一种自适应切换取样的装置及取样方法与流程

本申请涉及流体采样测量技术领域，具体是一种自适应切换取样的装置及取样方法。

背景技术：

生产型企业在生产过程中需要用到水和原料，生产完成后会产生废水、废气等附属物，生产规模越大，所需要的资源就越多，同样附带产生的废弃物也就越多。以电厂为例：锅炉通过燃烧煤，使水蒸发产生压力推动汽轮机的转动带动发动机做功。由于待测物数量巨大，只能采用抽样测量，而在企业生产过程中，生产工况实时变化，任何一种固定的采样方式都会影响测量的准确性。

现有技术的采样测量方法有单点采样测量、多点采样测量、网格法取样测量，但是以上方法在对流体进行取样测量时，分别有以下缺点：在单点采样测量中，由于待测介质分布不均匀，导致单点采样测量存在偏差大、测量值波动大的问题；在多点采样测量中，当测点间隔较远时，会存在采集的样品浓度不一致的问题；网格法取样装置，由于在企业生产中，无法做到让网格法取样装置对流体样本进行均匀的取样，导致其受工况影响较大，进而存在一定结果偏差。综上，现有的采样测量方法在对流体进行取样测量时，无法避免取样不均匀的问题，存在采样测量偏差较大的问题。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本申请的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本申请旨在于解决上述问题，提供了一种自适应切换取样的装置，能够根据需要实现多点取样和单点取样的切换，装置结构简单，且能够在多点取样时，通过控制单元控制自适应阀，实现各取样管道的均匀取样，能够有效地降低检测结果的偏差。本申请还提供了适用于上述的自适应切换取样的装置一种取样方法。

为实现上述技术目的，本申请实施例提供了一种自适应切换取样的装置，包括多根取样管道、收集腔室、控制单元，多根所述取样管道的第一端与所述收集腔室连通，所述控制单元控制所述取样管道的导通或阻断，所述取样管道的第一端与所述收集腔室之间设置有用于调节所述取样管道与所述收集腔室之间的连通通径的自适应阀，多根所述取样管道的第二端分别伸入待测区域中的多个采样位置，所述取样管道内设置有用于检测所述取样管道内流量信息的传感器，所述传感器与所述控制单元信号连接，所述控制单元根据所述传感器的检测结果控制所述自适应阀，当所述传感器检测到的数据大于基准值时，所述控制单元控制所述自适应阀减小所述取样管道与所述收集腔室之间的连通通径；当所述传感器检测到的数据小于基准值时，所述控制单元控制所述自适应阀增大所述取样管道与所述收集腔室之间的连通通径。

根据本申请的自适应切换取样的装置，通过控制单元对取样管道的导通或阻断的控制，能够根据待测环境和取样任务的需要，对装置进行调节，实现多点取样或单点控制取样，并在取样过程中，通过自适应阀调节取样管道与收集腔室间的连通通径，能够根据传感器实时调整各取样管道的流量，实现多点取样中各取样管道的取样均匀性，降低检测结果的偏差，从而提高取样的可靠性。

优选地，所述自适应阀包括调节件、驱动件，所述驱动件与所述控制单元电性连接，所述调节件与所述驱动件的输出端固定连接，并受所述驱动件的驱动向所述取样管道内移动以减小所述取样管道与所述收集腔室之间的连通通径或向所述取样管道外移动以增大所述取样管道与所述收集腔室之间的连通通径。

优选地，所述调节件为锥形活塞，所述驱动件为缸体固设于所述收集腔室内的伸缩气缸，所述调节件的底面直径不小于所述取样管道的管径，所述调节件的底面与所述驱动件的伸缩端固定连接；所述控制单元与所述驱动件信号连接，并控制所述驱动件驱动所述调节件沿着所述取样管道的轴线移动。

基于上述自适应阀的结构，能够有效地根据控制单元的控制指令对取样管道的通径进行调节，并通过锥形活塞和伸缩气缸组成的自适应阀，简化了自适应阀的结构和使用的便捷性。

优选地，所述调节件的轴线与所述取样管道的轴线重合，所述控制单元控制所述调节件沿着所述取样管道的轴线向所述取样管道内移动以减小所述取样管道与所述收集腔室之间的连通通径，或向所述取样管道外移动以增大所述取样管道与所述收集腔室之间的连通通径；所述调节件的移动距离为其中，q为所述取样管道内的流量，cv为流速系数，g为重力加速度，h为管道长度，r为所述取样管道的管道半径，α为所述调节件的锥角。

优选地，所述传感器沿着所述取样管道第一端的管口周向设置，所述取样管道内调节其与所述收集腔室之间连通通径的阻挡面的横截面面积为其中，q为所述取样管道内的流量，cv为流速系数，g为重力加速度，h为管道长度，r为所述取样管道的管道半径。

基于上述传感器的设置，将传感器沿着取样管道的管口周向设置，能够对较少样品经过取样管道时进行有效地检测，确保取样管道的流量检测是可靠的，并通过检测到的流量数值获取取样管道内阻挡面的横截面面积，降低了的算法复杂性，进而提高装置的控制灵敏度。

进一步地，控制单元的控制过程中，只需要根据获取的流量数值即能快速的获取锥形活塞需要向取样管道内移动的距离，进一步降低了控制单元控制数据的获取难度，提高了装置的灵敏度。

优选地，所述收集腔室上开设有若干个间隔设置的通孔，所述取样管道通过所述通孔与所述收集腔室连通，多个所述取样管道的内径相等。

优选地，相邻设置的两个所述取样管道伸入待测区域中的长度不同。

基于上述取样管道和收集腔室的设置，通过相邻设置的两个取样管道露出于收集腔室的长度不同，使各取样管道在多点取样的工作过程中，能够对待测环境中多个不同位置进行取样，提高本申请自适应切换取样的装置取样结果的可靠性。

基于同一发明构思，本申请实施例还公开了一种适用于上述的自适应切换取样的装置的取样方法，该方法包括以下步骤：

取样状态开启，将取样管道的取样端伸入待测区域中并通过控制单元控制取样；

自适应调节取样，传感器周期性检测各取样管道内的流量数据并将检测结果发送至控制单元，控制单元比对各取样管道的流量数据并通过控制自适应阀调节取样管道与收集腔室之间通径的大小；

结束取样，样本总量达到预设值时结束取样。

基于上述取样方法，通过传感器周期性地对取样管道的流量进行检测，并通过控制单元驱动自适应调节阀调节取样管道与收集腔室间的通径，可以根据检测环境和待测样本的特性对传感器的检测周期进行调节设置，传感器的检测周期可以设置为3s或5s或10s或30s或1min等，使本申请的取样方法执行时，能够实时对取样管道进行监测，提高取样的均匀性，进而减小测量结果的偏差。

优选地，所述取样状态开启具体包括以下步骤：

将取样管道的取样端伸至待测区域内的各取样点处；

通过控制单元控制自适应阀调节取样管道与收集腔室间的通径大小进行多种取样方式取样；所述取样方式包括对单一固定区域取样或多点均匀取样；所述单一固定区域取样包括通过控制单元控制自适应阀使该区域内的一个或多个取样管道与收集腔室连通；所述多点均匀取样包括通过控制单元控制自适应阀使位于多处采样点的取样管道均与收集腔室连通。

优选地，所述自适应调节取样具体包括以下步骤：

控制单元根据传感器检测的流量数据获取调节取样管道与收集腔室之间的连通通径的阻挡面的横截面面积s，其中，cv为流速系数，g为重力加速度，h为管道长度，r为取样管道的管道半径，q为传感器检测的流量数据；

控制单元将各取样管道的流量与基准值进行比对；

当取样管道的流量小于基准值时，控制单元控制自适应阀减小阻挡面的横截面积，增加取样管道与收集腔室之间的通径；当取样管道的流量大于基准值时，控制单元控制自适应阀增加阻挡面的横截面积，减小取样管道与收集腔室之间的通径。

基于上述取样状态开启和自适应调节取样的具体步骤，通过对取样管道与收集腔室间通径的精准控制，降低本申请取样方法的操作难度，并提高取样的均匀性，进而降低检测结果的偏差。

综上所述，根据本申请的自适应切换取样的装置及取样方法，能够根据需要实现多点取样和单点取样的切换，并在多点取样时能够对待侧环境进行均匀地取样，能够有效地降低检测结果的偏差，装置结构简单、方法操作简便。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例一种自适应切换取样的装置的结构示意图；

图2为本申请实施例一种自适应切换取样的装置的自适应阀的结构示意图；

图3为本申请实施例一种自适应切换取样的装置的传感器的位置示意图；

图4为本申请实施例一种自适应切换取样的装置的取样管道的分布示意图；

图5为本申请实施例一种取样方法的流程框图；

附图标记说明：

1-取样管道，2-收集腔室，3-控制单元，4-自适应阀，41-调节件，42-驱动件，5-传感器。

具体实施方式

以下将以图式揭露本申请的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本申请。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。

实施例：参考图1所示的一种自适应切换取样的装置，包括多根取样管道1、收集腔室2、控制单元3，多根取样管道1的第一端与收集腔室2连通，控制单元3控制取样管道1的导通或阻断。在实施例的具体实施中，取样管道1的数量可以根据检测环境的体量进行调整，收集腔室2为现有技术中采样装置常用的用于泵吸以及存储样本的容器，取样管道1与收集腔室2间通过管道连通，并在取样管带1、收集腔室2、以及管道中的各个连接处通过耐腐蚀橡胶进行密封，控制单元3可以是现有技术中的plc控制柜。

在本实施例中，结合图2和图3所示，取样管道1的第一端内设置有用于调节取样管道1与收集腔室2之间的连通通径的自适应阀4，多根取样管道1的第二端分别伸入待测区域中的多个采样位置，取样管道1内设置有用于检测取样管道1内流量信息的传感器5，传感器5与控制单元3信号连接，控制单元3根据传感器5的检测结果控制自适应阀4，当传感器5检测到的数据大于基准值时，控制单元3控制自适应阀4减小取样管道与收集腔室2之间的连通通径；当传感器5检测到的数据小于基准值时，控制单元3控制自适应阀4增大取样管道与收集腔室2之间的连通通径。需要说明的是，采样位置为根据待测环境的样本分布情况设定的采样点，传感器5可以是现有技术中常用的流量传感器，通过控制单元3烧制传感器5的运行程序，能够根据采样需要对传感器5的运行方式进行调整，具体的调整参数包括传感器5的检测时长、触发条件等。

根据本申请的自适应切换取样的装置，通过控制单元3对取样管道1的导通或阻断的控制，能够根据待测环境和取样任务的需要，对装置进行调节，实现多点取样或单点控制取样，并在取样过程中，通过自适应阀4调节取样管道1与收集腔室2间的连通通径，能够根据传感器5实时调整各取样管道1的流量，实现多点取样中各取样管道1的取样均匀性，降低检测结果的偏差，从而提高取样的可靠性。

回看图2，自适应阀4包括调节件41、驱动件42，驱动件42与控制单元3电性连接，调节件41与驱动件42的输出端固定连接，并受驱动件42的驱动向取样管道1内移动以减小取样管道与收集腔室2之间的连通通径或向取样管道1外移动以增大取样管道与收集腔室2之间的连通通径。在本实施例中，自适应阀4可以是现有技术中的一种球阀，调节件41、驱动件42分别对应球阀的启闭件和阀杆，启闭件与阀杆间螺接或焊接进行固定。

作为优选地，调节件41锥形活塞，驱动件42为缸体固设于收集腔室2内的伸缩气缸，调节件41的底面直径不小于取样管道1的管径，调节件41的底面与驱动件42的伸缩端固定连接；控制单元3与驱动件42信号连接，并控制驱动件42驱动调节件41沿着取样管道1的轴线移动。锥形活塞和伸缩气缸均是以现有技术为基础，调节件41的底面与驱动件42的端面螺接进行固定，驱动件42的缸体与收集腔室2的内壁通过螺钉进行固定。这样设置的好处是，能够有效地根据控制单元3的控制指令对取样管道1的通径进行调节，并通过锥形活塞和伸缩气缸构成的自适应阀4，简化了自适应阀4的结构和使用的便捷性。

作为本实施例的一种优选地实施方式，回看图3所示，传感器5沿着取样管道1第一端的管口周向设置，取样管道1内调节其与收集腔室2之间连通通径的阻挡面的横截面面积为其中，q为取样管道1内的流量，cv为检测的样本流体的流速系数，g为重力加速度，h为管道长度，r为取样管道1的管道半径。传感器5与取样管道1的管口通过螺钉螺接或通过防腐胶粘剂(例如：3pe防腐胶粘剂)粘黏。在本实施例中，流速系数cv、重力加速度g、管道长度h、取样管道1的管道半径r均为已知参数，流量q为传感器5检测到的数据。这样设置的好处是，将传感器5沿着取样管道1的管口周向设置，能够对较少样品经过取样管道1时进行有效地检测，此时，样本无法完全填充取样管道1，周向设置的传感器5能够对任意位置流过的样本进行检测，确保保取样管道1的流量检测是可靠的，并通过自适应阀4的横截面在取样管道2内的面积获取传感器5检测的流量，降低了传感器5流量数据获取的算法复杂性，进而提高传感器5的检测灵敏度。

作为一种优选地实施方式，调节件41的轴线与取样管道1的轴线重合，控制单元3控制调节件41沿着取样管道1的轴线向取样管道1内移动以减小取样管道与收集腔室2之间的连通通径，或向取样管道1外移动以增大取样管道与收集腔室2之间的连通通径；调节件41的移动距离为其中，α为调节件的锥角。在本实施例中，锥形活塞的椎角α为已知参数。这样设置的好处是，在控制单元3的控制过程中，只需要根据获取的流量数值即能快速的获取锥形活塞需要向取样管道1内移动的距离，进一步降低了控制单元3控制数据的获取难度，提高了装置的灵敏度。

作为本实施例的一种优选地实施方式，参考图4所示，收集腔室2上开设有若干个间隔设置的通孔，取样管道1通过通孔与收集腔室2连通，多个取样管道1的内径相等，取样管道1与收集腔室2之间通过耐腐蚀橡胶进行密封。在本实施例中，一个自适应阀4对应的取样管道1的数量为6个，且相邻设置的两个取样管道1伸入待测区域中的长度不同。这样设置的好处是，通过相邻设置的两个取样管道1伸入待测区域中的长度的不同，使各取样管道1在多点取样的工作过程中，能够对待测环境中多个不同位置进行取样，提高本申请自适应切换取样的装置取样结果的可靠性。在本实施例的一种可行的实施方式中，收集腔室2上从一端面至另一相对端面之间，插设有多排取样管道1，例如3排，每排取样管道1的数量为4根，相邻两排的4根取样管道1在收集腔室2外侧的长度分别按照自同一侧至另一侧为从高到低和从低到高进行排布。这样设置的好处是，能够提高装置取样的均匀性，降低测量偏差。

参考图5所示，本实施例还公开了一种适用于上述实施例中自适应切换取样的装置的一种取样方法，该方法包括以下步骤：

取样状态开启，将取样管道1的取样端伸入待测区域中并通过控制单元3控制取样；

自适应调节取样，传感器5周期性检测各取样管道1内的流量数据并将检测结果发送至控制单元3，控制单元3比对各取样管道1的流量数据并通过控制自适应阀4调节取样管道1与收集腔室2之间通径的大小；

结束取样，样本总量达到预设值时结束取样。

在本实施例中，可以根据检测环境和待测样本的特性对传感器5的检测周期进行调节设置，例如，可以是：待采样的样本总量为1m³时，检测周期设置为3s；待采样的样本总量为2m³时，检测周期设置为5s；待采样的样本总量为4m³时，检测周期设置为10s；待采样的样本总量为10m³时，检测周期设置为30s；待采样的样本总量为20m³时，检测周期设置为1min等。基于上述取样方法，通过传感器5周期性地对取样管道1的流量进行检测，并通过控制单元3驱动自适应调节阀4调节取样管道1与收集腔室2间的通径，使本申请的取样方法执行时，能够实时对取样管道1进行监测，提高取样的均匀性，进而减小测量结果的偏差。

在本实施中，取样状态开启具体包括以下步骤：

将取样管道1的取样端伸至待测区域内的各取样点处；

通过控制单元3控制自适应阀4调节取样管道1与收集腔室2间的通径大小进行多种取样方式取样；取样方式包括对单一固定区域取样或多点均匀取样；单一固定区域取样包括通过控制单元3控制自适应阀4使该区域内的一个或多个取样管道1与收集腔室2连通；多点均匀取样包括通过控制单元3控制自适应阀4使位于多处采样点的取样管道1均与收集腔室2连通。

在本实施例中，自适应调节取样具体包括以下步骤：

控制单元3根据传感器5检测的流量数据获取调节取样管道1与收集腔室2之间的连通通径的阻挡面的横截面面积s，其中，cv为流速系数，g为重力加速度，h为管道长度，r为取样管道1的管道半径，q为传感器5检测的流量数据。

控制单元3将各取样管道1的流量与基准值进行比对；基准值为通过控制单元3预设的流量数值，该流量数值依据当前检测环境下需要检测的样本数量等数据均分至各开启的取样管道1获得，例如，需要采样的流体总量t为1000m³，取样管道1的总数量m为5根，则每根取样管道1在取样过程中的单管流量该单管流量q即为基准值。

当取样管道1的流量小于基准值时，控制单元3控制自适应阀4减小在取样管道1内的横截面积，增加取样管道1与收集腔室2之间通径；当取样管道1的流量大于基准值时，控制单元3控制自适应阀4增加在取样管道1内的横截面积，减小取样管道1与收集腔室2之间的通径。具体来说，当需要增加取样管道1与收集腔室2之间通径时，控制单元3控制伸缩气缸驱动锥形活塞沿着取样管道1的轴线朝向取样管道1外部移动；当需要减小取样管道1与收集腔室2之间通径时，控制单元3控制伸缩气缸驱动锥形活塞沿着取样管道1的轴线朝向取样管道1内部移动。

基于上述取样状态开启和自适应调节取样的具体步骤，通过对取样管道1与收集腔室2间通径的精准控制，降低本申请取样方法的操作难度，并提高取样的均匀性，进而降低检测结果的偏差。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。