一种用于环境污染现场监测的在线气体流量校准装置制造方法及图纸

一种用于环境污染现场监测的在线气体流量校准装置，属于气体流量校准领域。装置由外壳、上腔体、上密封软垫、石英筒、左控制板、上红外发射管、下红外发射管、固体活塞、航空快速接头、下腔体、下快速气路接头、下密封软垫、右控制板、大口径快速切换阀、遮光贴膜、下红外接收管、下透光狭缝、上红外接收管、上透光狭缝、上快速气路接口、电气线缆、气路管道组成。本实用新型专利技术用固体活塞代替传统皂膜流量计中的皂液和皂膜，通过精密加工技术实现固体活塞和石英筒间的间隙密封；利用光电技术记录气流推动固体活塞经过两个透光狭缝之间的时间，实现气体流量精确测量；结合自动控制手段和通信技术，与环境污染现场监测设备联用实现在线气体流量校准。

An on-line gas flow calibration device for environmental pollution monitoring

An on-line gas flow calibration device for environmental pollution field monitoring, which belongs to the field of gas flow calibration. Device is composed of a casing, an upper cavity, sealing cushion, quartz tube, the left control panel, infrared transmitting tube and infrared transmitting tube, solid air piston, quick joint, inferior body, fast gas joint, lower sealing cushion, the right control board, large caliber fast switching valve, shading film, infrared receiver under the slit on the tube, and the infrared receiving tube, slit, fast gas interface, electrical cables, gas pipelines. The utility model is used to replace the traditional piston solid soap membrane flowmeter in liquid soap and soap film, through the gap between the piston and the solid quartz tube precision machining technology of sealing; using photoelectric technology to promote solid record flow between two pistons through the slit of the time, to achieve accurate measurement of gas flow by means of automatic control and communication; technology, combined with on-site monitoring equipment for environmental pollution on-line gas flow calibration.

【技术实现步骤摘要】
一种用于环境污染现场监测的在线气体流量校准装置
本技术属于气体流量校准领域，尤其涉及一种适用于环境污染现场监测的间隙密封原理活塞式在线气体流量校准装置。
技术介绍
面对当前大气污染的严重局面，为了保证环境监测结果的准确性和实时性，我国数十万套现场检测仪器和在线监测系统正在用于大气污染环境的现场监测。而监测结果的准确性与设备取样的流量计量是否准确高度关联，因此，研究适用于环境污染现场监测的精确气体流量校准方法和装置尤为必要。目前国内气体污染物现场监测分析时常用的离线人工校准方法，流量校准设备是皂膜流量计，它在工作时是依靠气流将皂液吹出皂膜，持续测试流量时,极有可能将部分皂液带入采样泵等仪器设备中，导致仪器管路和电路出现故障。而且，产生单层均一的皂膜也存在一定难度，经常出现双气泡、不规则气泡、以及测定过程中气泡破损等情况，致使其测量不确定度增大，影响分析结果的准确性。此外，皂膜流量计每次测量都需要人工操作，无法实现自动在线校准。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种适用于环境污染现场监测的在线气体流量校准装置，它可以实现气体流量自动连续精确测量，并可快速集成到各种环境污染现场监测设备联用进行在线气体流量校准。为了实现这一目标，本技术提供一种基于间隙密封原理的活塞式在线气体流量校准装置，包括外壳、上腔体、上密封软垫、石英筒、左控制板、上红外发射管、下红外发射管、固体活塞、航空快速接头、下腔体、下快速气路接头、下密封软垫、右控制板、大口径快速切换阀、遮光贴膜、下红外接收管、下透光狭缝、上红外接收管、上透光狭缝、上快速气路接口、电气线缆、气路管道组成。如图1所示，该在线气体流量校准装置包括外壳、流量测量主体单元、旁路、进气路、出气路组成，其中，进气路由外界穿过外壳进入装置内部，然后分为流量测量主体单元和旁路两条并联气路，最后再汇合为出气路，由装置内部穿过外壳达到外部。流量测量主体单元中，上、下腔体中间有孔，分别与进、出气路相连，并通过密封软垫与石英筒紧密贴合，形成流量测量主体单元的完整气路。石英筒两侧为左、右控制板，左控制板上安装有上、下红外发射管，右控制板在相应水平高度位置处安装有上、下红外接收管，石英筒右半侧贴有遮光贴膜，与红外发射管、接收管相应水平高度处留有上、下透光狭缝。石英筒内放置有固体活塞，石英筒内壁和固体活塞外壁通过精加工技术完成，实现间隙密封，其摩擦和气体泄露在流量校准过程中可忽略；固体活塞采用密度极小(小于3g/m3)的新型石墨材料制作，其重量对流量校准的影响可忽略。旁路中间设置有大口径快速切换阀，可控制旁路气路开关。采用新型石墨材料制成固体活塞代替传统皂膜流量计中的皂液和皂膜，通过精密加工技术实现固体活塞和石英筒间的间隙密封；利用光电技术记录气流推动固体活塞经过两个透光狭缝之间的时间，实现气体流量精确测量；结合自动控制手段和通信技术，与环境污染现场监测设备联用实现在线气体流量校准。进一步的，在线气体流量校准装置处于工作状态时，上红外发射管和下红外发射管发射红外光线，水平向右发射的红外光线在通过石英筒后可分别穿过下透光狭缝和上透光狭缝，并被下红外接收管和上红外接收管接收，其余红外光线则被遮光贴膜阻挡。进一步的，大口径快速切换阀是在线气体流量校准装置的电驱动阀门，控制旁路的通断。在旁路连通时，气流从旁路经过，流量测量主体单元处于闲置状态；在旁路断开时，气流从流量测量主体单元经过，推动固体活塞从石英筒的底部向上移动，经过下透光狭缝时，活塞遮断下红外发射管发射的光线，下红外接收管将出现电平变化，此时控制器开始计时，固体活塞经过上透光狭缝时，上红外接收管将出现电平变化，控制器停止计时并控制大口径快速切换阀连通旁路，固体活塞在重力作用下回落到石英筒的底部，完成一次流量测定；气体流量Q、两个透光狭缝之间石英筒的体积V0和固体活塞经过两个透光狭缝之间的时间差△t之间关系如式1所示。Q＝V0/△t(式1)进一步的，在线气体流量校准装置中航空快速接头包含电源线路和串行通信线路，接口定义如图2所示，实现装置的供电和通信控制功能。环境污染现场监测设备通过装置中航空快速接头对本技术中的在线气体流量校准装置进行供电，并通过RS232串行通信接口对在线气体流量校准装置进行控制操作。进一步的，在线气体流量校准装置的进气路和出气路分别配制有下快速气路接头和上快速气路接口，用于气路快速连接。环境污染现场监测设备可以根据气路连接特征或需求选择将本技术的在线气体流量校准装置连接在前端或后端，进而选择不同的气路连接方式。当选择前端应用连接方式时，如图3所示，气路从在线气体流量校准装置的下快速气路接头进入，完成校准后从上快速气路接口流出，并经气路管道连接进入环境污染现场监测设备。当选择后端应用连接方式时，如图4所示，气路首先进入环境污染现场监测设备，然后经气路管道流出，进入在线气体流量校准装置的下快速气路接头，完成校准后自上快速气路接口流出。环境污染现场监测设备与在线气体流量校准装置之间通过航空快速接头和电气线缆实现通信连接。进一步的，在线气体流量校准装置在与环境污染现场监测设备进行图2的电气连接，以及图3或图4的气路连接后，装置可对环境污染现场监测设备实现在线气体流量校准。流程如图5所示，上电后装置与设备首先进行握手校验，建立通信；之后装置将持续侦听设备通过电气线缆发送过来的校准指令；装置收到校准指令后，根据指令要求进行n次流量测量，并将数值滤波后的均值发送给监测设备，实现对监测设备中气体流速进行校准。本技术将基于间隙密封原理，采用新型石墨材料做成的固体活塞代替皂膜，利用光电技术判断气流运动的起点和终点，并设计控制软件，实现自动化控制，最终开发出能够用于现场监测的在线气体流量校准方法和装置。有益效果：本技术装置采用新型石墨材料做成的固体活塞代替皂膜，能够有效避免皂液被气流带入监测设备中导致仪器管路和电路出现故障的风险，以及皂膜形变造成的测量误差。结合自动控制技术，实现气体流量可控连续测量。利用通信技术和快速电气及气路接口，与环境污染现场监测设备联用，实现对其气体流量进行自动在线校准。附图说明图1为在线气体流量校准装置整体示意图图2为在线气体流量校准装置航空快速接口定义图图3为在线气体流量校准装置前端应用系统连接图图4为在线气体流量校准装置后端应用系统连接图图5为在线气体流量校准装置工作流程图图中：1外壳、2上腔体、3上密封软垫、4石英筒、5左控制板、6上红外发射管、7下红外发射管、8固体活塞、9航空快速接头、10下腔体、11下快速气路接头、12下密封软垫、13右控制板、14大口径快速切换阀、15遮光贴膜、16下红外接收管、17下透光狭缝、18上红外接收管、19上透光狭缝、20上快速气路接口、21电气线缆、22气路管道具体实施方式如图1所示，该在线气体流量校准装置由石英筒4和固体活塞8构成流量测量主体单元，石英筒4内壁和固体活塞8外壁通过精加工技术完成，实现间隙密封，其摩擦和气体泄露在流量校准过程中可忽略；固体活塞8采用密度极小的新型石墨材料制作，其重量对流量校准的影响可忽略。1.在线气体流量校准装置处于工作状态时，上红外发射管6和下红外发射管7发射红外光线，水平向右发射的红外光线在通过石英筒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于间隙密封原理的活塞式在线气体流量校准装置，其特征在于装置由外壳、流量测量主体单元、旁路、进气路、出气路组成，包括外壳、上腔体、上密封软垫、石英筒、左控制板、上红外发射管、下红外发射管、固体活塞、航空快速接头、下腔体、下快速气路接头、下密封软垫、右控制板、大口径快速切换阀、遮光贴膜、下红外接收管、下透光狭缝、上红外接收管、上透光狭缝、上快速气路接口、电气线缆、气路管道；其中，进气路由外界穿过外壳进入装置内部，然后分为流量测量主体单元和旁路两条并联气路，最后再汇合为出气路，由装置内部穿过外壳达到外部；流量测量主体单元中，上、下腔体中间有孔，分别与进、出气路相连，并通过密封软垫与石英筒紧密贴合，形成流量测量主体单元的完整气路；石英筒两侧为左、右控制板，左控制板上安装有上、下红外发射管，右控制板在相应水平高度位置处安装有上、下红外接收管，石英筒右半侧贴有遮光贴膜，与红外发射管、接收管相应水平高度处留有上、下透光狭缝；石英筒内放置有固体活塞，石英筒内壁和固体活塞外壁通过精加工技术完成，实现间隙密封；固体活塞采用密度小于3g/m

【技术特征摘要】
1.一种基于间隙密封原理的活塞式在线气体流量校准装置，其特征在于装置由外壳、流量测量主体单元、旁路、进气路、出气路组成，包括外壳、上腔体、上密封软垫、石英筒、左控制板、上红外发射管、下红外发射管、固体活塞、航空快速接头、下腔体、下快速气路接头、下密封软垫、右控制板、大口径快速切换阀、遮光贴膜、下红外接收管、下透光狭缝、上红外接收管、上透光狭缝、上快速气路接口、电气线缆、气路管道；其中，进气路由外界穿过外壳进入装置内部，然后分为流量测量主体单元和旁路两条并联气路，最后再汇合为出气路，由装置内部穿过外壳达到外部；流量测量主体单元中，上、下腔体中间有孔，分别与进、出气路相连，并通过密封软垫与石英筒紧密贴合，形成流量测量主体单元的完整气路；石英筒两侧为左、右控制板，左控制板上安装有上、下红外发射管，右控制板在相应水平高度位置处安装有上、下红外接收管，石英筒右半侧贴有遮光贴膜，与红外发射管、接收管相应水平高度处留有上、下透光狭缝；石英筒内放置有固体活塞，石英筒内壁和固体活塞外壁通过精加工技术完成，实现间隙密封；固体活塞采用密度小于3g/m3的石墨材料制作，旁路中间设置有大口径快速切换阀，能控制旁路气路开关。2.如权利要求1所述的基于间隙密封原理的活塞式在线气体流量校准装置，其特征在于在线气体流量校准装置处于工作状态时，上红外发射管和下红外发射管发射红外光线，水平向右发射的红外光线在通过石英筒后分别穿过下透光狭缝和上透光狭缝，并被下红外接收管和上红外接收管接收，其余红外光线则被遮光贴膜阻挡。3.如权利要求1所述的基于间隙密封原理的活塞式在线气体流量校准装置，其特征在于大口径快速切换阀是在线气体流量校准...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘子言，刘杰民，宁占武，刘锦华，吴传东，
申请(专利权)人：北京科技大学，北京市劳动保护科学研究所，
类型：新型
国别省市：北京,11