一种环境VOCs监测装置的制作方法

一种环境vocs监测装置
技术领域
1.本实用新型涉及环境监测技术领域，特别是涉及一种环境vocs监测装置。


背景技术：

2.vocs指可挥发性有机物，是主要的工业废气和环境污染物，是形成pm2.5的主要元凶，对人的健康造成危害。这几年，随着国家对生态环境的重视，针对环境中的vocs浓度的排放的相关标准也陆续出台，对工业园区和工厂的大气环境中的vocs浓度做了限定要求。以往，园区和工厂企业针对vocs浓度的检定主要采用的人工取样实验室分析的方法。随着大气污染物环境自动监测技术的推广，关于环境vocs的监测技术也逐步从以往的人工采样检测变为gc-fid等技术为主的在线技术。但是gc-fid在线监测设备复杂，且价格昂贵，而国内排放vocs的园区和企业众多，如果每个工厂安装这类设备投资巨大。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种环境vocs监测装置，以解决上述现有技术存在的问题，架构简单、成本低、运行稳定、数据精度高。
4.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
5.本实用新型提供一种环境vocs监测装置，包括壳体，所述壳体外侧设置有一级过滤器，所述壳体底端设置有二级过滤器，所述一级过滤器能够与所述二级过滤器连通，所述二级过滤器连接有电子三通切换阀，所述电子三通切换阀远离所述二级过滤器的两个阀口分别连接有流量控制计和零气发生器，所述流量控制计连通有传感器，所述传感器连通有抽气泵，所述抽气泵连接有排气口；所述零气发生器远离所述电子三通切换阀的一端通过电子单向阀与所述流量控制计连通，所述二级过滤器设置有与外界连通的进气口；所述壳体内设置有主机，所述主机外侧设置有显示屏和操作按键，所述主机电连接有无线传输模块。
6.可选的，所述壳体包括外壳体和内壳体，分成两个壳体的主要目的强化隔热效果。其中外壳体为五面都由不锈钢面组成，正面是空的；内壳体是六面都有的壳体，正面是门，材料也是不锈钢金属；所述内壳体设置于所述外壳体内，且所述外壳体两侧的内壁与所述内壳体之间具有间隙，外壳体和内壳体的两侧的空间间隔大于15mm且小于40mm，太小隔热效果差，太大设备会变得很大，浪费空间，所述一级过滤器设置于所述外壳体一侧，所述二级过滤器设置于所述内壳体底部；所述外壳体一侧开口，所述内壳体靠近所述外壳体开口端的一侧活动设置有开关门。
7.可选的，所述内壳体内固定设置有安装背板，所述主机、电子三通切换阀、流量控制计、传感器和电子单向阀均设置于所述安装背板上。
8.可选的，所述无线传输模块包括设置于所述外壳体上端的gps天线和两个4g天线，两个4g天线，加强通信效果；gps天线配合设备内部的gps模块，主要目的是向平台发送设备的点位信息，一旦点位挪动，后台也能自动知道设备的地理gis位置，两个所述4g天线之间
设置有风速风向仪，所述风速风向仪的高度比所述4g天线高度大至少两倍，目的是避免天线造成两侧的风的流场的干扰，使得风速风向仪测得的风速和风向和实际有偏差；所述风速风向仪与所述主机电连接，风速风向仪的目的是配合vocs监测装置的浓度情况，判断污染物源头方向在哪里，便于污染物的方向溯源分析。
9.可选的，所述风速风向仪通过安装管与所述外壳体上端连接。
10.可选的，所述壳体底部安装有防水性的电源电压转换器，所述电源电压转换器分别与外界电源和所述主机连接，电源电压转换器主要是将220v交流转成24v直流给设备整体供电，转化器安装在外壳和内壳体之间的底板上，且暴露在外面，目的是解决散热问题，安装在内部会导致设备内部温度高。
11.可选的，所述传感器包括紫外光离子传感器、传感信号控制转化电路板和加热控温板。
12.可选的，所述零气发生器内填充有四个吸附层，四个所述吸附层包括依次设置的变色硅胶层、活性炭层、沸石分子筛层和2,6-二苯呋喃多孔聚合物层；相邻两个所述吸附层之间通过透气膜分隔；所述透气膜为高分子聚合物材料疏水透气膜，所述透气膜孔径不大于100μ。
13.本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：
14.本实用新型提供的环境vocs监测装置集成度高、体积小、便于安装；特殊且简易巧妙的零气发生器装置，能够使得vocs的监测精度和数据的稳定性大大提高，且延长了传感器的寿命；切换吹扫和零点标定的工作方式控制精度高，吹扫效果好。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本实用新型环境vocs监测装置结构示意图；
17.图2为本实用新型环境vocs监测装置的内部结构示意图；
18.图3为本实用新型吸附层示意图；
19.其中，100为环境vocs监测装置、1为风速风向仪、2为安装管、3为外壳体、4为内壳体、5为一级过滤器、6为电源电压转换器、7为二级过滤器、8为4g天线、9为gps天线、10为无线传输模块、11为流量控制计、12为控制开关、13为零气发生器、14为电子单向阀、15为紫外光离子传感器、16为电子三通切换阀、17为采样阀、18为安装背板、19为主机、20为变色硅胶层、21为活性炭层、22为沸石分子筛层、23为2,6-二苯呋喃多孔聚合物层、24为透气膜。
具体实施方式
20.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
21.本实用新型的目的是提供一种环境vocs监测装置，以解决上述现有技术存在的问题，架构简单、成本低、运行稳定、数据精度高。
22.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
23.参考附图1-附图3所示，本实用新型提供一种环境vocs监测装置100，本实例中整套装置的高度为60cm，宽度为48cm，深度为20cm；该装置包括外壳体3和内壳体4，分成两个壳体的主要目的强化隔热效果。其中外壳体3为五面都由不锈钢面组成，正面是空的；内壳体4是六面都有的壳体，正面是门，材料也是不锈钢金属；内壳体4设置于外壳体3内，且外壳体3两侧的内壁与内壳体4之间具有间隙，外壳体3和内壳体4的两侧的空间间隔大于15mm且小于40mm，太小隔热效果差，太大设备会变得很大，浪费空间，一级过滤器5设置于外壳体3一侧，二级过滤器7设置于内壳体4底部；外壳体3一侧开口，内壳体4靠近外壳体3开口端的一侧活动设置有开关门。内壳体4内固定设置有安装背板18，主机19、电子三通切换阀、流量控制计11、传感器和电子单向阀14均设置于安装背板18上。一级过滤器5能够与二级过滤器7连通，二级过滤器7连接有电子三通切换阀16，电子三通切换阀16远离二级过滤器7的两个阀口分别连接有流量控制计11和零气发生器13，流量控制计11连通有传感器，传感器连通有抽气泵，抽气泵连接有排气口；零气发生器13远离电子三通切换阀16的一端通过电子单向阀14与流量控制计11连通，二级过滤器7设置有与外界连通的进气口；内壳体4内设置有主机19，主机19外侧设置有显示屏控制开关12和操作按键，主机19电连接有无线传输模块10。
24.无线传输模块10包括设置于外壳体上端的gps天线9和两个4g天线8，设置两个4g天线8，加强了通信效果；gps天线9配合设备内部的gps模块，主要目的是向平台发送设备的点位信息，一旦点位挪动，后台也能自动知道设备的地理gis位置，两个4g天线8之间设置有风速风向仪1，风速风向仪1通过安装管2与外壳体上端连接，风速风向仪1的高度比4g天线8高度大至少两倍，目的是避免天线造成两侧的风的流场的干扰，使得风速风向仪1测得的风速和风向和实际有偏差；风速风向仪1与主机19电连接，风速风向仪1的目的是配合vocs监测装置的浓度情况，判断污染物源头方向在哪里，便于污染物的方向溯源分析。
25.进一步优选的，内壳体底部安装有防水性的电源电压转换器6，电源电压转换器6分别与外界电源和主机19连接，电源电压转换器6主要是将220v交流转成24v直流给设备整体供电，转化器安装在外壳体3和内壳体4之间的底板上，且暴露在外面，目的是解决散热问题，安装在内部会导致设备内部温度高。传感器包括紫外光离子传感器15、传感信号控制转化电路板和加热控温板。零气发生器13的主要结构为圆柱形吸附罐，内部填充了不同比例的四种吸附层，吸附层的材料为颗粒状。零气发生器13内填充的吸附层分为四层，按照气体的进入顺序依次为变色硅胶层20、活性炭层21、沸石分子筛层22、2,6-二苯呋喃多孔聚合物层23，通过这样的组合，能够很好的保证水气和vocs等能够被吸附掉，实例中四个吸附层的填充比例为2:2:1:1。每种吸附层之间有透气膜24分隔开来，透气膜24为高分子聚合物材料疏水透气膜，孔径不大于100μ。零气发生器13装置的体积较大，避免了频繁更换。目前实例中的体积的其中一个最优值为直径80mm，长度300mm的圆柱吸附管。本实用新型电子三通切换阀、流量控制计11、传感器和抽气泵的控制都是由主机19进行统一控制，传感器的气体检测模块与主机19之间通过数据485串口进行数据通讯。风速风向仪与主机19也是通过485串
口通信。4g无线通信模块与主机19之间通过485串口通信。主机19外部交互主要通过显示屏、操作按键进行交互操作。本实用新型设备内部的各部件的连接管路内表面都为惰性处理过的，材质为不锈钢或者ptfe，确保不吸附任何vocs物质。
26.本实用新型正常工作时，环境空气的气体先进入一级过滤器5，再进入二级过滤器7，过滤器主要是除湿和除尘，一级过滤器5进行汽水分离和大颗粒除尘，特别是下雨天和高湿天气，二级过滤器7主要是除尘，主要是细小的颗粒物；接着气体通过电子三通切换阀，正常进行采样分析工作时，电子三通切换阀是将气路切换到传感器那一路，零气发生器13那一路关闭，气体先经电子三通切换阀进入流量控制计11进行流量控制后，再进入到传感器。流量控制计11一般将采样流量控制在0.1-1l/min之间。流量控制计11为转子原理，或电磁原理都可以。气体从流量控制计11出来后经采样阀17直接进入传感器。传感器里面配有紫外光离子传感器15、传感信号控制转化电路板以及加热控温板。紫外光离子传感器15主要是通过利用高压交变的电场，使传感器内部灯泡的惰性气体电离产生紫外光，紫外光再将有机挥发性气体电离成带正电荷的离子和带负电荷的离子，然后用电子学的方法，检测这些离子的多少，从而判断被测气体的浓度。紫外光离子传感器15的结构包括一个紫外光源、一副高频电场发生器、一副电子收集电极和一套微弱电流转电压的电路。它的最低检测限可以做到十亿分之一(ppb)级别，因此可以实现环境空气vocs的低浓度检测。为了保证数据的准确性和稳定性，传感器还装有加热控温板，通过电加热的方式结合温度传感器控温的方式，将传感器稳定的维持在35-40℃之间。稳定的温度可以保证传感器不受温漂和湿度漂移的影响，保证数据的准确度。气体经过传感器之后，进入抽气泵，再通过抽气泵排到装置外部。检测到的气体浓度数据，一方面在显示屏进行显示，另一方面，通过4g无线传输模块10安装一定的频率向云端平台服务器发送。
27.为了提高传感器的寿命，同时保证数据的精准性，设备每隔一段时间，例如30min-24h，会进行一次零气吹扫。当进行零气吹扫时，电子三通切换阀由传感器气路切换到零气路，则外部环境气体在抽气泵的抽力下进入二级过滤器7和电子三通切换阀14，接着进入零气发生器13装置。在零气发生器13装置内，外部环境气体中的主要的挥发性有机气体被零气发生器13装置吸附掉，从零气发生器13装置出来的气体则变为除烃空气。
28.气体从零气发生器13出来后，再通过电子单向阀14，再依次进入流量控制计11、传感器、抽气泵，最后排出设备。其中电子单向阀14只能让气体从零气发生器13出来后往流量控制计11的方向走，无法反向走，其目的是当设备正常工作时，如果没有该电子单向阀14，则环境中的气体一部分也会倒灌进入到零气发生器13内，使得零气发生器13很容易被迫吸附饱和而导致失效，因此该单向阀是零气发生器13装置的标配，且安装方向性很重要。
29.另外一点，当设备在进行零气吹扫时，会进行以下2个判断:
30.1)判断传感器的零点电压是否在正常范围内，正常为50-80mv，2)判断此刻传感器的电压值与上一次的零点电压的绝对差值是否小于20mv。如果两个判断都在正常范围，则传感器模块不做任何处理，零气仅仅起到对传感器的清洁工作；如果其中一个不在正常范围，则传感器重新进行零点标定；
31.零气吹扫的时间长度为0.5min-5min左右，具体看样气采样的时间长度。如果样气采样的时间长度24h，则吹扫5min，如果样气采样时间长度仅仅30min，则吹扫可以缩短为0.5min。但是不管哪种情况，单次零气吹扫的时间均大于0.5min为最佳。
32.除了电子三通切换阀14按照固有的设置的程序自动零气吹扫外，还可以通过平台主动下发指令让设备立刻进行零气吹扫，吹扫时间可以定义。该操作用于应对一些特殊的情况，例如突然发现传感器数据异常，怀疑是否管路污染或者传感器污染，又或者天气湿度很高，需要零气吹扫传感器使其干燥。
33.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。