一种恒流采样限流阀制造技术

本发明专利技术公开了一种恒流采样限流阀，该恒流采样限流阀包括限流孔和主阀体，限流孔连通进气口，主阀体包括主盖体和后盖，主盖体内设置有两个腔体，一个为贯通的气路通道，该气路通道一端连通限流孔，另一端设置有可连通采样罐的采样罐接口；另一个为主盖体和后盖之间的空间，内设有弹性膜片，该弹性膜片与主盖体密封接触，在弹性膜片与气路通道壁之间留有弹性腔；后盖位于弹性膜片的外侧，并与主盖体固定；气路通道内设置有活塞式喷嘴，气路通道由该活塞式喷嘴隔断为进气段和出气段；气路通道的进气段与弹性腔之间连通，弹性腔经活塞式喷嘴与气路通道的出气段连通；后盖上开设有大气压力平衡口。本发明专利技术通过二次限流达到真正的恒流限流。

A Constant Current Sampling Limiting Valve

【技术实现步骤摘要】
一种恒流采样限流阀
本专利技术涉及一种用于采样时的限流阀，尤其是用于保持采样流量恒定的恒流采样限流阀。
技术介绍
用预先抽真空的采样罐(苏码罐)采集空气样，有瞬时样和平均样两种方式。瞬时样的采集比较简单，操作时只需打开采样罐阀门，利用罐内真空将空气样在短时间(通常小于10秒)吸入到采样罐中。这种方式采集的样品代表打开阀门瞬间的周边空气污染状况。平均样(又称混合样)的采集要复杂一些，在打开阀门进行采样时，需控制气样进入采样罐的流速，使气体在整个采样期间以相同的流量速度(等速)进入采样罐。这种方式采集的样品代表周边空气在整个采样过程期间的平均污染情况。在环境空气质量的监测中，平均样的常见采样时长有半小时(0.5h)，一小时(1h)，三小时(3h)，八小时(8h)，一天(24h)和一周(144h)。采样流量的大小取决于采样时长、采样罐的容积、最终剩余真空度(压力)等。常见的采样流量见表1。比如，当用容积为6升的采样罐采集3h平均样，采至终压为25inHg(绝压)时，目标采样流量应控制在28.9mL/min左右。表1罐采样的常见目标采样流量(mL/min)注：以上流量为一个大气压(101.325kPa)和采样终压为-4inHg(86.6％罐体积)下的参考值挥发性有机物(VOCs)是造成细颗粒物(PM2.5)和臭氧(O3)污染的重要前驱体，因此近年来已逐渐成为国家环境污染治理的重点。在VOCs环境空气质量评价中，由于环境空气中VOCs浓度时空变化较大，瞬时采样方式因代表性不强已很少使用，一般监测项目中都采用3h，8h或24h的平均样。而平均样的代表性，是基于采样过程中采样流量的稳定性，因此在整个采样过程中维持采样流量的准确和稳定非常重要。所以说，采样流量的测量和控制是VOCs环境监测中的一个重要环节。一个简单而有效的控制实际采样流量的方法，对确保采集平均样的数据质量、调节采样限流阀等均具有重要的意义。实际采样时，随着采样过程的进行，罐内的气体压力会逐渐升高(真空度减少)，与周边空气间的压差逐渐减少，因此气样流速会逐渐降低，如不加以控制，不能满足平均样的恒流采样的要求。当前的环境监测中，平均样采集的气体流速控制有三种方法：1、使用限流孔或基于限流孔的阀门(比如限流针阀)，利用小孔来限制进入罐内的气体流量。这个方法的优点是结构简单、属纯机械装置(无电子部件)因而特别稳定，无需动力(电源或电池)。缺点是受孔板原理的限制，只有当外界大气压力和罐内压力间的压降超过临界值才能维持流量恒定。随着采样的进行，罐内的压力会逐渐增高，和外界压差逐渐减少，当压降小于临界值后，采样流量即随着罐内压力的上升而下降，不能满足在整个采样时段内流量维持恒定的要求。图1展示了使用美国世伟络克的经典限流针阀时采样的流量随采样罐内压力增加而变化的情况(6升罐3小时采样)。由图1中可见，在预设的3小时采样时长内，限流针阀只能在采样刚开始前20分钟左右维持流量恒定，之后随着采样罐内压力的增加，采样流量开始降低，不再满足恒流采样的要求。很显然，使用限流针阀，是一种很粗略的采样方式，原则上满足不了平均样恒流采样的要求。2、采用质量流量控制器(MassFlowController)来主动控制流入采样罐的气体流速。这种方法的优点是不受罐内压力大小的影响，在整个采样时长内可控制采样流量的恒定。然后，这个方法至少有三个缺点：(a)需要有基于质量流量控制器的专门采样设备，成本昂贵且需定期校准；(b)质量流量控制器一般使用热传导扩散原理来测量气体的流量并进行实时调整，在整个采样过程必须有电源支持，这对供电不便的野外站点是一个挑战。虽然可以使用大容量电池，但对长时间的采样，比如采样时长为一周的样品，维持流量恒定需要的电量很大，实际操作性比较差；(c)质量流量控制器的内部链接和阀门处有很多密封用的O-型圈和密封件，这些部件多为有机材质，容易吸附或释放化合物到所采集的VOCs样品中，造成样品污染。3、通过电磁阀的频繁开关来控制流量。此方法的原理是将电磁阀置于气路中，通过控制电磁阀的开关时间，来弥补因压差下降而造成的气体流量的减少(CN208125450U一种环境空气恒流自动采样装置)。这个方法的缺点有：(a)采样只有在电磁阀打开时才进行，当电池阀关闭时，采样是停止的，所以严格地说，采集的样品是采样时长内的零星样品，虽然分布比较均匀，但不是真正意义上的平均样；(b)电磁阀维持开关及其控制元件需要较大功率的电源支持，这对长时间的平均样，比如周样，可操作性受电源插座供电的限制；(c)电磁阀内部有润滑油和有机密封材料，这些物质容易吸附或释放化合物到所采集的VOCs样品中，造成样品污染。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种恒流采样限流阀，可用于维持采样过程中的流量恒定，该恒流采样限流阀利用纯机械部件，在用限流孔对流量进行初步调控后，可对流量进行二次调控，以达到流量恒定的目的。为解决上述技术问题，本专利技术公开了一种恒流采样限流阀，该恒流采样限流阀包括限流孔和主阀体，所述限流孔连通进气口，所述主阀体包括主盖体和后盖，主盖体内设置有两个腔体，一个为贯通的气路通道，该气路通道一端连通限流孔，另一端设置有可连通采样罐的采样罐接口；另一个为主盖体和后盖之间的空间，内设有弹性膜片，该弹性膜片与主盖体密封接触，在弹性膜片与气路通道壁之间留有弹性腔；后盖位于弹性膜片的外侧，并与主盖体固定；其中，限流孔用冷压法固定于1/4英寸世伟洛克(或其兼容类型)的接头中，以方便不同孔径的限流孔间的相互更换。冷压封装好的世伟洛克接头外部打上限流孔标号，以便识别。这样处理后，同一个限流阀可通过更换限流孔的方式来适用于不同的流量范围需求。采样罐接口采用1/4英寸管，作为下游采样罐的接口。这个接口可以根据需要设计成世伟洛克(或其兼容类型)的公接头或母接头、或者是快速接头类型。在所述气路通道内设置有活塞式喷嘴，气路通道由该活塞式喷嘴隔断为进气段和出气段；所述气路通道的进气段与弹性腔之间连通，弹性腔经活塞式喷嘴与气路通道的出气段连通；所述后盖上开设有大气压力平衡口。进一步地，所述进气口设置有颗粒物过滤器，该颗粒物过滤器内装填有孔径为1-7μm的不锈钢烧结片过滤材料，以防止气样中的颗粒物堵塞限流孔和污染气样，不锈钢烧结过滤芯的孔径为1～7μm，最优选为2μm，次优为5μm，再次优为7μm。进一步地，所述颗粒物过滤器与限流孔之间通过进样弯管连接。进一步地，在所述弹性膜片与后盖之间还设置有膜片压紧垫片，该膜片压紧垫片压住弹性膜片的外周。进一步地，所述主盖体的外侧还设置有凸起的螺纹孔柱，活塞式喷嘴有一个螺纹端，该螺纹端位于该螺纹孔柱内，螺纹孔柱内还连接有调节螺栓，该调节螺栓的内端抵住活塞式喷嘴的螺纹端，外端设有保护螺帽。进一步地，所述气路通道内还设置有卡固件，活塞式喷嘴固定于该卡固件。喷嘴采用活塞式结构，可沿着螺纹孔柱以及卡固件内通道形成的中心腔道滑动。通过调节螺栓调节和弹性膜片间的距离，可以在一定范围内调节流量的大小。调节完毕时，盖上保护螺帽，以防被误碰而移动。活塞式喷嘴和气路通道以及卡固件之间通过两个喷嘴O型圈来密封。为减少对样品的污染，O型圈优选聚氟材料，比如聚四氟乙烯或VitonO型圈。进一步地，所述弹性膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种恒流采样限流阀，其特征在于：该恒流采样限流阀包括限流孔和主阀体，所述限流孔连通进气口，所述主阀体包括主盖体和后盖，主盖体内设置有两个腔体，一个为贯通的气路通道，该气路通道一端连通限流孔，另一端设置有可连通采样罐的采样罐接口；另一个为主盖体和后盖之间的空间，内设有弹性膜片，该弹性膜片与主盖体密封接触，在弹性膜片与气路通道壁之间留有弹性腔；后盖位于弹性膜片的外侧，并与主盖体固定；在所述气路通道内设置有活塞式喷嘴，气路通道由该活塞式喷嘴隔断为进气段和出气段；所述气路通道的进气段与弹性腔之间连通，弹性腔经活塞式喷嘴与气路通道的出气段连通；所述后盖上开设有大气压力平衡口。

【技术特征摘要】
1.一种恒流采样限流阀，其特征在于：该恒流采样限流阀包括限流孔和主阀体，所述限流孔连通进气口，所述主阀体包括主盖体和后盖，主盖体内设置有两个腔体，一个为贯通的气路通道，该气路通道一端连通限流孔，另一端设置有可连通采样罐的采样罐接口；另一个为主盖体和后盖之间的空间，内设有弹性膜片，该弹性膜片与主盖体密封接触，在弹性膜片与气路通道壁之间留有弹性腔；后盖位于弹性膜片的外侧，并与主盖体固定；在所述气路通道内设置有活塞式喷嘴，气路通道由该活塞式喷嘴隔断为进气段和出气段；所述气路通道的进气段与弹性腔之间连通，弹性腔经活塞式喷嘴与气路通道的出气段连通；所述后盖上开设有大气压力平衡口。2.根据权利要求1所述恒流采样限流阀，其特征在于：所述进气口设置有颗粒物过滤器，该颗粒物过滤器内装填有孔径为1-7μm的不锈钢烧结片过滤材料。3.根据权利要求2所述恒流采样限流阀，其特征在于：所述颗粒物过滤器与限流孔之间通过进样弯管连接。4.根据权利要求1所述恒流采样限流阀，其特征在于：在所述弹性膜片与后盖之间还...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢建杭，王建福，
申请(专利权)人：浙江埃泰克环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33