一种小流量气体阻力发生器的制作方法

1.本实用新型涉及环境污染检测装置领域，更具体的说是涉及一种小流量气体阻力发生器。


背景技术：

2.随着全球经济的发展，人们的生活质量越来越高，优质的环境成为大众普遍关注和关心的问题，清洁的空气是人类生存的重要条件，大气污染与人类的生存直接相关，工厂排放的烟尘废气，汽车、飞机、轮船排放的废气，室内装修以及垃圾处理等等均会产生许多的有毒有害气体，这是空气污染的主要来源，这些污染性气体对人体的危害非常大。
3.目前气态污染物的检测有许多方法，有直接采样法、有动力采样法和被动式采样法等等，目前市面上大部分的空气采样仪器主要是根据有动力采样法的方式来设计的，其中核心的抽气泵普遍采用的是微型隔膜泵，通过一个抽气泵以某一恒定的流量的抽运空气样品，让空气样品通过吸收瓶(管)的吸收介质，使空气样品中的待测污染物浓缩在吸收介质中。吸收介质通常是液体和多孔状的固体颗粒物，其目的不仅浓缩了待测污染物，提高了分析灵敏度，并有利于去除干扰物质和选择不同原理的分析方法进行检测。
4.有动力采样法需要将抽气泵控制到某一个恒定的流量(流量范围大多数在0-1.5l/min左右)采样，不同的成份采样流量不同，抽气泵控制流量一般是运用伯努利方程的原理，采用固定孔径的孔板采集孔板前后的压力差大小控制抽气泵的pwm信号控制功率输出，从而控制抽气泵的流量，在孔板的孔径一定的情况下，流量的大小跟孔板前后的压力差有一定的关系，由于压力传感器的限制，压力差必须要保持在一定的范围内，才能保证流量控制的稳定性，多重条件的限制就造成单个无刷抽气泵在流量稳定(准确度
±
2.5％)的情况下，同一孔板对应的流量的上限和下限的比值大多数在10:1左右；
5.但是，随着市场竞争的激烈，空气采样器还面临着售价下降成本上升的巨大压力，这就要求生产厂家在不降低产品品质的情况下，尽量采用低成本的配件满足客户的使用要求，目前大部分的气体采样器为了满足超宽流量，超高流量稳定的要求，多数采用单个较高成本的高端无刷抽气泵，有的甚至采用双抽气泵(大小流量气泵组合)来补偿单气泵超低流量稳定性不足的问题，而这些措施往往无形之中就增加了气体采样器本身的成本，加大了电路的繁琐程度，也就降低了产品的可靠性
6.因此，如何提供一种在不改变空气采样器结构的情况下扩展流量范围的装置是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本实用新型旨在提供一种小流量气体阻力发生器，以至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。
8.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
9.一种小流量气体阻力发生器，包括：阻力发生器壳体、壳体端盖和气阻管件；
10.所述阻力发生器壳体的两端开口；
11.所述壳体端盖的中部设置气嘴，所述壳体端盖设有两个且分别可拆卸安装在所述阻力发生器壳体两端的开口处；所述气阻管件设置在所述阻力发生器壳体的内腔中，其两端分别与对应端的所述气嘴连通。
12.优选的，在上述的一种小流量气体阻力发生器中，所述气阻管件为呈弹簧状缠绕的管件，所述气阻管件的缠绕直径与所述阻力发生器壳体的内径对应。
13.优选的，在上述的一种小流量气体阻力发生器中，所述阻力发生器壳体外端的其中一个所述气嘴连通采样气体的吸收瓶或干燥筒，另一个所述气嘴连接气体采样动力主机。
14.优选的，在上述的一种小流量气体阻力发生器中，所述气阻管件为硅胶管、四氟管或橡胶管材料制备。
15.优选的，在上述的一种小流量气体阻力发生器中，所述气阻管件3的缠绕直径与其的管内径比＞3.5:1。
16.优选的，在上述的一种小流量气体阻力发生器中，所述阻力发生器壳体与所述壳体端盖的连接端旋接固定。
17.优选的，在上述的一种小流量气体阻力发生器中，所述阻力发生器壳体与所述壳体端盖的连接端通过卡扣卡接固定。
18.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种小流量气体阻力发生器，其优点在于：
19.通过增加一个气阻的负载，等同在气泵的前端增加了一个流量控制阀，完美的解决了超低流量下的气流脉动问题，阻力发生器的设计成为解决气流脉动的核心器件；并且在使用阻力发生器后，在不改变仪器结构和流量上限的情况下，拓展仪器的采样流量范围，提高超低流量下稳定性，能够在不影响空气采样器的使用功能的前提下，降低对空气采样器的抽气泵的使用需求，进而降低空气采样器的成本，提升了经济价值。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
21.图1为本实用新型的分解示意图。
具体实施方式
22.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或
位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
24.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
25.请参阅附图1，为本实用新型的一种小流量气体阻力发生器，包括：阻力发生器壳体1、壳体端盖2和气阻管件3；
26.阻力发生器壳体1的两端开口；
27.壳体端盖2的中部设置气嘴4，壳体端盖2设有两个且分别可拆卸安装在阻力发生器壳体1两端的开口处；气阻管件3设置在阻力发生器壳体1的内腔中，其两端分别与对应端的气嘴4连通。
28.为了进一步优化上述技术方案，气阻管件3为呈弹簧状缠绕的管件，气阻管件3的缠绕直径与阻力发生器壳体1的内径对应。
29.为了进一步优化上述技术方案，阻力发生器壳体1外端的其中一个气嘴4连通采样气体的吸收瓶或干燥筒，另一个气嘴4连接气体采样动力主机。
30.为了进一步优化上述技术方案，气阻管件3为硅胶管、四氟管或橡胶管材料制备。
31.具体的，气阻管件3能够采用具有可塑性且具有韧性的材料，通过缠绕制备成弹簧状。
32.为了进一步优化上述技术方案，气阻管件3的缠绕直径与其的管内径比＞3.5：1。
33.具体的，气阻管件3的缠绕直径与其的管内径比优选为15:1.
34.为了进一步优化上述技术方案，阻力发生器壳体1与壳体端盖2的连接端旋接或卡扣卡接固定。
35.具体的，阻力发生器壳体1与壳体端盖2的连接端还可以通过胶黏固定、螺栓压接固定或过盈装配固定等方式。
36.具体的，使用时，根据使用需求选取合适管径和长度的气阻管件3，将其安装在阻力发生器壳体1内，打开空气采样器，将空气采样器设定在发生脉动的最小流量上，在采样器排气口上接上转子流量计，观测到转子流量计的脉动情况，说明流量不稳定；将气阻管件3连接在空气采样器的进气口上，观测流量计的情况如果流量计还是不稳可更换更长的气阻管件3，直至流量稳定满足波动标准，如接气阻管件3时流量稳定可以适当截掉一段，直至输出流量脉动超出流量波动标准，流量稳定时的气阻管件3的最短长度即为气阻管件3的标准长度；
37.选择合适的阻力发生器壳体1，根据气阻管件3的标准长度计算阻力发生器壳体1的内孔尺寸和标准长度，将气阻管件3缠绕成适合阻力发生器壳体1内径的螺旋圈，装入阻力发生器壳体1的内部，将气阻管件3的两端分别与两侧壳体端盖2内侧的气嘴4连接在一起，测试好密封性，确保不漏气，将连接好的壳体端盖2与阻力发生器壳体1的对应端固定。
38.具体的，本实用新型的气阻原理为：
39.抽气泵输出的气流一定是脉动的，只是脉动程度不同，抽气泵在工作时泵电机每
转一圈，就完成一个抽气动作、一个排气动作，这是一个工作周期，由于抽气泵的转速往往是每分钟几千转甚至更高，正常运转情况下气流的脉动不明显，但在调速的情况下尤其是低抽气量时，气流脉动就相对明显很多，在抽气泵和流量计之间增加一气容可以较好的抑制抽气泵的脉动。
40.在空气采样器采样时，单片机检测气路中流量计孔板前后的压力数据，通过运算调节加在抽气泵上的电压输出，来控制抽气泵的抽气流量，孔板流量计流量通用计算公式如下：
[0041][0042]
其中
[0043]
q——体积流量，m3/h；
[0044]
k——系数；
[0045]
d——孔板流量计的孔板直径，mm；
[0046]
ε——膨胀系数；
[0047]
α——流量系数；
[0048]
δp——实际差压，pa；
[0049]
ρ——介质工况密度，kg/m3。
[0050]
当抽气泵的流量越低时泵的脉动就会越明显，低到一定程度时脉动就能明显被转子流量计检测到；
[0051]
依据流体力学的基础可知，流体(不论是液体还是气体)具有粘性，在流动时就存在阻力，流体在流动过程中因克服阻力而做功，使它的一部分机械能不可逆地转化为热能，从而形成能量损失。以气体为例，气体在管道内流动时也会产生一定的阻力损失，这种阻力损失主要包括两种：一种是沿程阻力损失(也即直管阻力损失)，在边壁沿程不变的管段上,流速基本上是沿程不变的，流动阻力只有沿程不变的切应力，称为沿程阻力。克服沿程阻力引起的能量损失，称为沿程损失。另一种是局部阻力损失(即进口、出口、变径管、阀门等的阻力损失)，在边界急剧变化的区域，由于出现了漩涡区和速度分布的变化，流动阻力大大增加，形成比较集中的能量损失。这种阻力称为局部阻力，相应的能量损失称为局部损失。
[0052]
局部损失一般可分为两类:
[0053]
①
流向改变阻力。在一定管件中流速大小不变而流向改变时所产生的局部阻力。如流体流经弯头时所引起的能量损失。
[0054]
②
流速改变，由于流速大小改变所产生的阻力。这一类如三通，扩大管等。
[0055]
由此看出，整个管路的能量损失等于各管段的沿程损失和所有局部损失的总和，即:
[0056]
hl＝∑hf+∑hj[0057]
其中
[0058]
hf为沿程损失；
[0059]hj
为局部损失。
[0060]
从理论分析可知，阻力发生器产生的阻力主要来自于：
①
流速改变损失(入口及出口管内径变化的阻力损失)，
②
气阻管件的沿程损失，
③
流向改变损失(气阻管件缠绕涡
旋)；
[0061]
流速改变损失在选择气阻管件时已经由管的内径和抽气速度决定，而流向改变损失因为气阻管件的缠绕的直径与管内径比＞3.5，阻力损失相对较小，阻力发生器的主要阻力就来源云气阻管件的沿程损失。
[0062]
气阻管件的沿程阻力损失，目前主要是在湍流的情况下用以下的经验公式计算：
[0063][0064]
其中
[0065]
hf为单位重力流体的沿程能量损失；
[0066]
l为流体流经管道的长度；
[0067]
v是流体流动速度；
[0068]
λ为沿程损失系数；
[0069]
d为管道内径；
[0070]
g为重力常数；
[0071]
为单位重力流体的动压头(速度水头)。
[0072]
由经验公式看出，阻力发生器的阻力大小主要取决于气阻管件的长度，内截面和气体的流速，在抽气速度一定的情况下气阻管件选择合适的管径和长度可以达到较好的阻力效果。
[0073]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0074]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。