烟尘、烟气采样自动定位监测装置的制作方法

本实用新型涉及一种烟尘、烟气污染因子人工环境监测和自动环境在线监测中人工比对监测的采样自动定位监测装置。

背景技术：

固定源烟气排放是造成大气环境污染非常重要的一个方面。为了了解固定源烟气排放污染环境的情况,需要对固定源烟气排放情况进行监测。目前的主要监测方法有两种：一是没有安装烟气排放连续监测系统(CEMS)的，采用国家标准方法(人工或半自动)监测；二是已安装CEMS的实行在线连续监测及用国家标准方法定期比对。

国家对烟气排放环境监测制定了严格的标准与规范，根据烟道(排气道)的形状和截面积大小等具体情况，对固定源烟气污染排放的监测位置、点位、时间、频次、采样动作在GB/T16157、HJ/T75、HJ/T76、HJ/T373、HJ/T397等标准中均作了严格的要求和详细的规定。由于组合采样管一般长为1.5m-3.0m，甚至更长，在组合采样管大部分进入烟道监测时，靠人工在采样管的后端操控就十分困难。而目前的实际操作中，控制采样管进入烟道内的距离，采样头、皮托管测孔面与气流的相对方位、采样管的平直度和与烟道壁的垂直度、防止采样头与烟道壁的碰撞等均需由人工把控，操作过程强度大，稳定性差，易受人为因素的干扰，多次测量过程的一致性、重现性差。从而很难正确测定烟气平均流速和校正CEMS速度场系数，导致流量的测定存在偏差，校正得到的烟气CEMS数据很难反映烟道内烟尘、烟气的实际排放情况。

国家标准监测方法中各步骤的严格执行是保证数据正确的前提，无论是用人工或半自动方法还是CEMS加人工定期比对监测，现有的操作方法都会对所有烟气污染因子(SO2、N0x、CO等)和烟尘的浓度计算产生严重影响，数据的准确性难以得到保证，数据的有效性、公正公平性、科学性无从谈起。

虽有专利CN201120163882.5一种自动定位测定点的烟尘采样装置，它包括有与设置在烟道外壁上的采样孔连接的法兰，法兰的中间嵌入有由两个半圆环柱体组成的聚四氟轴心套，烟尘采样管可滑动的设置在聚四氟轴心套中，烟尘采样管的前端固定采样嘴，后端固定有采样管连接件，采样管连接件包括带内螺纹的丝杆传动座，丝杆一端设置在丝杆传动座中，另一端通过设置在固定装置上的固定轴承部件与步进电机连接，步进电机通过信号线和电源线与烟尘采样器的主机相连。检测时，通过信号线和电源线给步进电机信号，由步进电机的带动丝杆旋转及传动座的前后移动，再由丝杆传动座带动采样管同步前后移动，也带动固定在采样管前端采样嘴的前后移动，由此来控制进入烟道内采样嘴前后位置的目的。这种结构虽然可以通过步进电机做到采样嘴进入烟道的距离能精确控制。但其结构复杂、体积庞大，尤其是如伸入烟道的采样管长度需要2-3米的情况时，整根采样管的长度必需要2.5-3.5，相对丝杆加步进电机以及丝杆传动座等总长度至少有2.8-3.8米。对于这样长的丝杆要保证其刚度，就必须有足够粗的直径，因此该装置将会十分笨重，在安装、调试和使用中都会十分费力和难以把控，难怪在其专利中采用了上面用钢丝拉住丝杆的尾端，下面用支撑架固定在地面上，以保证其稳定。而在实际监测时，往往还需要多次更换采样管前端的采样头，这就需要将整根烟尘采样装置从烟囱中拔出来，换过采样头后再重新将整根烟尘采样装置插入到烟道后再次安装和固定，包括法兰以及对丝杆的固定装置等，又是一次费事和费力的工作。因此，对于这种烟尘采样装置的使用和推广，用户较难接受。

环境监测数据是环保工作的基础，它将直接影响到能否科学开展大气污染环保监督、管理、治理等工作的方方面面，影响到对大气污染物排放目标控制的实现，影响到大气环境质量SO2、N0x、PM2.5等指标的控制。因此，企业和环保监测及一些科研、检测等单位一直迫切希望能有一种符合国家标准要求的、结构简单、轻巧，使用方便的烟尘、烟气采样自动定位监测装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种结构简单、紧凑、使用方便、制造成本低、自动化程度高、测试步骤符合国家标准要求的烟尘、烟气采样自动定位监测装置。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是：其特征在于它包括用于固定在烟道外壁上的固定装置，固定装置包括设有伸在烟道采样孔中的定位管，在定位管上插接有测试装置，所述的测试装置包括头部与定位管相配的机架，机架上通过搭扣固定有伸缩距离能自动控制的多级电动推杆，在电动推杆旁边的机架内两侧固定有侧卧的左、右直线导轨，在左、右直线导轨之间通过前、后托架固定有采样管，采样管的前端安装有采样头，其中的后托架与固定在左、右直线导轨后端的两收缩卷簧连接，将后托架有弹性的往后拉，采样管的前端通过抱箍与电动推杆的前端连接，采样管的伸缩由电动推杆带动，在机架的左、右两侧设有长槽，长槽与固定装置之间通过连接杆连接，当测试装置顺长槽后移时，在定位管和测试装置的两端面之间形成脱开的空间，用于采样头的更换，在机架的前端固定有拼接的圆形定位板，定位板上制有采样管和电动推杆通过的通孔，所述的电动推杆的伸缩由自动控制系统控制。

所述的固定装置包括固定在烟道上的固定连接板以及与连接杆连接的活动连接板，在固定连接板与活动连接板之间安装有弹性的密封垫板，定位管固定在活动连接板上，固定连接板、活动连接板和密封垫板用螺栓连接，当活动连接板旋转90度后也能用螺栓与固定连接板连接。

所述的连接杆是指向下的撑杆和向上的拉杆，分别通过前、后长槽与固定装置连接。

所述的活动连接板与固定连接板用4个螺栓固定，4个螺栓的位置相对定位管中心成正方形分布。

所述的前、后托架均包括两个通过弹性插接件连接内孔为半圆形的导向抱箍，导向抱箍的内孔表面中镶嵌有环形的滚珠，成为可对半分开的直线轴承，在导向抱箍的左右两侧分布固定有与左、右直线导轨相配的滑块。

所述的圆形定位板由三块扇形板拼接而成，其中大扇形板上设有电动推杆通过的大通孔，两块小扇形板拼接成中间供采样管通过的小通孔，三块扇形板通过槽榫结构和螺钉连接在一起。

所述采样管旁边的机架上安装有光电编码器，光电编码器的转轴上安装有胶轮，胶轮靠在采样管上，记录采样管的伸缩情况，并将光电编码器的信息反馈到自动控制系统，由自动控制系统与电动推杆的控制信号一起确认采样管的实际伸缩距离或位置。

所述的机架侧面通过水平铰链固定有供放置自动控制操作系统的搁板，在搁板下面的机架上通过垂直铰链固定有托住搁板的撑脚。

所述的自动控制系统信号与外部测试仪连通。

所述的定位管与机架前端之间安装有接套，用于对薄壁烟道的测试。

根据上述技术方案设计的烟尘、烟气采样自动定位监测装置，它相对现有技术具有以下优点：

1、自动化程度高。它利用多级电动推杆带动采样管的前后移动，伸缩的距离由自动控制系统控制，还可以通过多级电动推杆和光电编码器一起确认，可防止人为有意或无意的动作所造成对采样点位置的偏差，并且依靠该系统做到数据的自动记录和处理。

2、保证采样点位置的准确。采样管在测试装置中由左、右导轨和前后托架定位，其中的后托架通过固定在左、右直线导轨后端的两收缩卷簧连接，将后托架有弹性的往后拉，对采样管有良好的导向作用，能轻松自由的返回；并使得采样管不论在伸出的过程中还是在回缩的过程中，测试装置的后端一直有后托架对采样管定位，使得后托架与定位板、前托架保持一定的距离，与电动推杆一起保证了采样管不论在外伸时还是在回缩时，其头部或尾部都不会左右摆动或上翘或下垂。

3、作业方便，易于掌控。整个监测装置分固定在烟道外壁上插在采样孔中的固定装置，以及与固定装置插接的测试装置，测试装置通过固定装置的定位管在采样孔中定位，测试装置分别通过上下的拉杆和撑杆与定位管固定，并且测试装置在拉杆和撑杆固定的情况利用长槽可以从定位管中拔出，在定位管和测试装置的两端面之间形成脱开的空间(空间的宽度为30-40厘米)，采样头可以利用该空间进行更换，更换后再将测试装置直接插入定位管，消除了监测装置在采样头更换时的大动作装拆。在测试中需要采样检测口在0度和90度两个朝向的检测时，可以将活动连接板旋转90度后再用螺栓与固定连接板连接，达到测试装置在0度和90度两个位置的测试。也能满足先使采样管背向气流进入到第一采样点，然后手动旋转180度立即启动测试，以及采样结束后手动旋转180度再回缩的质控要求。当需要测试全程空白样时，只需将采样管旋转180度测试即可满足要求。当在同一烟道需多个位置测试时，可预先在各点位置上安装固定装置，然后逐一换装测试装置进行测试，达到快速更换测试点的目的。在特殊情况下还可进行垂直测试。使用和调整十分方便，满足多种检测状态的需要。

4、保护测试人员的健康。监测装置的前端设有拼接的圆形定位板，它既对电动推杆和采样管进行定位又防止被测烟道的烟尘烟气外泄，保护测试人员的健康，以及保证测试数据的正确性(烟尘烟气泄漏会影响到测试数据)。

5、整体结构紧凑、重量轻、成本低、易于制造、通用性强。它利用多级电动推杆来带动采样管的前后移动，大大缩短了整个监测装置的长度，方便了检测设备的安装、搬运和转移。该实用新型的主要零部件都集中合抱在机架上，传动件采用多级电动推杆，使用时占用空间小，重量轻，采样管的长度利用率高(采样管的绝大部分长度可伸入烟道用于检测)，所用的主要件：多级电动推杆、直线导轨等可以到专业生产企业选用或定制，采样管、采样头等可直接采用相关标准中推荐的装置，制造成本低。使用后多级电动推杆和采样管等能快速从机架上拆下，分开装箱收纳，有利于搬运和保管。

整个烟尘、烟气采样自动定位监测装置完全符合国家现有相关的烟尘、烟气采样监测标准的要求，对烟尘、烟气的检测和控制，对大气环境的保护具有现实的社会效益和经济效益。

附图说明

图1是烟尘、烟气采样自动定位监测装置的前侧立体图；

图2是烟尘、烟气采样自动定位监测装置的后侧立体图；

图3是烟尘、烟气采样自动定位监测装置的前侧爆炸图；

图4是烟尘、烟气采样自动定位监测装置的后侧爆炸图；

图5是机架的立体图；

图6是固定装置中的活动连接板相对于固定连接板旋转90度时的爆炸图；

图7是托架的爆炸图；

图8是托架的立体图；

图9是左、右直线导轨上安装有前、后托架，采样管被前、后托架抱合其中，两收缩卷簧与后托架连接的立体图；

图10是定位板的立体图；

图11是定位板的爆炸图；

图12是光电编码器上安装胶轮的立体图；

图13是定位管和测试装置的两端面之间脱开时，形成便于更换采样头空间的立体图；

图14是烟尘、烟气采样自动定位监测装置在旋转90度时的立体图；

图15是在定位管与测试装置之间安装有接套的局部剖面图。

图中：1、固定装置；2、固定连接板；3、活动连接板；4、密封垫板；5、定位管；6、螺栓；7、测试装置；8、机架；9、前长槽；10、后长槽；11、撑杆；12、拉杆；13、搭扣；14、电动推杆；15、左直线导轨；16、右直线导轨；17、前托架；18、后托架；19、采样管；20、采样头；21、抱箍；22、定位箍；23、导向抱箍；24、弹性插接件；25、滚珠；26、滑块；27、收缩卷簧；28、定位板；29、小通孔；30、大通孔；31、大扇形板；32、小扇形板；33、槽榫结构；34、螺钉；35、密封圈；36、气泡式水平仪；37、水平铰链；38、搁板；39、垂直铰链；40、撑脚；41、光电编码器；42、内凹弧面；43、胶轮；44、接套。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本实用新型作进一步的描述。

图1至图4是烟尘、烟气采样自动定位监测装置的结构示意图。从图中看出，它包括用于固定在烟道外壁的固定装置1，所述的固定装置1包括固定在烟道上的固定连接板2以及活动连接板3，在固定连接板2与活动连接板3之间安装有弹性的密封垫板4，在活动连接板3上固定有定位管5。固定连接板2、活动连接板3和密封垫板4用4个螺栓6连接。在定位管5上插接有测试装置7，所述的测试装置7包括头部与定位管5相配的机架8如图5所示，在机架8的左、右两侧各制有前长槽9和后长槽10，分别通过前长槽9和后长槽10用向下的撑杆11和向上的拉杆12与活动连接板3连接。为了能够满足测试装置7旋转90度检测的需要，当活动连接板3旋转90度后也能用螺栓6与固定连接板2连接如图6所示，为此，将活动连接板3与固定连接板2固定的4个螺栓6相对于定位管5中心成正方形分布。在机架8上通过2个搭扣13固定有多级电动推杆14，在电动推杆14旁边的机架8内两侧固定有侧卧的左直线导轨15和右直线导轨16，在左直线导轨15和右直线导轨16之间通过前托架17和后托架18固定有采样管19，前托架17和后托架18在左直线导轨15和右直线导轨16之间前后滑动。采样管19的前端安装有采样头20(采样嘴与滤筒或滤膜等的组合件)。在采样管19前端的台阶后面用抱箍21与电动推杆14的前端连接，采样管19的伸缩由电动推杆14带动。在测试中，通常在进入第一采样点测试前、采样结束后以及空白样测试时，需将采样头20背向气流操作，为了能使采样管19方便旋转，抱箍21与采样管19采用不完全“抱死”，而采用有阻尼的抱合。为防止采样管19在抱箍21中轴向移动，在抱箍21后面的采样管19上固定有两半对合的定位箍22，与采样管19原有突起的台阶一起，对抱箍21在采样管19上轴向限位。所述的前托架17和后托架18均由两个内孔为半圆形的导向抱箍23通过弹性插接件24连接组成。导向抱箍23的内孔表面中镶嵌有环形的滚珠25，组成可对半分开的直线轴承，在导向抱箍23的左右两侧分布固定有与左直线导轨15和右直线导轨16相配的滑块26，如图7、图8所示。采样管19被前托架17和后托架18抱合其中。其中后托架18的左右两侧分别与固定在左直线导轨15和右直线导轨16后端的两收缩卷簧27连接，依靠收缩卷簧27的拉力将后托架18有弹性的往后拉如图9所示。在机架8的前端固定有拼接的圆形定位板28，定位板28上制有采样管19通过的小通孔29和电动推杆14通过的大通孔30，所述的定位板28由三块扇形板拼接而成，其中大扇形板31上设有大通孔30，两块小扇形板32拼接成中间的小通孔29，三块扇形板通过槽榫结构33和螺钉34连接在一起。为了防止烟尘和烟气在大通孔30与电动推杆14和小通孔29与采样管19之间的间隙中泄漏出来，在大通孔30和小通孔29的孔壁上制有沟槽，沟槽中镶嵌有密封圈35，如图10、图11所示。

在机架8的侧面安装有气泡式水平仪36，以保证烟尘、烟气采样自动定位监测装置安装和测试时在水平的状态。所述的机架8侧面通过水平铰链37固定有供放置自动控制操作系统的搁板38，在搁板38下面的机架8上通过垂直铰链39固定有托住搁板的2只撑脚40，在收纳时搁板38和撑脚40可以折拢，减小外形的体积。

所述的电动推杆14的伸缩由自动控制系统控制。在采样管19旁边的机架8上安装有光电编码器41，光电编码器41的转轴上安装有外圆为内凹弧面42的胶轮43如图12所示，胶轮43的内凹弧面42有弹性地紧靠在采样管19的外表面上，当采样管19伸缩时，带动胶轮43和光电编码器41的转轴旋转，以此记录采样管19的伸缩情况，并将光电编码器的信息反馈到自动控制系统，由自动控制系统与电动推杆14的控制信号一起确认采样管19的实际伸缩距离或位置，所述的自动控制系统信号与外部测试仪连通。

在测试中需要更换采样管19前端的采样头20时，在拉杆12和撑杆11与机架8固定的情况下，利用前长槽9和后长槽10使测试装置7可以从定位管5中拔出，在定位管5和测试装置7的两端面之间形成脱开的空间，空间的宽度L为30-40厘米，如图13所示，采样头20可以利用该空间进行更换，更换后再将测试装置7直接插入定位管5，消除了监测装置在采样头20更换时的大动作装拆。

在测试中需要采样头20在0度和90度两个朝向的检测，可以将活动连接板3旋转90度后再用螺栓6与固定连接板2连接，使得测试装置7也一起跟随活动连接板3一起旋转90度，达到测试装置在0度和90度两个位置的测试如图14所示。

对于在薄壁烟道中的测试，如钢制的烟囱等，会出现采样管19在最靠后的位置时，采样管19前端的采样头20还是太靠前(超过最近的采样点)，对此，采用在定位管5与机架8前端之间安装有接套44，使整个测试装置7相对于固定装置1再向后移一段距离，前端的采样头20也同步后移如图15所示，以满足这种特殊测试场合的需要。