一种均值采样系统及方法与流程

本发明属于环境监测设备领域，尤其涉及一种可用于持续监测的均值采样系统及方法。

背景技术：

现有的在线气体监测设备是通过气相色谱仪对采集的样品进行检测，气相色谱仪的采样方式为空间上的单点采样或多点采样。然而，不论是空间上的单点采样还是空间上的多点采样，采集都是某一瞬间的样品，即瞬间采样。

监测时，以瞬间样品的浓度值代表该采样周期内样品的浓度值，进而考察整个测试周期内样品的浓度值和排放总量。而就目前的工厂工艺或环境状况的实际情况而言，采样点的样品浓度存在一定的波动，因此，瞬间采样的样品气测试结果只能代表该采样瞬间的样品气浓度，对该采样周期内的样品气浓度不具有代表性，更无法代表该采样周期内的样品排放总量。现有的监测设备不能实现对气体的实时持续监测，存在采样盲点。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出一种均值采样系统及方法，基于持续取样混合平均的采样方式，实时检测的样品浓度值为该采样周期内样品浓度的平均值，采用多个采样流路并联的系统流路设计，通过采样流路间的无缝切换，多个管路间的交替置换、采样、进样，实现连续不间断采样。

本发明提供一种均值采样系统，包括：采样泵、空气泵、采样单元和真空泵，

所述采样单元包括采样阀、空气阀、采样罐、送样阀和排气阀；

所述采样罐为密闭的容器，所述采样泵通过所述采样阀连通所述采样罐，所述空气泵通过所述空气阀连通所述采样罐，所述采样罐连通所述排气阀；所述排气阀分别连通总出气阀和真空泵阀，所述真空泵阀连通所述真空泵；

所述送样阀连通所述采样罐，用于控制将样品送至检测设备；

所述采样单元的数量为多个。

作为本发明可选地方案，所述采样单元的数量为三个。

作为本发明可选地方案，所述采样泵、空气泵和真空泵均为隔膜泵。

作为本发明可选地方案，所述采样泵连通有旁通阀。

作为本发明可选地方案，采样阀与采样罐之间设有稳流阀。

本发明还提供一种均值采样方法，利用上述的均值采样系统进行，所述采样单元的运行包括步骤：

起始状态下关闭所有阀；

置换：打开空气阀，所述空气泵将清净气体送入所述采样罐；打开排气阀和总出气阀将所述采样罐中的清净气体排出；关闭所述空气阀，将所述采样罐内的气压降低至与大气压相等，之后关闭所述总出气阀，打开真空泵阀，所述真空泵将所述采样罐抽真空；

采样：关闭排气阀，打开采样阀；所述采样泵将采集的样品输送至所述采样罐；

送样：关闭所述采样阀，打开所述送样阀；将所述采样罐内的样品输送至检测设备；

多个所述采样单元依次将采集的样品输送至所述检测设备。

作为本发明可选地方案，所述均值采样系统包括三个采样单元，分别为第一采样单元、第二采样单元和第三采样单元；

所述均值采样方法包括：

a、所述第一采样单元执行所述置换；

b、所述第一采样单元执行所述采样，所述第二采样单元执行所述置换；

c、所述第一采样单元执行所述送样，所述第二采样单元执行所述采样，所述第三采样单元执行所述置换；

d、所述第一采样单元执行所述置换，所述第二采样单元执行所述送样，所述第三采样单元执行所述采样；

e、所述第一采样单元执行所述采样，所述第二采样单元执行所述置换，所述第三采样单元执行所述送样；

f、重复步骤c～e。

本发明的均值采样方法，在进行所述置换时，所述排气阀的打开和关闭交替进行。

作为本发明可选地方案，通过稳流阀控制采样时的流量。

作为本发明可选地方案，所述采样泵一直处于工作状态。

本发明的均值采样系统及方法，利用多个采样单元在不同采样周期内持续采样，通过检测设备对样品进行分析，实时检测的样品浓度值为该采样周期内样品浓度的平均值，取得的分析结果更能准确的代表该采样周期内样品浓度的实际值；实现连续不间断采样，避免存在采样盲点；在采样前对采样罐进行抽真空，避免不同批次样品气之间的相互干扰，进而确保测试结果的准确性。

附图说明

图1是本发明实施例的均值采样系统的示意图。

图2是本发明实施例的采样单元的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

本发明中所述的“连接”，除非另有明确的规定或限定，应作广义理解，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连。在本发明的描述中，需要理解的是，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶端”、“底端”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发明和简化描述，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发明的限制。

如图1所示，本发明实施例提供一种均值采样系统，包括：采样泵p1、空气泵p2、采样单元和真空泵p3。采样泵p1用于样品的采集，空气泵p2用于向采样单元输送清净气体，真空泵p3用于采样单元的抽真空，采样单元用于样品的储存及送样。

如图2所示，采样单元包括采样阀v1、空气阀v2、采样罐q、送样阀v4和排气阀v3。采样罐q为密闭的容器，用于存储采集的样品。采样泵p1连通采样阀v1，采样阀v1连通采样罐q，采样阀v1作为样品进入采样罐q的开关。空气泵p2连通空气阀v2，空气阀v2连通采样罐q，空气阀v2作为清净气体进入采样罐q的开关。采样罐q连通排气阀v3，排气阀v3作为采样罐q排气的开关。排气阀v3分别连通总出气阀v5和真空泵阀v6，真空泵阀v6连通真空泵p3。采样罐q连通送样阀v4，送样阀v4连通检测设备，送样阀v4连通采样罐和检测设备，作为样品送至检测设备的开关。

采样单元的运行，包括步骤：

起始状态下关闭所有阀；

置换：打开空气阀v2，空气泵p2将清净气体送入采样罐q；打开排气阀v3和总出气阀v5将采样罐q中的清净气体排出，对采样罐q进行清洗；关闭空气阀v2，将采样罐q内的气压降低至与大气压相等，之后关闭总出气阀v5，打开真空泵阀v6，真空泵p3将采样罐q抽真空。

采样：关闭排气阀v3，打开采样阀v1；采样泵p1将采集的样品输送至采样罐q。

送样：关闭采样阀v1，打开送样阀v4；将采样罐q内的样品输送至检测设备，检测设备对样品进行检测。

采样单元的数量为多个，多个采样单元依次将采集的样品输送至检测设备，可实现不间断的气体监测。

如图1所示，本实施例中，采样单元的数量为三个，包括第一采样单元1、第二采样单元2和第三采样单元3。第一采样单元1、第二采样单元2和第三采样单元3依次将采集的样品输送至检测设备，具体为：

a、第一采样单元1执行置换：

第一采样单元1打开空气阀v12，空气泵p2将清净气体送入采样罐q1；打开排气阀v13和总出气阀v5将采样罐q1中的清净气体排出，对采样罐q1进行清洗；关闭空气阀v12，将采样罐q1内的气压降低至与大气压相等，之后关闭总出气阀v5，打开真空泵阀v6，真空泵p3将采样罐q1抽真空。

b、第一采样单元1执行采样，第二采样单元2执行置换：

第一采样单元1关闭排气阀v13，打开采样阀v11；采样泵p1将采集的样品输送至采样罐q1。

第二采样单元2打开空气阀v22，空气泵p2将清净气体送入采样罐q2；打开排气阀v23和总出气阀v5将采样罐q2中的清净气体排出，对采样罐q2进行清洗；关闭空气阀v22，将采样罐q2内的气压降低至与大气压相等，之后关闭总出气阀v5，打开真空泵阀v6，真空泵p3将采样罐q2抽真空。

c、第一采样单元1执行送样，第二采样单元2执行采样，第三采样单元3执行置换：

第一采样单元1关闭采样阀v11，打开送样阀v14；将采样罐q1内的样品输送至检测设备，检测设备对样品进行检测。

第二采样单元2关闭排气阀v23，打开采样阀v21；采样泵p1将采集的样品输送至采样罐q2。

第三采样单元3打开空气阀v32，空气泵p2将清净气体送入采样罐q3；打开排气阀v33和总出气阀v5将采样罐q3中的清净气体排出，对采样罐q3进行清洗；关闭空气阀v32，将采样罐q3内的气压降低至与大气压相等，之后关闭总出气阀v5，打开真空泵阀v6，真空泵p3将采样罐q3抽真空。

d、第一采样单元1执行置换，第二采样单元2执行送样，第三采样单元3执行采样：

第一采样单元1打开空气阀v12，空气泵p2将清净气体送入采样罐q1；打开排气阀v13和总出气阀v5将采样罐q1中的清净气体排出，对采样罐q1进行清洗；关闭空气阀v12，将采样罐q1内的气压降低至与大气压相等，之后关闭总出气阀v5，打开真空泵阀v6，真空泵p3将采样罐q1抽真空。

第二采样单元2关闭采样阀v21，打开送样阀v24；将采样罐q2内的样品输送至检测设备，检测设备对样品进行检测。

第三采样单元3关闭排气阀v33，打开采样阀v31；采样泵p1将采集的样品输送至采样罐q3。

e、第一采样单元1执行采样，第二采样单元2执行置换，第三采样单元3执行送样：

第一采样单元1关闭排气阀v13，打开采样阀v11；采样泵p1将采集的样品输送至采样罐q1。

第二采样单元2打开空气阀v22，空气泵p2将清净气体送入采样罐q2；打开排气阀v23和总出气阀v5将采样罐q2中的清净气体排出，对采样罐q2进行清洗；关闭空气阀v22，将采样罐q2内的气压降低至与大气压相等，之后关闭总出气阀v5，打开真空泵阀v6，真空泵p3将采样罐q2抽真空。

第三采样单元3关闭采样阀v31，打开送样阀v34；将采样罐q3内的样品输送至检测设备，检测设备对样品进行检测。

f、重复步骤c～e。

本实施例的均值采样系统，利用多个采样单元在不同周期内持续采样，通过采样单元间的无缝切换，实现多个采样单元的交替置换、采样、送样，实现了连续不间断的采样、检测，实时检测的样品浓度值即为该采样周期内样品浓度的平均值，可更加准确的体现监测气体的排放浓度和排放总量。

可选地，采样泵p1、空气泵p2和真空泵p3均为隔膜泵。

采样泵p1连通有旁通阀v7，采样泵p1可一直保持工作状态，当各个采样单元均不需进行采样时，采样泵p1可通过旁通阀v7将采样的样品排放。

在送样阀v4与检测设备之间，可设置一个流量计f1，用于实时观察送入检测设备的样品的流量。在送样阀v4于流量计f1之间设有稳流阀w2，用于控制送入检测设备的样品的实时流量。

在采样阀v1与采样罐q之间，可设置稳流阀w1，用于采样时样品流量的控制，确保流路上的流量稳定，进而保证采样结果的准确性。本实施例中，采样阀v11与采样罐q1之间，设置稳流阀w11，采样阀v21与采样罐q2之间，设置稳流阀w12，采样阀v31与采样罐q3之间，设置稳流阀w13。

本发明实施例还提供一种均值采样方法，利用上述的均值采样系统进行，采样单元的运行包括步骤：

置换：打开空气阀，空气泵将清净气体送入采样罐；打开排气阀和总出气阀将采样罐中的清净气体排出；关闭空气阀，将采样罐内的气压降低至与大气压相等，之后关闭总出气阀，打开真空泵阀，真空泵将采样罐抽真空。在采样前对采样罐进行抽真空，可避免不同批次样品之间的相互干扰，保证检测结果的准确性。本实施例的清净气体可以为零级空气。

采样：关闭排气阀，打开采样阀；采样泵将采集的样品输送至采样罐。

送样：关闭采样阀，打开送样阀；将采样罐内的样品输送至检测设备。

多个采样单元交替进行置换、采样、送样，依次将采集的样品输送至检测设备。

本实施例的方法，实时检测的样品浓度值即为该采样周期内样品浓度的平均值，能够更准确的反应该采样周期内样品浓度的实际值，减少传统瞬间采样方式由于采样点浓度波动造成的测量浓度值与实际浓度值之间的偏差。

可选地，均值采样系统包括三个采样单元，分别为第一采样单元、第二采样单元和第三采样单元；均值采样方法包括：

a、第一采样单元执行置换；

b、第一采样单元执行采样，第二采样单元执行置换；

c、第一采样单元执行送样，第二采样单元执行采样，第三采样单元执行置换；

d、第一采样单元执行置换，第二采样单元执行送样，第三采样单元执行采样；

e、第一采样单元执行采样，第二采样单元执行置换，第三采样单元执行送样；

f、重复步骤c～e。

本实施例的均值采样方法在进行置换时，排气阀的打开和关闭交替进行。排出采样罐中的清净气体时，排气阀v3关闭10s(秒)，打开5s，如此循环1min(分钟)，这样可提升对采样罐的清洗效果。

采样时，通过稳压阀w1控制采样时的样品流量。

可选地，本实施例的方法中采样泵可一直处于工作状态，当采样单元不需要进行采样时，采样泵通过旁通阀进行泄压，将采样的样品排放。

本实施例的均值采样系统可根据实际需要，切换手动和自动采样状态，调整采样的频率和周期。本实施例包含三个采样单元，采样单元的采样时长与检测设备的检测分析周期相同，实现连续在线采样。根据需要，采样单元的数量也可为两个，一个采样单元进行置换，另一个采样单元进行采样和送样，两者交替进行。采样单元的数量也可为四个或更多，实现连续送样即可。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。