圆环状的护网座，在护网座靠近顶端 部位设有围绕护网座、并供大气中的颗粒物进入护网座且能防止昆虫进入护网座内的护 网，护网座的顶端与入风口罩端面内侧通过螺纹连接。冲击板呈圆形，在冲击板边缘形成有四个均勻分布的弧形通孔，冲击板中心处设 有圆形的气流通道，在弧形通孔与气流通道之间向下凹陷有环形凹槽，在环形凹槽上覆盖 有一层用以收集从冲击孔中进入并被冲击截留的颗粒物的滤膜。颗粒物收集终端包括有滤膜压环、主滤膜、滤筛网、密封垫圈及托座，该托座呈漏 斗状结构，该托座内壁形成有台阶，密封垫圈设置于台阶上，密封垫圈上面设置有所述滤筛 网，滤筛网支撑设置于滤筛网上的主滤膜，滤膜压环嵌合于托座，并与滤筛网对主滤膜进行 固定，托座底端设有连接口。托座的底端的连接口还连接有中空的连接杆，该连接杆的中空部分与托座内部相 通，连接杆连接采样器。切割装置为四级分别用于采集粒径在IOym以内、5 ym以内、2.5 ym以内及Iym 以内颗粒物的切割模块。冲击板的环形凹槽的底部与冲击板外周缘的弧形通孔的顶端之间的高度差为 3. 5mmο借由本实用新型的单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器，可实现单通 道便能同源采集颗粒物的功能，同时获得大气中各粒径段颗粒物的浓度分布规律及其相应 组分。本实用新型的采样切割器将各级切割模块组成积木式装配，结构简单，造型美观，且 成本低，可以配接现有的采样器，应用更为广泛。
图1为本实用新型单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器组装后局部 截面示意图；图2为本实用新型中的采样入口的局部截面图；图3为本实用新型中的入口风罩的截面图；图4a为本实用新型中的护网座的局部截面图；图4b为沿图4a中A-A线的剖视图；图5为本实用新型中PMltl切割模块的局部截面示意图；图6a为本实用新型中PMltl切割模块的冲击孔板的主视图；图6b为沿图6a中B-B线的剖视图；图7a为本实用新型中PM5切割模块的冲击孔板的主视图；图7b为沿图7a中C-C线的剖视图；图8a为本实用新型中PM2.5切割模块的冲击孔板的主视图；图8b为沿图8a中D-D线的剖视图；[0030]图9a为本实用新型中PM1切割模块的冲击孔板的主视图；图9b为沿图9a中E-E线的剖视图；图IOa为本实用新型中冲击板的主视图；图IOb为沿图IOa中F-F线的剖视图；图Ila为本实用新型中滤膜的主视图；图lib为沿图Ila中G-G线的剖视图； 图12为本实用新型中座体的局部截面图；图13为本实用新型中颗粒物收集终端的局部截面示意图；图14a为本实用新型中的滤膜压环的主视图；图14b为沿图14a中H-H线的剖视图；图15a为本实用新型中的主滤膜的主视图；图15b为沿图15a中I-I线的剖视图；图16a为本实用新型中的滤筛网的主视图；图16b为沿图16a中J-J线的剖视图；图17a为本实用新型中的密封垫圈的主视图；图17b为沿图17a中K-K线的剖视图；图18为本实用新型中的托座的局部截面图；图19为本实用新型单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器第二实施例 的局部截面图；图20为本实用新型单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器第三实施例 的局部截面图；图21为本实用新型单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器第四实施例 的局部截面图。
具体实施方式
现以具体实施利并配合附图详细描述本实用新型的结构特征及可达到的效果。本实用新型的单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器用于大气环境中 颗粒物的监测方面，其与采样器连接，对大气环境中的颗粒物进行采集并分析。如图1所 示，本实用新型中的采样切割器包括有供大气颗粒物进入的采样入口 1、用以分离所采集的 颗粒物的切割装置2及颗粒物收集终端3，采样入口 1与切割装置2通过螺纹连接，切割装 置2与颗粒物收集终端3连接，因此采样入口 1、切割装置2及颗粒物收集终端3依序串接 在一起。本实用新型中的切割装置2可以为一个切割模块，也可以为至少两个切割模块多 级串接在一起。如图2、图3、图4a及图4b所示，本实用新型中的采样入口 1包括有入口风罩10 与护网座11，入口风罩10为圆形的盖体结构，在盖体端面周缘向下延伸有遮挡体100，护网 座11呈圆环状，在护网座11靠近顶端部位设有围绕护网座11的护网110，且护网110的网 孔能使大气中的颗粒物进入护网座11内，并能阻止空气中的树叶、昆虫等比较大的漂浮物 进入护网座11。护网座11的顶端外侧形成有外螺纹111，底端内侧形成有内螺纹112，通过 该外螺纹111与入风口罩10端面内侧的内螺纹101使入风口罩10与护网座11连接在一 起，形成同心圆的结构，如图2所示，入风口罩10的遮挡体100与护网座11之间的距离与遮挡体100的宽度之比为0. 625，采样入口处的风速为0. 3m/s。 本实用新型实施例中的多级切割模块可以用来采集总悬浮颗粒物、可吸入颗粒物 及呼吸性颗粒物。按照所采集的颗粒物粒径段的分类，本实用新型中的切割模块包括有PMltl 切割模块、PM5切割模块、PM2.5切割模块及PM1切割模块，分别用于采集粒径在10 μ m以内的 可吸入颗粒物及粒径在5μπι以内、2. 5μπι以内与Iym以内的呼吸性颗粒物，即该四级切割 模块分别用于采集PM1(I、PM5, ΡΜ2.5及PM1,各级切割模块依序通过螺纹串接在一起。每一级 切割模块的结构形式和外形尺寸是相同的，现以PMltl切割模块为例介绍本实用新型中的切 割模块的构成。如图5所示，本实用新型中的PMltl切割模块包括有圆形的冲击孔板20、冲 击板21、座体22及滤膜23，图6a与图6b为本实用新型中PMltl切割模块的冲击孔板20的 主视图及沿主视图中B-B线的剖视图，如图中所示，冲击孔板20上均勻分布有多数个贯穿 冲击孔板20的冲击孔200，同一个切割模块的冲击孔板20上的冲击孔200孔径相同，冲击 孔板20底端向内凹陷有凹槽201。如图IOa与图IOb所示，冲击板21呈圆形，在冲击板21 边缘形成有四个均勻分布的弧形通孔210，冲击板21中心处设有圆形的气流通道211，在弧 形通孔210与气流通道211之间向下凹陷有环形凹槽212，在环形凹槽212上覆盖有一层 滤膜23(如图5所示)，其形状和尺寸大小正好与环形凹槽212相一致(如图Ila与图lib 所示)，用以收集从冲击孔200中进入并被冲击截留的颗粒物，为避免被截留在滤膜的颗粒 物反弹误入下一级切割模块，冲击板21的环形凹槽212的底部与冲击板21外周缘的弧形 通孔210的顶端之间的高度差设为3. 5mm，防止了反弹带来的影响。如图12所示，本实用新 型中的座体22呈环形通透的桶状结构，其内壁形成有台阶220，用以支撑装设在座体22中 的冲击板21，座体22顶端外周缘设有外螺纹221，底端内壁设有内螺纹222。将冲击板21 装设在座体22内的台阶220，将滤膜23贴附在冲击板21的环形凹槽212内，再将冲击孔板 20套设在座体22内，并压在冲击板21上，如此组装完成本实用新型中切割模块的组装图， 如图5所示。切割模块的座体顶端的外螺纹与相邻上一级切割模块的座体底端的内螺纹连 接，切割模块的座体底端的内螺纹与相邻下一级切割模块的座体顶端的外螺纹连接，因此 各级切割模块通过螺纹首尾串接在一起(如图1所示)。不同粒径段的颗粒物质量不同，粒径不同，为达到分离切割的目的，各种颗粒物的 冲击速度与冲击距离各异，粒径小的颗粒物要求冲击速度高，冲击距离短，反之，粒径大的 颗粒物要求冲击速度低，冲击距离长，因此各级切割模块的不同之处在于冲击孔200的孔 数、孔径和孔深。用于采集大颗粒物的切割模块，其冲击孔板20的冲击孔200数量多，孔 径大，孔深短，冲击距离为冲击孔200的底端至冲击板21的环形凹槽212的底部之间的距 离，因此，颗粒物粒径越大，冲击距离越长，在冲击孔板20厚度一致的情况下，孔深越短，即 冲击孔板20底部的凹槽201越深，反之反是，如PMltl切割模块的孔数是38，孔径是5. Imm, 孔深是8mm ；PM5切割模块的孔数是26，孔径是4. Imm,孔深是12mm ；PM2.5切割模块的孔数是 12，孔径是3. 2mm,孔深是12mm ；PM1切割模块的孔数是6，孔径是2. 5mm,孔深是13mm，如图 7a至图9b所示，其分别为本实用新型中的PM5切割模块、PM2.5切割模块及PM1切割模块的 冲击孔板的主视图与截面图。各级切割模块按照对应的冲击孔孔径由大到小的顺序或冲击 孔的孔数由多到少的顺序依次从第一级至最后一级串接在一起，冲击孔孔径最大的切割模 块，即第一级切割模块，其座体22与采样入口 1通过座体22的外螺纹221与护网座11的 内螺纹112连接，冲击孔孔径最小的切割模块，即最后一级切割模块，其座体22底端与颗粒物收集终端3连接，且串接起来的切割模块中，某一级切割模块的冲击孔的孔数大于相邻 下一级切割模块的冲击孔的孔数，同时串接起来的切割模块中，某一级切割模块的冲击孔 的孔深小于相邻下一级切割模块的冲击孔的孔深。如此，根据不同颗粒物的粒径大小及冲 击速度的不同，实现对颗粒物由大到小的切割截留。若本实用新型中的切割装置2只包含 有一个切割模块，则采样入口 1与该切割模块的座体22顶端通过座体22的外螺纹221与 护网座11的内螺纹112连接，该切割模块的座体22底端与颗粒物收集终端3连接。 如图13所示，本实用新型中的颗粒物收集终端3包括有滤膜压环30、主滤膜31、 滤筛网32、密封垫圈33及托座34，图14a至图17b分别为滤膜压环30、主滤膜31、滤筛网 32及密封垫圈33的主视图及剖视图，如图18所示，该托座34呈漏斗状结构，内壁形成有台 阶340，在台阶340下方向托座34底端形成有漏斗形的连接口 341，环形的密封垫圈33设 置于台阶340上，密封垫圈33上面设置有滤筛网32，该滤筛网32用以支撑设置于其上的主 滤膜31，滤膜压环30嵌合于托座34，并与滤筛网32对主滤膜31进行固定。最后一级切割 模块的座体22套设在颗粒物收集终端3的托座34上。托座34底端设有连接口 341，该连 接口 341还连接有连接杆35，如图1所示，该连接杆35用以连接采样器，采样器为现有技 术，在此不作详述。借此，构成本实用新型的采样切割器，借由采样器中气泵的作用，含有颗粒物的空 气自采样入口 1的护网110进入护网座11内，并通过PMltl切割模块的冲击孔进入冲击板的 环形凹槽，由于大颗粒物冲击速度低，冲击距离长，大颗粒物被该冲击板环形凹槽内的滤膜 冲击截留，小颗粒物由于冲击速度高，在气泵的作用下，由冲击板边缘的弧形通孔与中心的 气流通道进入下一级切割模块，颗粒物中较大的颗粒物再次被冲击截留，较小的颗粒物再 进入下一级切割模块，如此，粒径最小的颗粒物被截留在颗粒物收集终端的主滤膜31上。空气中颗粒物的浓度为C= Am/Q，此处C为浓度，Δ m为采样增重，Q为采样气体 体积，假设颗粒物收集终端的主滤膜增重为Alv PM1切割模块冲击板的滤膜增重为Am1， PM2.5切割模块冲击板的滤膜增重为Δ m2，PM5切割模块冲击板的滤膜增重为Δ m3，PM10切割 模块冲击板的滤膜增重为Δ m4，则Cpmi = Δ m0/Q ；CPM2 5= Δ m0+ Δ mi/Q ； Cpm5 = Δ m。+ Δ Iii1+ Δ m2/Q ；Cpmio = Am0+Δ Iii1+ Δ m2+ Δ m3/Q ；Ctsp = Am0+Δ Iii1+ Δ m2+ Δ m3+ Δ m4/Q。对采样所得样本进行组分分析，获取其物理化学特征，研究其来源对环境造成的 污染和对人体造成的危害是十分有益的。本实用新型单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器中的切割装置2可 以包括PMw切割模块、PM5切割模块、PM2.5切割模块及PM1切割模块四级切割模块，分别用 于采集相应粒径段的颗粒物，本实用新型的切割装置2也可以为其中的任意三种或任意两 种切割模块的组合，如图19与图20所示，切割装置2分别由三级切割模块与两级切割模 块组成，但是任意组合中的切割模块都是按照冲击孔的孔径由大至小的顺序依序串接在一 起，本实用新型中的切割模块也可为其中任意一种切割模块(如图21所示)。根据实际需 求进行的不同组合可以对不同颗粒物进行监测，可实现多功能的目的。[0066]本实用新型单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器由于采用多级不同 的切割模块串接在一起，可实现单通道便能同源采集颗粒物的功能，同时获得大气中各粒 径段颗粒物的浓度分布规律及其相应组分，用于研究物化特征。同时可克服用多台采样器 同时监测造成的空间不同步和用同一台采样器不同时段监测造成的时间不同步的缺陷，还 解决了多通道采样器同步监测的高成本，操作不便且难以维护的难题。本实用新型的采样 切割器将各级切割模块组成积木式装配，结构简单，造型美观，且成本低，同时可以配接现 有的采样器，应用更为广泛。以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护 范围。
权利要求一种单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器，其与采样器连接，其特征在于，所述单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器包含有供大气颗粒物进入的采样入口、用以分离所采集的颗粒物的切割装置及颗粒物收集终端，所述采样入口与所述切割装置通过螺纹连接，所述切割装置与所述颗粒物收集终端连接，所述采样入口、所述切割装置及所述颗粒物收集终端依序串接在一起。
2.如权利要求1所述的单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器，其特征在 于，所述切割装置为一个切割模块，所述切割模块包含有冲击孔板、冲击板和座体，所述冲 击孔板上均勻分布有多数个贯穿所述冲击孔板的冲击孔，所述座体内壁设有台阶，所述冲 击孔板和所述冲击板嵌合在所述座体内的台阶上，所述采样入口与所述座体顶端通过螺纹 连接，所述座体底端与所述颗粒物收集终端连接。
3.如权利要求1所述的单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器，其特征在 于，所述切割装置包含有两个或两个以上的切割模块，所述切割模块包含有冲击孔板、冲击 板和座体，所述冲击孔板上均勻分布有多数个贯穿所述冲击孔板的冲击孔，同一个所述切 割模块的冲击孔板上的冲击孔孔径相同，所述座体内壁设有台阶，所述冲击孔板和所述冲 击板嵌合在所述座体内的台阶上，所述切割模块座体的底端与相邻下一级切割模块座体的 顶端通过螺纹连接，所述各级切割模块按照对应的所述冲击孔的孔径由大至小的顺序，或 按照对应的所述冲击孔的孔数由多到少的顺序依序从第一级至最后一级串接在一起，所述 采样入口与所述第一级切割模块的座体顶端通过螺纹连接，所述最后一级切割模块的座体 底端与所述颗粒物收集终端连接。
4.如权利要求3所述的单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器，其特征在 于，所述切割模块的冲击孔的孔数大于相邻下一级切割模块的冲击孔的孔数，所述切割模 块的冲击孔的孔深小于相邻下一级切割模块的冲击孔的孔深。
5.如权利要求2或3所述的单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器，其特征 在于，所述采样入口包括有圆形盖体结构的入口风罩与圆环状的护网座，在所述护网座靠 近顶端部位设有围绕所述护网座、并供大气中的颗粒物进入所述护网座且能防止昆虫进入 所述护网座内的护网，所述护网座的顶端与所述入风口罩端面内侧通过螺纹连接。
6.如权利要求2或3所述的单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器，其特征 在于，所述冲击板呈圆形，在所述冲击板边缘形成有四个均勻分布的弧形通孔，所述冲击板 中心处设有圆形的气流通道，在所述弧形通孔与所述气流通道之间向下凹陷有环形凹槽， 在所述环形凹槽上覆盖有一层用以收集从所述冲击孔中进入并被冲击截留的颗粒物的滤 膜。
7.如权利要求2或3所述的单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器，其特征 在于，所述颗粒物收集终端包括有滤膜压环、主滤膜、滤筛网、密封垫圈及托座，该托座呈漏 斗状结构，该托座内壁形成有台阶，所述密封垫圈设置于所述台阶上，所述密封垫圈上面设 置有所述滤筛网，所述滤筛网支撑设置于所述滤筛网上的所述主滤膜，所述滤膜压环嵌合 于所述托座，并与所述滤筛网对所述主滤膜进行固定，所述托座底端设有连接口。
8.如权利要求7所述的单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器，其特征在 于，所述托座底端的连接口还连接有连接杆，所述连接杆连接所述采样器。
9.如权利要求3所述的单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器，其特征在于，所述切割装置为四级分别用于采集粒径在ΙΟμπι以内、5μπι以内、2.5μπι以内及Iym 以内颗粒物的切割模块。
10.如权利要求6所述的单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器，其特征在 于，所述冲击板的环形凹槽的底部与所述冲击板外周缘的弧形通孔的顶端之间的高度差为 3. 5mm0
专利摘要本实用新型公开了一种单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器，其与采样器连接，该单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器包含有供大气颗粒物进入的采样入口、用以分离所采集的颗粒物的切割装置及颗粒物收集终端，采样入口与切割装置通过螺纹连接，切割装置与颗粒物收集终端连接，采样入口、切割装置及颗粒物收集终端依序串接在一起。借由本实用新型的单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器，可以实现同源采集颗粒物的功能。
文档编号B01D45/00GK201611314SQ20092026750
公开日2010年10月20日 申请日期2009年10月21日 优先权日2009年10月21日
发明者李前进, 李虹杰, 陈仲泉 申请人:武汉市天虹仪表有限责任公司