申请/专利权人：北京市环境保护监测中心

申请日：2018-06-28

公开（公告）日：2024-06-25

公开（公告）号：CN108663240B

主分类号：G01N1/24

分类号：G01N1/24

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.25#授权;2018.11.09#实质审查的生效;2018.10.16#公开

摘要：本发明公开了一种大气颗粒物采样分流器，属于大气颗粒物监测领域，该分流器包括从上到下依次连接的进气管、第一过渡段、采样段、第二过渡段和排空管，其中：所述第一过渡段的内径从上到下逐渐增大；所述采样段的内径与所述进气管的内径的取值使得样气经过第一过渡段进入采样段后流速降低至0.098ms；所述第二过渡段的内径从上到下逐渐减小；所述排空管的两侧对称设置有两个支路管，所述支路管伸进所述采样段内并且所述支路管的采样口距离所述采样段的底端第一高度，所述支路管的内径为8mm，所述支路管的样气流量小于等于5Lmin。本发明采样效率高，适用的颗粒物粒径范围广。

主权项：1.一种大气颗粒物采样分流器，其特征在于，包括从上到下依次连接的进气管、第一过渡段、采样段、第二过渡段和排空管，其中：所述第一过渡段的内径从上到下逐渐增大，所述第一过渡段的上端内径与所述进气管的内径相同，所述第一过渡段的下端内径与所述采样段的内径相同；所述采样段的内径与所述进气管的内径的取值使得样气经过第一过渡段进入采样段后流速降低至0.098ms；所述第二过渡段的内径从上到下逐渐减小，所述第二过渡段的上端内径小于或等于所述采样段的内径，所述第二过渡段的下端内径与所述排空管的内径相同；所述排空管的两侧对称设置有两个支路管，所述支路管伸进所述采样段内并且所述支路管的采样口距离所述采样段的底端第一高度，所述支路管的内径为8mm，所述支路管的样气流量小于等于5Lmin；所述大气颗粒物采样分流器的材质为不锈钢，其内表面抛光处理；所述进气管的内径为12.7mm，所述第一过渡段的开口角度为90度，所述采样段的内径为60mm，所述采样段的高度为50mm；所述支路管的厚度小于等于2mm，两个支路管的轴线距离为40mm；所述第二过渡段的开口角度为60度，所述第二过渡段的上端内径为24mm；所述排空管的内径为8mm。

全文数据：大气颗粒物采样分流器技术领域[0001]本发明涉及大气颗粒物监测领域，特别是指一种大气颗粒物采样分流器。背景技术[0002]两台或多台大气颗粒物分析仪器共用部分采样系统，具有多方面优点，例如增大采样流量，减少小粒径颗粒物在管路中的扩散损失，缩短气路中采样停留时间，使监测结果与实际大气情况更为吻合;保证相关的设备所采样品相同，减少采样差异;减少屋顶打孔个数，便于气路布设等。采样分^荒器的作用是将采样气体由一路分为多路，供多台设备分析。对于颗粒物监测设备，共用采样气路需使用的分流器设计不当会对采样气体产生阻力，从而影响颗粒物的采样效率，采样效率的降低会导致采样代表性差，最终影响检测准确性。[0003]目前国内的分流器均为不考虑颗粒物损失或不含颗粒物气体的分流装置，没有针对颗粒物采样的分流器;此类分流装置对颗粒物的损失较大，部分粒径颗粒物损失率可大于50%，无法满足大气颗粒物监测设备对采样代表性的需求。发明内容[0004]为解决上述技术问题，本发明提供一种大气颗粒物采样分流器，本发明采样效率高，适用的颗粒物粒径范围广。[0005]本发明提供技术方案如下：[0006]一种大气颗粒物采样分流器，包括从上到下依次连接的进气管、第一过渡段、采样段、第二过渡段和排空管，其中：[0007]所述第一过渡段的内径从上到下逐渐增大，所述第一过渡段的上端内径与所述进气管的内径相同，所述第一过渡段的下端内径与所述采样段的内径相同；所述采样段的内径与所述进气管的内径的取值使得样气经过第一过渡段进入采样段后流速降低至〇.〇98ms;[0008]所述第二过渡段的内径从上到下逐渐减小，所述第二过渡段的上端内径小于或等于所述采样段的内径，所述第二过渡段的下端内径与所述排空管的内径相同；[0009]所述排空管的两侧对称设置有两个支路管，所述支路管伸进所述采样段内并且所述支路管的采样口距离所述采样段的底端第一高度，所述支路管的内径为8mm，所述支路管的样气流量小于等于5Lmin。[0010]进一步的，所述第一高度为所述采样段的高度的一半。[0011]进一步的，所述支路管与所述采样段侧面设置有间隔，所述第二过渡段的上端位于两个支路管之间，所述支路管与所述第二过渡段的上端边缘设置有间隔。[0012]进一步的，所述进气管和第一过渡段为一体结构;所述采样段、第二过渡段和排空管为一体结构;所述第一过渡段下端设置有第一凸缘，所述采样段上端设置有第二凸缘，所述第一凸缘和第二凸缘通过螺栓连接，所述第一凸缘和第二凸缘之间设置有密封圈。[0013]进一步的，所述采样段的下端开有支路管孔，所述支路管焊接在支路管孔上。[0014]进一步的，所述大气颗粒物采样分流器的材质为不锈钢，其内表面抛光处理。[0015]进一步的，所述进气管的内径为l2.7mm，所述第一过渡段的开口角度为90度，所述采样段的内径为60mm，所述采样段的高度为50mm。[0016]进一步的，所述支路管的厚度小于等于2mm，两个支路管的轴线距离为40mm;所述第二过渡段的开口角度为6〇度，所述第二过渡段的上端内径为24mm;所述排空管的内径为8mm〇[0017]本发明具有以下有益效果：[0018]本发明的大气颗粒物采样分流器颗粒物采样效率高，适用的颗粒物粒径范围广。附图说明[0019]图1为本发明的大气颗粒物采样分流器示意图。具体实施方式[0020]为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。[0021]本发明提供一种大气颗粒物采样分流器，如图1所示，包括从上到下依次连接的进气管1、第一过渡段2、采样段3、第二过渡段4和排空管5,其中：[0022]第一过渡段2的内径从上到下逐渐增大，第一过渡段2的上端内径与进气管1的内径相同，第一过渡段2的下端内径与采样段3的内径相同；采样段3的内径与进气管1的内径的取值使得样气经过第一过渡段2进入采样段3后流速降低至0.098ms;[0023]第二过渡段4的内径从上到下逐渐减小，第二过渡段4的上端内径小于或等于采样段3的内径，第二过渡段4的下端内径与排空管5的内径相同；[0024]排空管5的两侧对称设置有两个支路管6,支路管6伸进采样段3内并且支路管6的采样口7距离采样段3的底端第一高度h，支路管6的内径为8mm，支路管6的样气流量小于等于5Lmin〇[0025]样气在分流器分流的过程可以理解为支路管在分流器腔内采样的过程，支路管的上端口即为采样口，分流器的阻力即支路采样口的采样阻力。采样阻力分为采样口阻力与传输阻力，采样口阻力又由吸入阻力与入口传输阻力组成，一般吸入阻力大时，传输阻力也大。不同的分流器结构设计产生的阻力差异较大，不同的使用情况，采样效率计算方法与采样效率均不同。已有的研究表明，同轴、等速采样是最为理想的采样方式，对任意粒径段的颗粒物采样效率均能达到100%，但其使用条件较为苛刻，很难实现。本发明采用缓慢流速空气采样的方式，对分流器进行合理设计，使其对不同粒径段的颗粒物采样吸入效率在一定流量范围内达到95%以上。[0026]本发明的大气颗粒物采样分流器在使用时，样气从进气管进入分流器，经过第一过渡段时，由于第一过渡段的内径从上到下逐渐增大，样气的流速逐渐降低，当样气进入采样段后，由于采样段的内径远大于几十倍进气管的内径，使得样气流速降低至0•098ms，满足缓慢流速空气采样的要求。[0027]然后样气在采样段内被两个支路管吸入，并传输至监测仪器，完成分流，剩余的样气经过第二过渡段进入排空管排出。该分流过程为同轴采样，气体流向均垂直，没有湍流扰动，气体进入支路管前流量仅〇•098mS，20_及以下颗粒物在采样口的吸入效率不小于95%。[0028]并且由于气体在采样段高度中间部分的流场最好垂直流向），靠近上下端由于第一过渡段和第二过渡段的影响，不能保证很好地垂直流动，因此支路管伸入采样段，并且支路管的采样口距离采样段的底端第一高度，使得采样口在采样段的高度中间部分。[0029]另外，本发明的支路管的内径为8mm，支路管的样气流量小于等于5Lmin，支路管的内径和流量并不是可以根据需要随意设定的，而是必须是内径8mm，量小于等于5Lmin，只有这样才能满足缓慢流速采样，并且实现同轴采样，其他情况都不能满足要求。[0030]综上所述，本发明的大气颗粒物采样分流器颗粒物采样效率高（可达到95%以上），适用的颗粒物粒径范围广20um及以下颗粒物）。[0031]优选的，前述的第一高度h为采样段3的高度的一半，使得采样口在采样段高度中间部分，流场好。[0032]进一步的，支路管6与采样段3侧面设置有间隔，采样段侧面会对附近的流场产生影响，本发明避免支路管太靠近采样段侧面;第二过渡段4的上端位于两个支路管6之间，支路管6与第二过渡段4的上端边缘设置有间隔。[0033]为方便加工，进气管1和第一过渡段2为一体结构，整体通过车床加工即可;采样段3、第二过渡段4和排空管5为一体结构，整体通过车床加工即可;这样采样分流器就分为了上、下两部分，方便加工并连接安装。连接安装可以采用如下形式:第一过渡段2下端设置有第一凸缘8,采样段3上端设置有第二凸缘9,第一凸缘8和第二凸缘9通过螺栓10连接，第一凸缘8和第二凸缘9之间设置有密封圈。[0034]采样段的安装可以有多种形式，优选的，采样段3的下端开有支路管孔，支路管6焊接在支路管孔上。[0035]本发明的大气颗粒物采样分流器的材质为不锈钢，其内表面抛光处理，减少内表面对颗粒物的吸附。[0036]为方便兼容现有的颗粒物采样设备，进气管1的内径为12.7ram，第一过渡段2的开口角度优选为90度，采样段3的内径优选为60mm，采样段3的高度优选为50mm。[0037]支路管采用薄壁管，支路管6的厚度小于等于2mm，薄壁管的采样口阻力小于厚壁采样口；两个支路管6的轴线距离优选为40mm;第二过渡段4的开口角度优选为60度，第二过渡段4的上端内径优选为24mm;排空管5的内径优选为8mm。[0038]以采样总流量为16.7Lmin举例，16.7Lmin的总采样气体通过进气管进入分流器后，流速降低，之后被位于采样段内的两个支路管以5Lmin的流量采样，剩余6•7Lmin的气体被位于分流器底部中间的排空管抽出排空。所采集颗粒物为粒径小于等于20wii的颗粒物，采样段内径为60mm，支路管内径为8_。计算所得各个粒径颗粒物的采样效率:颗粒物粒径为0_1，1，2.5，10，15,20wm时，采样效率分别为100%，100%，99•9%，98•5%，96•9%，9f5.0%，可见采样效率均大于95%。由于支路采样流量越大，采样效率越低，所以该分流器对总流量为16.7Lmin、支路采样流量小于5Lmin的情况均适用。[0039]以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

权利要求：1.一种大气颗粒物采样分流器，其特征在于，包括从上到下依次连接的进气管、第一过渡段、采样段、第二过渡段和排空管，其中：所述第一过渡段的内径从上到下逐渐增大，所述第一过渡段的上端内径与所述进气管的内径相同，所述第一过渡段的下端内径与所述采样段的内径相同；所述采样段的内径与所述进气管的内径的取值使得样气经过第一过渡段进入采样段后流速降低至〇.098ms;所述第二过渡段的内径从上到下逐渐减小，所述第二过渡段的上端内径小于或等于所述采样段的内径，所述第二过渡段的下端内径与所述排空管的内径相同；所述排空管的两侧对称设置有两个支路管，所述支路管伸进所述采样段内并且所述支路管的采样口距离所述采样段的底端第一高度，所述支路管的内径为8ram，所述支路管的样气流量小于等于5Lmin。2.根据权利要求1所述的大气颗粒物采样分流器，其特征在于，所述第一高度为所述采样段的高度的一半。3.根据权利要求2所述的大气颗粒物采样分流器，其特征在于，所述支路管与所述采样段侧面设置有间隔，所述第二过渡段的上端位于两个支路管之间，所述支路管与所述第二过渡段的上端边缘设置有间隔。4.根据权利要求3所述的大气颗粒物采样分流器，其特征在于，所述进气管和第一过渡段为一体结构;所述采样段、第二过渡段和排空管为一体结构;所述第一过渡段下端设置有第一凸缘，所述采样段上端设置有第二凸缘，所述第一凸缘和第二凸缘通过螺栓连接，所述第一凸缘和第二凸缘之间设置有密封圈。5.根据权利要求4所述的大气颗粒物采样分流器，其特征在于，所述采样段的下端开有支路管孔，所述支路管焊接在支路管孔上。6.根据权利要求1-5任一所述的大气颗粒物采样分流器，其特征在于，所述大气颗粒物采样分流器的材质为不锈钢，其内表面抛光处理。7.根据权利要求6所述的大气颗粒物采样分流器，其特征在于，所述进气管的内径为12.7mm，所述第一过渡段的开口角度为90度，所述采样段的内径为60mm，所述采样段的高度为50mm〇8.根据权利要求6所述的大气颗粒物采样分流器，其特征在于，所述支路管的厚度小于等于2mm，两个支路管的轴线距离为4〇mm;所述第二过渡段的开口角度为60度，所述第二过渡段的上端内径为24mm;所述排空管的内径为8ram。

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