VOCs检测装置及其采样罩在实验室环境中的分布方式的制作方法

本发明涉及气态污染物vocs检测装置的应用领域，尤其涉及的是vocs检测装置及其采样罩在实验室环境中的分布方式。

背景技术：

挥发性有机化合物vocs是大气环境、工作环境、室内环境等的主要气态污染物之一，且对人体健康具有较强的危害性；对vocs的治理和监测工作，是改善环境、保障人体健康、提高安全生产的重要措施之一。

有关vocs的检测，现有技术中的检测方法多为气相色谱、气质联用，该方法测试时间长，仪器设备的价格成本较高；对某些气体也可采用分光光度法，但只能检测甲醛等部分有机物，检测范围窄、检测时间长；而对于便携式仪器则可选用火焰离子化检测器、光离子化检测器和红外吸收检测器等满足一定要求的仪器，但价格仍较贵，也不便于实时监测。

此外，目前市面上的vocs在线监测系统，虽然可以实时监测vocs的浓度，但是价格偏高，不便于普及，且监测点固定，只能监测环境中某个位置点的浓度，检测数据通常没有代表性和说服力。

因此，现有技术尚有待改进和发展。

技术实现要素：

针对上述现有技术中的不足，本发明提供vocs检测装置及其采样罩在实验室环境中的分布方式，采集具有典型性和代表性，检测准确可靠，并可及时发现异常浓度监测点，且价格成本适中。

本发明的技术方案如下：vocs检测装置及其采样罩在实验室环境中的分布方式，vocs检测装置包括采集和收集单元、检测单元和控制器；所述采集和收集单元至少由一组采集和收集部件组成，用于将实验室环境中指定空间位置处的样气汇集到检测单元；每组采集和收集部件均包括采样罩、遥控开关阀和汇集管；其中：根据危害气体与空气的密度比值，将所述采样罩置于实验室环境的上层、中层或下层空间；所述采样罩用于采集其所在空间位置处的样气；所述遥控开关阀用于在控制器的控制下接通或断开采样罩与汇集管之间的通道；所述汇集管连通至检测单元，用于将与其相连通的采样罩所采集的样气汇集到检测单元；所述检测单元用于对输入的样气进行检测，并将检测数据传输至控制器；所述控制器用于对检测数据进行存储、显示、设置和报警。

所述的vocs检测装置及其采样罩在实验室环境中的分布方式，其中：对于50平米以内面积的实验室环境，所述采集和收集单元由1~3组采集和收集部件组成。

所述的vocs检测装置及其采样罩在实验室环境中的分布方式，其中：所述采集和收集单元由3组采集和收集部件组成，且3个采样罩在实验室天花板上的投影呈对角线设置。

所述的vocs检测装置及其采样罩在实验室环境中的分布方式，其中：对于大于50且小于100平米以内面积的实验室环境，所述采集和收集单元由3~5组采集和收集部件组成。

所述的vocs检测装置及其采样罩在实验室环境中的分布方式，其中：所述采集和收集单元由5组采集和收集部件组成，5个采样罩在实验室天花板上的投影呈交叉的两条对角线设置，且在交叉点上设置1个采样罩。

所述的vocs检测装置及其采样罩在实验室环境中的分布方式，其中：对于100平米以上面积的实验室环境，所述采集和收集单元由5~20组采集和收集部件组成，多个采样罩在实验室天花板上的投影呈平行且等间隔的行列分布，相邻行和相邻列的采样罩错位设置并形成交叉的斜线。

所述的vocs检测装置及其采样罩在实验室环境中的分布方式，其中：所述采样罩与汇集管之间经由伸缩式收集管和万向转接管相连通，所述伸缩式收集管连通在采样罩与万向转接管之间，所述万向转接管连通在伸缩式收集管与汇集管之间，用于通过万向转接管的转动，配合伸缩式收集管的伸缩，将与其连通的采样罩定位在指定的空间位置处。

所述的vocs检测装置及其采样罩在实验室环境中的分布方式，其中：所述检测单元由气室、vocs传感器、气泵、检测电路板和固定座组成；所述气室呈两端面封闭的半圆柱形状，并倒扣在固定座上，用于混合采集和收集单元各个采集气路所采集的样气；所述vocs传感器设置在气室中，用于结合检测电路板检测气室内vocs的浓度；所述气泵设置在固定座上，并通过检测电路板与控制器控制连接，用于在采集和收集单元的各个采集气路中产生负压，以将实验室环境中的样气吸入气室；所述气室的一端设置有至少一个进气接口，分别用于与采集和收集单元中的至少一个汇集管相连通，另一端设置有一个出气接口。

所述的vocs检测装置及其采样罩在实验室环境中的分布方式，其中：所述采集和收集单元和检测单元均安装在实验室环境中，所述控制器安装在实验室环境外。

所述的vocs检测装置及其采样罩在实验室环境中的分布方式，其中：所述实验室环境为高校及科研院所、化学实验室、化工实验室、气瓶室、试剂室、仪器室、分析前处理室或化工类研发室的环境。

本发明所提供的vocs检测装置及其采样罩在实验室环境中的分布方式，由于采用了至少一组采集和收集部件，并将根据危害气体与空气的密度比值与其连通的采样罩定位在指定的空间位置处，满足了采样点的空间位置灵活可调，采集更具有典型性和代表性，检测也更准确可靠；同时通过控制器对各个采集气路进行控制，也便于及时发现异常点浓度监测点，且价格成本适中，适合大面积推广和使用。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而非意图以任何方式来限制本发明公开的范围；图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并非是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸；本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1是本发明vocs检测装置及其采样罩实施例在分析室环境中的分布方式示意图；

图2是本发明vocs检测装置实施例所用单组采样和收集部件的放大结构示意图；

图3是本发明vocs检测装置实施例所用检测单元的放大结构示意图；

图4是本发明vocs检测装置实施例所用控制器的正面放大示意图；

图5是本发明vocs检测装置及其采样罩实施例在试剂室环境中的分布方式示意图；

图6是本发明vocs检测装置及其采样罩实施例在气瓶室环境中的分布方式示意图；

图7是本发明vocs检测装置及其采样罩在实验室环境中的分布方式实施例一的俯视示意图；

图8是本发明图7的立体示意图；

图9是本发明vocs检测装置及其采样罩在实验室环境中的分布方式实施例二的俯视示意图；

图10是本发明vocs检测装置及其采样罩在实验室环境中的分布方式实施例三的俯视示意图；

图中各标号：采集和收集单元100、采样罩110、遥控开关阀120、伸缩式收集管130、万向转接管140、汇集管150、检测单元200、气室210、进气接口211、出气接口212、vocs传感器220、固定座230、控制器300、显示屏310、上下左右键320、指示灯330。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的具体实施方式和实施例加以详细说明，所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并非用于限定本发明的具体实施方式。

本文中的实验室环境包括但不限于高校及科研院所、化学实验室、化工实验室、气瓶室、试剂室、仪器室、分析前处理室、化工类研发室等环境。

如图1所示，图1是本发明vocs检测装置及其采样罩实施例在分析室环境中的分布方式示意图；该vocs检测装置包括采集和收集单元100、检测单元200和控制器300；所述采集和收集单元100至少由一组采集和收集部件组成，用于将待监测实验室环境中指定空间位置处的样气汇集到检测单元200；图1仅示出了由三组采集和收集部件组成采集和收集单元100的实施例，该采集和收集单元100所用采集和收集部件的组数可根据待监测实验室(例如图示宽4m×长8m×高2.5m分析室，宽度1.4m的虚线框表示工作人员的活动区域)的面积大小和现场情况确定，以期能够正确反映该实验室内空气污染物的浓度水平；所述检测单元200用于对输入的样气进行检测，并将检测数据传输至控制器300；所述控制器300设置有控制电路板、插拔式存储芯片、显示屏、操作按键和声光报警元器件，所述控制电路板上设置有数据显示与处理电路，包括微控制芯片(例如msp430fe4272ipm)，以及与其电路连接的数据存储sd卡电路、液晶显示屏控制器(例如ili9341)、按键矩阵电路、阀门控制信号接口电路、传感器信号接口电路、指示灯电路、声光报警接口电路，用于对检测数据进行存储、显示、设置和报警。

结合图2所示，图2是本发明vocs检测装置实施例所用单组采样和收集部件的放大结构示意图；每组采集和收集部件均包括采样罩110、遥控开关阀120和汇集管150；所述采样罩110用于采集其所在实验室环境空间位置处的样气；所述遥控开关阀120用于在控制器300的控制下接通或断开采样罩110与汇集管150之间的通道；所述汇集管150的另一端连通至检测单元200，用于将与其相连通的采样罩110所采集的样气汇集到检测单元200。

较好的是，所述采样罩110与汇集管150之间经由伸缩式收集管130和万向转接管140相连通，所述伸缩式收集管130连通在采样罩110与万向转接管140之间，所述万向转接管140连通在伸缩式收集管130与汇集管150之间，用于通过万向转接管140的转动，配合伸缩式收集管130的伸缩，将与其连通的采样罩110定位在指定的空间位置处；通过可调节的采样气体管路，灵活调节采样罩110的高度，力求检测出实验室环境中危害气体的最大浓度点。

具体的，所述采样罩110呈漏斗状，在安装之后其口部朝下方或斜下方设置，口部直径10cm，与伸缩式收集管130相连接的尾部内径0.3cm。

具体的，所述遥控开关阀120连接在采样罩110的尾部与伸缩式收集管130的头部之间；该遥控开关阀120既可以设置在采样罩110的尾部，也可以设置在伸缩式收集管130的头部。

较好的是，所述控制电路板上设置有与微控制芯片电路连接的红外信号传输电路(例如hs0038a2d)，所述控制器300通过该红外信号传输电路控制遥控开关阀120的开启或关闭，由此可以不必通过导线连接，避免了对实验室内部环境的美感造成影响，安装调试也更加简单，不仅适合安装在同一空间内的情况，同时更适合安装在不同空间的情况，比如将控制器300安装在实验室环境外(例如门边墙面上)的情况；因为在没有工作人员活动(例如气瓶室)的空间环境中，将采集和收集单元100、检测单元200均安装在气瓶室内部，而将控制器300安装在气瓶室之外，保证了工作人员在气瓶室的外面就可以方便、安全地查看气瓶室内部环境中的危害物浓度水平，进而能够准确判断是否可以安全进入气瓶室。

较好的是，所述伸缩式收集管130由三节以上粗细不一的管节依次连接而成，且较细的管节可以插入邻近较粗的管节之中并与其相连接，以根据需要调节整个伸缩式收集管130的长度。

以由四节粗细不一的管节依次连接而成的伸缩式收集管130为例，最细管节的内径与所述采样罩110尾部相连接，两者的内径相同；最粗管节的内径与所述汇集管150相连接，两者的内径也相同。

具体的，这四节管节的内径从细到粗依次为0.3cm、0.4cm、0.5cm和0.6cm；同时，所述汇集管150的内径也最好选用0.6cm的，且在安装时，可将该汇集管150通过管夹固定在实验室的天花板上。

结合图3所示，图3是本发明vocs检测装置实施例所用检测单元的放大结构示意图，该检测单元200由气室210、vocs传感器220、气泵(图未示出)、检测电路板(图未示出)和固定座230组成；所述气室210呈两端面封闭的半圆柱形状，并倒扣在固定座230上，用于混合采集和收集单元100各个采集气路所采集的样气；所述vocs传感器220设置在气室210中，用于结合检测电路板检测气室210内vocs的浓度；所述气泵设置在固定座230上，并通过检测电路板与控制器300控制连接，用于在采集和收集单元100的各个采集气路中产生负压，以将实验室环境中的样气吸入气室210，实现对实验室环境气体中vocs浓度的快速检测；所述气室210的一端设置有至少三个进气接口211，分别用于与采集和收集单元100中的至少三个汇集管150相连通，另一端设置有一个出气接口212。

具体的，所述气室长6cm，半径2.5cm，出气接口外径0.6cm，进气接口外径0.4cm，且带有相应的螺帽，以便于不使用的进气接口可采用螺帽进行密封。

较好的是，所述vocs传感器220采用进口光离子化（pid）vocs传感器，不仅响应快、准确度高，而且不会受到采样气体中氧气浓度的影响，非常合适实验室及其它工作环境中vocs的快速检测；同时，根据实验室环境气体中vocs的浓度水平，可通过控制器300选择其不同的量程，使其最小分辨率达到1ppb。

较好的是，所述气泵选择流速稳定的小型气泵，气体流速控制在0.5~1.0l/min之间，以便于对实验室环境气体中的vocs浓度进行快速检测；以0.5l/min的采气流速为例，200cm长的管路，在读数稳定时，大约需要3~4min。

较好的是，在所述气室210中还设置有温度和湿度传感器，用于结合检测电路板实时监测实验室环境中的温度和湿度。

具体的，所述检测电路板中设置有电源、控制及信号传输电路，包括电源转换电路(例如输出dc5v的tps5420和输出dc3.3v的tps63000)、电源与输出接口电路、传感器信号处理电路(例如tcl2252idr)、eeprom存储电路、阀门控制接口电路、阀门控制信号接口电路、温湿度变送器接口电路、泵控制接口电路、声光报警接口电路、rs485输出接口电路(例如max1487esa)、4~20ma输出接口电路(例如ad5420arez)、以及板1板2接口电路。

较好的是，所述检测电路板中还设置有与上述各接口和处理电路相连接的第一无线数据传输模块(例如wifi/蓝牙传输模块intorobot-w32)，相应的，所述控制器300的控制电路板中设置有与微控制芯片电路连接的第二无线数据传输模块(例如wifi/蓝牙传输模块intorobot-w32)，用于在检测单元与控制器300之间进行无线通讯，包括将vocs浓度、采气流速、温度和湿度等数据传输至控制器300，以及将设置vocs传感器量程、调整气泵采气流速、开关阀门等控制指令传输至检测单元。

结合图4所示，图4是本发明vocs检测装置实施例所用控制器的正面放大示意图，具体的，该控制器300呈带有圆角的长方体形状，外形尺寸高20cm、宽15cm、厚4cm，指示灯330设置在显示屏310的上方，操作按键设置在显示屏310的下方；所述指示灯包括红外(ir)状态、报警(alarm)状态和错误状态(fault)指示灯；所述操作按键包括开/关键、菜单键、确认键、返回键、取消键、校零键、校准键、低报键、高报键、存储键、时间键、删除键、温度报警键、湿度报警键、恢复出厂键、控制采集和收集单元100各个采集气路上的遥控开关阀120的控制键和上下左右键320；所述显示屏310用于显示当前日期和时间、温度和湿度、vocs浓度值、采集和收集单元100各个采集气路上的遥控开关阀120的开关状态；而本发明之所以不在检测单元200中设置显示功能，则是为了节约设计和生产成本。

具体的，所述控制器300控制电路板上的：传感器信号接口电路与第二无线数据传输模块电路连接，且该传感器信号接口电路包括rs485信号和4~20ma信号的接口电路；指示灯电路包括红外(ir)状态、报警(alarm)状态和错误状态(fault)指示灯；声光报警接口电路包括温湿度、气泵的声光报警接口电路。

较好的是，所述插拔式存储芯片中还存储有化合物校正数据库，该化合物校正数据库可提供300多种化合物的校正系数，用于根据vocs传感器220对不同化合物的响应不同，由控制器300有针对性地设置不同化合物的校正系数，以使得不同被测物质的测定结果更加准确可靠；此外，每半年对vocs传感器进行校准一次，以保证测定结果的准确和可靠。

在本发明vocs检测装置及其采样罩在实验室环境中的分布方式的具体实施方式中，可以根据所监测实验室环境的实际情况和监测目的，选择采集和收集单元100、检测单元200和控制器300的空间安装位置。

对于有工作人员经常活动的实验室或工作环境(例如图1所示的分析室)中，可将控制器300与采集和收集单元100、检测单元200都安装在该分析室的同一空间内，以便于工作人员及时了解实验室环境中危害气体的浓度，并实时知晓现场环境的安全级别。

结合图5所示，图5是本发明vocs检测装置及其采样罩实施例在试剂室环境中的分布方式示意图；还是以由三组采集和收集部件组成的采集和收集单元100为例，对于这种没有工作人员经常活动的实验室或工作环境，在将采集和收集单元100和检测单元200都安装在试剂室同一空间内的情况下，需要将控制器300安装在试剂室之外，例如安装在其门边把手侧的墙面上，以保证监测空间外的工作人员可方便、安全地查看被监测空间的危害物浓度水平，进而能准确判断工作人员能否入内活动。

结合图6所示，图6是本发明vocs检测装置及其采样罩实施例在气瓶室环境中的分布方式示意图；同样以由三组采集和收集部件组成的采集和收集单元100为例，同样，对于这种没有工作人员经常活动的实验室或工作环境，在将采集和收集单元100和检测单元200都安装在气瓶室同一空间内的情况下，也需要将控制器300安装在气瓶室之外，例如安装在其门边把手侧的墙面上，以保证监测空间外的工作人员可方便、安全地查看被监测空间的危害物浓度水平，进而能准确判断工作人员能否入内活动。

在本发明vocs检测装置及其采样罩在实验室环境中的分布方式的具体实施方式中，可以根据待监测实验室面积的大小和现场情况，合理选择采样罩110的数量和布点位置。

结合图7和8所示，图7是本发明vocs检测装置及其采样罩在实验室环境中的分布方式实施例一的俯视示意图，图8是本发明图7的立体示意图；对于面积在50平米以内(含50平米)的小型实验室s，所述采集和收集单元100可由1~3组采集和收集部件组成，图7和8仅示出了3个采样罩110的实施例，且这3个采样罩110在小型实验室s天花板上的投影呈对角线设置，以使采集的环境样气更具有代表性。

3个采样罩110能够基本覆盖50平米面积以内的小型实验室s环境空气，若按照每个采集气路0.5l/min的流量计算，则3个采集罩110统一进入气室210的总流速可达到1.5l/min，由此可以快速将实验室环境中的气体冲入气室210，以加快vocs传感器220的响应时间。

通常试剂室、仓储室、样品室、气瓶室等化工实验室的面积大都在50平米以内，而且这类实验室存放的试剂、样品等较多，环境气体的组分较多，性质不一；为此，根据小型实验室s环境中危害气体的物理性质不同，可采用不同的采样方式：对于密度小于空气的危害气体，可采用上层采样方式，即将采样罩110置于小型实验室s的上层空间；对于密度接近空气的危害气体，可采用中层采样方式，即将采样罩110置于小型实验室s的中层空间；对于密度大于空气的危害气体，可采用下层采样方式，即将采样罩110置于小型实验室s的下层空间；而对于几种密度的危害气体都存在的危害环境，则可采用混合采样方式，即将3个采样罩110分别置于小型实验室s的上层、中层和下层空间；由此，3个采样罩可以随时根据现场环境的变化进行(向上、向下、中部)的调整，以达到全面监测小型实验室s环境空气中危害物浓度的目的。

结合图9所示，图9是本发明vocs检测装置及其采样罩在实验室环境中的分布方式实施例二的俯视示意图；对于面积大于50且小于100平米以内的中型实验室m，所述采集和收集单元100可由5组采集和收集部件组成，图9仅示出了5个采样罩110的实施例，5个采样罩在中型实验室m天花板上的投影呈交叉的两条对角线设置，且在交叉点上设置1个采样罩，以使采集的环境样气更具有代表性。

5个采样罩110能够基本覆盖50~100平米面积以内的中型实验室m环境空气，若按照每个采集气路0.5l/min的流量计算，则5个采集罩110统一进入气室210的总流速可达到2.5l/min，所增加的两路采集气路可抵消增加的实验室空间和采集气路上的延时，由此可以快速将实验室环境中的气体冲入气室210，并加快vocs传感器220的响应时间。

同理，根据中型实验室m环境中危害气体的物理性质不同，可采用不同的采样方式：对于密度小于空气的危害气体，可采用上层采样方式，即将5个采样罩110都置于中型实验室m的上层空间；对于密度接近空气的危害气体，可采用中层采样方式，即将5个采样罩110都置于中型实验室m的中层空间；对于密度大于空气的危害气体，可采用下层采样方式，即将5个采样罩110都置于中型实验室m的下层空间；而对于几种密度的危害气体都存在的危害环境，则可采用混合采样方式，即将5个采样罩110分别置于中型实验室m的上层、中层和下层空间；由此，5个采样罩可以随时根据现场环境的变化进行(向上、向下、中部)的调整，以达到全面监测中型实验室m环境空气中危害物浓度的目的。

结合图10所示，图10是本发明vocs检测装置及其采样罩在实验室环境中的分布方式实施例三的俯视示意图；对于面积在100平米以上(含100平米)的大型实验室l，所述采集和收集单元100可由5~20组采集和收集部件组成，图10仅示出了10个采样罩110的实施例，这10个采样罩110在大型实验室l天花板上的投影呈平行且等间隔的行列分布，相邻行和相邻列的采样罩110错位设置并形成交叉的斜线，以使采集的环境样气更具有代表性。

较好的是，多个采样罩110在布点时应避开通风口，且离墙壁的距离应大于0.5m；以及相邻两采样罩110之间的距离应控制在2m以内；若按此原则进行布置，大型实验室l的环境空间中仍然有未布点的区域，则再根据前两种情况进行布点。

同样，根据大型实验室l环境中危害气体的物理性质不同，可采用不同的采样方式：对于密度小于空气的危害气体，可采用上层采样方式，即将10个采样罩110都置于大型实验室l的上层空间；对于密度接近空气的危害气体，可采用中层采样方式，即将10个采样罩110都置于大型实验室l的中层空间；对于密度大于空气的危害气体，可采用下层采样方式，即将10个采样罩110都置于大型实验室l的下层空间；而对于几种密度的危害气体都存在的危害环境，则可采用混合采样方式，即将10个采样罩110分别置于大型实验室l的上层、中层和下层空间；由此，10个采样罩可以随时根据现场环境的变化进行(向上、向下、中部)的调整，以达到全面监测大型实验室l环境空气中危害物浓度的目的。

本发明所提供的vocs检测装置及其采样罩在实验室环境中的分布方式，多路设计、自由旋转、灵活调节和控制，检测时间短、速度快、结果科学准确，使用方便，能有效反映实验室环境中挥发性有机化合物vocs的真实浓度，采样具有典型性和代表性，安装方便、检测快速准确、价格实惠、实用性强，适合在高校及科研院所、化学实验室、化工实验室、气瓶室、试剂室、仪器室、分析前处理室、化工类研发室等实验室进行全面推广和普及。

应当理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不足以限制本发明的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本发明的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。