一种污染源细颗粒物稀释采样方法及装置.pdf

一种污染源细颗粒物稀释采样方法及装置，包括多功能采样管、停留室、PM10颗粒物切割器、分流器、自动换膜装置、PM2.5颗粒物切割器、PM10采样滤膜、PM2.5采样滤膜、流量传感器q、三通管、电磁阀、PM10采样泵、PM2.5采样泵、稀释气通道系统及管路、单片机、皮托管差压传感器△P1、温度传感器Tc、压力传感器Pc、压力传感器Pd，显示器、键盘、通讯接口；所述多功能采样管、停留室、PM10颗粒物切割器、分流器依次串联。本发明能实现样气等速采样、样气中不同粒径颗粒物同时恒流分级采样、实时测量样气湿度以及自动换膜的功能，还可以根据管道内样气流速、管道直径、采样体积和采样所得PM10、PM2.5的量计算出PM10、PM2.5的排放浓度及排放量。

1.  一种污染源细颗粒物稀释采样方法及装置，包括多功能采样管、停留室、 PM₁₀颗粒物切割器、分流器、自动换膜装置、PM_2.5颗粒物切割器、PM₁₀采样滤膜、PM_2.5采样滤膜、流量传感器q、三通管、电磁阀、PM₁₀采样泵、PM_2.5采样泵、稀释气通道系统及管路、单片机、皮托管差压传感器△P₁、温度传感器T_c、压力传感器P_c、压力传感器P_d，显示器、键盘、通讯接口；所述多功能采样管、停留室、PM₁₀颗粒物切割器、分流器依次串联。

2.  根据权利要求1所述的多功能采样管，其特征在于：由采样嘴、采样管、加热装置、稀释器、管道温度传感器T_s、管道压力传感器P_s、湿度传感器、温度传感器T_g、皮托管组成；采样嘴、采样管、稀释器依次串联；皮托管与管道压力传感器P_s、皮托管差压传感器△P₁联接；管道温度传感器T_s、压力传感器P_s、湿度传感器、温度传感器T_g、皮托管差压传感器△P₁、加热装置均与单片机电联接。

3.  根据权利要求1所述的稀释气通道系统及管路，其特征在于：由过滤器、干燥器、稀释气流量传感器、流量调节阀、空压机、管路组成，并依次串联，通过管路将空压机出气口与稀释气进气口联接；稀释气流量传感器、流量调节阀、空压机均与单片机电联接。

4.  根据权利要求2所述的多功能采样管，其特征在于：采样管可由内抛光不锈钢管或玻璃制成；采样管一端接采样嘴，另一端接稀释器；采样管外壁上安装加热装置和温度传感器Tg；所述加热装置对采样管内样气进行加热保温，防止管道内高温、高湿的样气在采样管内壁上降温冷凝，使样气的形态和成分发生变化。

5.  根据权利要求1所述的稀释器，其特征在于：稀释器由样气进气口、稀释气进气口、出气口及外壳组成；样气进气口一端与采样管接成一体，另一端伸入稀释器内部；稀释气进气口安装在外壳上，与稀释器内部相通；出气口安装在端盖上，一端与稀释器内部相通，另一端接停留室。

6.  根据权利要求1所述的污染源细颗粒物稀释采样方法及装置，其特征在于：PM₁₀颗粒物切割器入口处安装有温度传感器T_c、压力传感器P_c，所述PM_2.5颗粒物切割器入口处安装有压力传感器P_d；所述温度传感器T_c、压力传感器P_c、压力传感器P_d均与单片机电联接。

7.  根据权利要求1所述的分流器，其特征在于：分流器是一个封闭的圆柱形腔体，一根分流器进气管从分流器上端面中心位置伸入分流器内部，分流器出气管从分流器的下端面伸入分流器内部，且沿中心在同一圆周上均匀分布，所述分流器出气管数目一般为2-100根；分流器进气管与颗粒物切割器的出口相接，分流器出气管串接PM₁₀采样滤膜，也可以接 PM_2.5颗粒物切割器的进气口。

8.  根据权利要求1所述的污染源细颗粒物稀释采样方法及装置，其特征在于：PM_2.5颗粒物切割器的进气管伸入分流器内部，PM_2.5颗粒物切割器后串接PM_2.5采样滤膜；PM₁₀采样滤膜、PM_2.5采样滤膜出口分别依次串接流量传感器q、电磁阀和采样泵。

9.  根据权利要求1所述的自动换膜装置，其特征在于：自动换膜装置包括平台、密封圈、样品架、下密封盘、出气口、电机53、导向杆、固定板54、螺母51、位置传感器57、位置传感器58、电机60、固定板61、螺母44、导轨支承架、位置传感器50、位置传感器59等部分组成；电机53、电机60、位置传感器57、位置传感器58、位置传感器50、位置传感器59均与单片机电联接。

10.  根据权利要求9所述的自动换膜装置，其特征在于：进气口安装在上密封盘上，滤膜安装在滤膜夹中，滤膜夹放置在平台上端的凹槽内，通过平台上密封圈与平台密封，平台放置在样品架上的孔内，电机53和导向杆安装在固定板54上，螺母51安装在升降台上；电机53轴上带有螺杆，与螺母51配合传动；电机60和导轨安装在固定板61上，螺母44安装在导轨支承架上，电机60轴上带有螺杆，与螺母44配合传动；出气口安装在下密封盘上。

11.  根据权利要求10所述的自动换膜装置，其特征在于：从装置内取出滤膜时，在单片机的控制下，电机53带动下密封盘向下移动至位置传感器57时，电机53停止工作，使下密封盘与平台脱离密封状态，滤膜夹与上密封盘脱离密封状态，然后，单片机自动控制电机60工作，带动样品架向装置外移动至位置传感器50时，电机60停止工作，滤膜被送出装置外；向装置内送入滤膜时，单片机控制电机工作，带动样品架向装置内移动，至位置传感器59时，电机60停止工作，然后单片机控制电机53工作，带动固定盘向上移动，至位置传感器58时，电机53停止工作；此时，下密封盘与平台、滤膜夹、上密封盘之间密封接触，实现气路密封对接，完成自动安装滤膜的功能。

12.  根据权利要求1所述的污染源细颗粒物稀释采样方法及装置，其特征在于：为了实现切割器与分流器的密封联接，便于装配，将颗粒物切割器出气口的内孔设计成圆柱形腔体，其内表面上有n条凹槽，数量n=1-10；在凹槽内装有O型密封圈，与之配合的分流器的进气口上端外表面为圆柱形，与O型密封圈配合后，实现气路的密封，方便切割器与分流器的安装；上述配合改用螺纹连接，也能达到连接和密封的目的。

13.  根据权利要求1所述的污染源细颗粒物稀释采样方法及装置，其特征在于：所述流量传感器q、电磁阀、抽气泵、键盘、显示器、通讯接口均与单片机电联接。

一种污染源细颗粒物稀释采样方法及装置
技术领域
本发明涉及一种污染源细颗粒物稀释采样方法及装置，属于环保监测仪器领域。
背景技术
从污染源排放管道（以下简称管道）中排放出的废气及细颗粒物，由于管道内气体的湿度、温度比环境湿度、温度高，排放到环境大气后会发生许多动力学物理化学动态过程（成核作用、凝结作用、压缩作用等）和化学过程，对环境空气造成污染。为了监测管道细颗粒物排放情况及大气污染来源，需用污染源细颗粒物采样器采集样品。
已有的技术是：
采用射流技术将样气从管道内取出后稀释，使样气湿度、温度、浓度降低后采集样品。缺点是采用射流技术时，采样流速不能等速跟踪管道内气体流速变化，因此无法实现等速采样。
采用物料平衡法设计的等速采样器，等比例的用空气在稀释箱内稀释样气后，用PM_2.5切割器采集混合气中的PM_2.5样品，多于颗粒物切割器工作点流量以外的样气混合气全部被排出稀释箱，因此需要增加排出气体的流量测量及控制单元和更大流量的抽气泵。除导致采样器体积、重量、成本、能耗增加外，还不能计算PM_2.5颗粒物的浓度及排放量。
现有的采样器在采样过程中，均没有湿度实时监测功能，也不能用于同时采集PM₁₀、PM_2.5样品，并且需要人工更换滤膜，费工费力。
发明内容
 本发明所要解决的问题在于针对现有技术所存在的不足，提供一种污染源细颗粒物稀释采样方法及装置，利用颗粒物切割器（以下简称切割器）除去大的气溶胶颗粒物，将目标颗粒物采集到滤膜上或容器中或气路中（用自动分析仪器时）。其技术条件为根据切割器的工作点流量实施恒流量采样，维持通过切割器的气体流量不变。其技术路线是在切割器之前，设置二个气路及一个稀释器，其中一个气路用于从管道内等速抽取样气至稀释器内，其流量值为q_r^’，q_r^’时刻根据管道内流速变化而变化；另一个气路是稀释通道，将干净的空气通过稀释通道中的空压机（或流量调节阀）将空气注入稀释器内，其流量值为q_x，q_x值等于切割器工作点流量值q_c与q_r^’值之差，时刻根据q_r^’值变化而变化，即：q_c= q_r^’+q_x。采样器工作时，利用传感器和单片机测控技术，根据管道内的流速及变化，控制采样泵的转速，实施等速采样，将样气抽送到稀释器内，并根据切割器工作点流量q_c与等速采样流量q_r^’之差q_x控制空压机的转速或流量调节阀的开度大小将干净空气送入稀释器内将样气稀释，使样气的温度、湿度降低；利用空气动力学原理，经过稀释器稀释混合后的样气在经过切割器时，大的颗粒物被除去，剩余的气溶胶样品进入下段气路中被采集，实现管道内样气等速采样和PM₁₀、PM_2.5同时恒流分级采集；用单片机、位置传感器控制电机带动样品架实现自动更换滤膜；利用湿度传感器可实时测量样气湿度；根据管道内样气流速、管道直径、采样体积和采样所得PM₁₀、PM_2.5的量计算出PM₁₀、PM_2.5的排放浓度及排放量。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种污染源细颗粒物稀释采样方法及装置，包括多功能采样管、停留室、PM₁₀颗粒物切割器、分流器、自动换膜装置、PM_2.5颗粒物切割器、PM₁₀采样滤膜、PM_2.5采样滤膜、流量传感器q、三通管、电磁阀、PM₁₀采样泵、PM_2.5采样泵、稀释气通道系统及管路、单片机、皮托管差压传感器△P₁、温度传感器T_c、压力传感器P_c、压力传感器P_d、显示器、键盘、通讯接口；所述多功能采样管、停留室、PM₁₀颗粒物切割器、分流器依次串联。
进一步的，所述的多功能采样管，由采样嘴、采样管、加热装置、稀释器、管道温度传感器T_s、管道压力传感器P_s、湿度传感器、温度传感器T_g、皮托管组成；采样嘴、采样管、稀释器依次串联；皮托管与管道压力传感器P_s、皮托管差压传感器△P₁联接。
进一步所述管道温度传感器T_s、压力传感器P_s、湿度传感器、温度传感器T_g、皮托管差压传感器△P₁、加热装置均与单片机电联接。
进一步的，所述稀释气通道系统及管路，由过滤器、干燥器、稀释气流量传感器、流量调节阀、空压机（当采样泵工作时，通过控制流量调节阀开度大小即可向稀释器内注入流量为q_x值的干净空气时，空压机可省去）、管路组成，并依次串联，通过管路将空压机出气口与稀释气进气口联接。
进一步所述稀释气流量传感器、流量调节阀、空压机均与单片机电联接。
进一步的，所述采样管可由内抛光不锈钢管或玻璃制成。采样管一端接采样嘴，另一端接稀释器；采样管外壁上安装加热装置和温度传感器T_g；所述加热装置对采样管内样气进行加热保温，防止管道内高温、高湿的样气在采样管内壁上降温冷凝，使样气的形态和成分发生变化。
进一步的，所述稀释器由样气进气口、稀释气进气口、出气口及外壳组成；样气进气口一端与采样管接成一体，另一端伸入稀释器内部；稀释气进气口安装在外壳上，与稀释器内部相通；出气口安装在端盖上，一端与稀释器内部相通，另一端接停留室。
进一步的，所述停留室由样气混合气进气口、样气混合气出气口及外壳组成；混合气进气口与稀释器出气口相接，混合气出气口接颗粒物切割器。
 进一步的，所述PM₁₀颗粒物切割器入口处安装有温度传感器Tc、压力传感器P_c，所述PM_2.5颗粒物切割器入口处安装有压力传感器P_d；所述温度传感器T_c、压力传感器P_c、压力传感器P_d均与单片机电联接。
进一步的，所述分流器是一个封闭的圆柱形腔体，一根分流器进气管从分流器上端面中心位置伸入分流器内部，分流器出气管从分流器的下端面伸入分流器内部，且沿中心在同一圆周上均匀分布，所述分流器出气管数目一般为2-100根；分流器进气管与颗粒物切割器的出口相接，分流器出气管串接PM₁₀采样滤膜，也可以接PM_2.5颗粒物切割器的进气管。
进一步的，所述PM_2.5颗粒物切割器的进气管也可以从侧面伸入分流器内部，PM_2.5颗粒物切割器后串接PM_2.5采样滤膜。
进一步的，PM₁₀采样滤膜、PM_2.5采样滤膜出口分别依次串接流量传感器q、电磁阀和采样泵。
进一步的，所述显示器、键盘、通讯接口均与单片机电联接。
进一步的，所述流量传感器q、电磁阀、抽气泵均与单片机电联接。
进一步的，所述自动换膜装置，包括进气口、上密封盘、滤膜、滤膜夹、平台、密封圈、样品架、下密封盘、出气口、电机53、导向杆、固定板54、螺母51、位置传感器57、位置传感器58、电机60、固定板61、螺母44、导轨支承架、位置传感器50、位置传感器59等部分组成；所述电机53、电机60、位置传感器57、位置传感器58、位置传感器50、位置传感器59均与单片机电联接。
进一步的，所述自动换膜装置，进气口安装在上密封盘上，滤膜安装在滤膜夹中，滤膜夹放置在平台上端的凹槽内，通过平台上密封圈与平台密封，平台放置在样品架上的孔内，电机53和导向杆安装在固定板54上，螺母51安装在样品架上。电机53轴上带有螺杆，与螺母51配合传动；电机60和导轨安装在固定板61上，螺母44安装在导轨支承架上，电机60轴上带有螺杆，与螺母44配合传动。出气口安装在下密封盘上。
进一步的，所述自动换膜装置，从装置内取出滤膜时，在单片机的控制下，电机53带动下密封盘向下移动至位置传感器57时，电机53停止工作，使下密封盘与平台脱离密封状态，滤膜夹与上密封盘脱离密封状态；然后，单片机自动控制电机60工作，带动样品架向装置外移动至位置传感器50时，电机60停止工作，滤膜被送出装置外。向装置内送入滤膜时，单片机控制电机工作，带动样品架向装置内移动，至位置传感器59时，电机60停止工作；然后单片机控制电机53工作，带动固定盘向上移动，至位置传感器58时，电机53停止工作。此时，下密封盘与平台、滤膜夹、上密封盘之间密封接触，实现气路密封对接，完成自动安装滤膜的功能。
进一步的，为了实现切割器与分流器的密封联接，便于装配，将颗粒物切割器出气口的内孔设计成圆柱形腔体，其内表面上有n条凹槽，数量n=1-10；在凹槽内装有O型密封圈，与之配合的分流器的进气口上端外表面为圆柱形，与O型密封圈配合后，实现气路的密封，方便切割器与分流器的安装。当上述配合改用螺纹连接时，也能达到连接和密封的目的。
 进一步的，所述等速采样流量由皮托管自动跟踪管道内气体流速的变化，将管道内的动压、静压经管道压力传感器P_s、皮托管差压传感器△P₁传至单片机，单片机计算出管道内的流速，并根据采样嘴的直径及管道内温度传感器Ts 测得的温度值计算出等速采样流量值q_r^’，在选用PM₁₀颗粒物切割器和PM_2.5颗粒物切割器后，切割器的工作点流量值就确定了；因此，要求通过PM₁₀颗粒物切割器和PM_2.5颗粒物切割器的气体流量值是恒定的，此值通过单片机控制采样泵和空压机的转速（或流量调节阀开度大小）来实现。颗粒物切割器工作点流量q_c等于等速采样流量值q_r^’与稀释气管路流量值q_x之和，即q_c= q_r^’+q_x，其中：q_r^’值是等速采样流量值，q_c值是由单片机根据流量传感器q测得的流量值、温度传感器T_c测得的温度值和压力传感器P_c测得的压力值计算出的。采样时，在采样泵作用下，管道中的样气经采样嘴、采样管进入稀释器内。与此同时，在空压机的作用下，由稀释气通道提供的稀释气体经稀释气进气管进入稀释器内，将样气稀释，经稀释的样气经稀释器的出气管后进入停留室和颗粒物切割器。单片机根据设定的颗粒物切割器工作流量点q_c和等速采样流量值q_r^’之差q_x= q_c - q_r^’控制采样泵和空压机的转速，或流量调节阀的开度大小，使通过颗粒物切割器的流量值与设定的工作点流量q_c相等，实现颗粒物恒流分级采样。
进一步的，所述分流器有N根出气管，数量与一次需要采集的PM₁₀样品数量相等，
若需要采集PM_2.5样品时，还要增加PM_2.5切割器进气管。
本发明基于等速采样原理，应用等速采样技术、恒流分级技术、自动换膜技术、传感器技术、单片机测控技术等，研发一种污染源细颗粒物采样装置。此装置的有益效果是：1、能自动跟踪管道内气体流速的变化，实施等速采样；2、根据颗粒物切割器工作点流量与等速采样流量之差，增加一个稀释气通道及稀释器，解决了等速采样不能恒流的问题，从而为等速采集管道内PM₁₀、PM_2.5样品提供了技术支撑；3、利用稀释器可将高湿、高温、高浓度的气体处理后采集样品；4、在PM₁₀切割器后增加分流器和PM_2.5颗粒物切割器，可实现样气中PM₁₀、PM_2.5同时恒流分级采样，且因分流器内样品均匀，每个滤膜后后串接一个流量传感器，所以各个样品的均匀性好，采样体积明确； 5、可实现自动换膜；6、能防止烟道负压倒吸；7、可自动实时测量管道内湿度；8、可计算出管道污染物的排放浓度及总排放量；9、重量轻、方便携带、操作简单、自动化智能化水平高。本发明的装置也适用于采集管道内的其他特定粒径颗粒物、有害气体、烟尘、SVOCs样品及环境空气。
附图说明
图1是本发明的一种污染源四通道PM₁₀、PM_2.5同步采样装置的结构原理示意图。
图2是本发明的稀释器结构示意图。
图3是自动换膜装置的结构示意图。
 1.采样嘴；2.采样管；3.皮托管；4.加热装置；5.稀释器；6.停留室；7.温度传感器T_c；8.压力传感器P_c ；9. PM₁₀颗粒物切割器；10.分流器进气管；11.分流器；12. PM_2.5颗粒物切割器进气管；13.PM_2.5颗粒物切割器；14.                                                PM_2.5采样滤膜（m₁、m₂）；15.自动换膜装置；16.流量传感器q（q₁、q₂、q₃、q₄）；17.三通管；18.电磁阀（f₁、f₂）；19.PM_2.5采样泵；20. PM₁₀采样泵；21.干燥器；22.过滤器；23. 空压机；24.流量调节阀；25.流量计；26.稀释气管路；27.湿度传感器；28.管道温度传感器Ts；29.皮托管差压传感器△P₁；30.管道道压力传感器P_s；31.温度传感器T_g；32.压力传感器P_d；33.分流器出气管（C₁、C₂）；34.PM_2.5采样滤膜（m₃、m₄）；35.单片机；36.显示器；37.键盘；38.通讯接口；39.样气进气口；40.稀释气进气口；41.外壳；42.出气口；43.上密封盘；44.螺母；45.导轨支承架；46.样品架；47.滤膜夹；48.密封圈；49.平台；50.位置传感器；51.螺母；52.导向杆；53.电机；54.固定板；55.出气口；56.升降台；57.位置传感器；58.位置传感器；59.位置传感器；60.电机；61.固定板；62.导轨；63.下密封盘。
实施例1
本实施例为一种污染源四通道PM₁₀、PM_2.5同步采样装置，如图1、图2、图3所示。装置包括：采样嘴1、采样管2、皮托管3、加热装置4、稀释器5、停留室6、温度传感器Tc 7、压力传感器P_c 8、PM₁₀颗粒物切割器9、分流器11、PM_2.5颗粒物切割器13、PM_2.5采样滤膜（m₃、m₄）14、自动换膜装置15、流量传感器q（q₁、q₂、q₃、q₄）16、三通管17、电磁阀（f₁、f₂）18、PM_2.5采样泵19、PM₁₀采样泵20、稀释气管路26、湿度传感器27、管道温度传感器T_s 28、皮托管差压传感器△P₁ 29、管道压力传感器Ps 30、温度传感器T_g 31、压力传感器P_d 32、PM₁₀采样滤膜（m₁、m₂）34、单片机35、显示器36、键盘37、通讯接口38；所述采样嘴1、采样管2、稀释器5、停留室6、PM₁₀颗粒物切割器9、分流器11依次串联。
皮托管3与皮托管差压传感器△P₁ 29、管道压力传感器P_s 30联接；湿度传感器27、管道温度传感器T_s 28、皮托管差压传感器△P₁ 29、管道压力传感器P_s 30均与单片机35电联接，用于测量管道的湿度、温度、静压、动压、流速等参数。
采样管2内壁光滑，以减少样品的壁损失，可用内抛光不锈钢管或玻璃制成。采样管2一端接采样嘴1，另一端接稀释器5；采样管2外壁上安装加热装置4和温度传感器T_g31，温度传感器T_g 31与单片机35电联接。工作时，在PM_2.5采样泵19、PM₁₀采样泵20的作用下，样气从管道中通过采样嘴1、采样管2进入稀释器5内；为防止管道内高温、高湿的样气在采样管2内壁上降温冷凝，使样气的形态和成分发生变化，加热装置4对采样管2内样气进行加热保温。根据温度传感器T_g 31测得的采样管2内样气温度，单片机35测控加热装置4加热或停止加热，使采样管2内温度值与管道温度传感器Ts 28测得的管道温度值相等，以免样气因降温而冷凝。
稀释器5由样气进气口39、稀释气进气口40、外壳41及出气口42组成；样气进气口39伸入稀释器5内部；稀释气进气口40安装在外壳41上，与稀释器5内部相通；出气口42安装在端盖上，与稀释器5内部相通。
稀释器5的样气进气口39与采样管2相接，稀释气进气口40接稀释气管路26，出气口42接停留室6的进气口；停留室6设置样气混合气停留时间为60S，以保证样气和稀释气混合均匀，之后混合气由停留室6的出气口排入PM₁₀颗粒物切割器9。
 停留室6设置样气混合气停留时间为60S，以保证样气和稀释气混合均匀，之后混合气由停留室6的出气口排入PM₁₀颗粒物切割器9。
PM₁₀颗粒物切割器9入口处安装有温度传感器T_c 7、压力传感器P_c 8，PM_2.5颗粒物切割器13入口处安装有压力传感器P_d 32，温度传感器T_c 7、压力传感器P_c 8、压力传感器P_d 32均与单片机35电联接，测量PM₁₀颗粒物切割器9及PM_2.5颗粒物切割器13入口处的温度、压力，参入计算通过PM₁₀颗粒物切割器9、PM_2.5颗粒物切割器13的气体工况流量。
分流器11是一个封闭的圆柱形腔体，1根分流器进气管10从分流器11上端面中心位置伸入分流器11内部，2根分流器出气管（C₁、C₂）33从分流器11的下端面伸入分流器11内部。为了减少样气的壁损失，要求分流器进气管10、分流器出气管（C₁、C₂）33内壁光滑。分流器进气管10与PM₁₀颗粒物切割器9的出口相接，2根分流器出气管（C₁、C₂）33分别串接PM₁₀采样滤膜（m₁、m₂）34。
PM_2.5颗粒物切割器13的进气管12伸入分流器11内部，PM_2.5颗粒物切割器14后串接2个PM_2.5采样滤膜10（m₃、m₄）14。
自动换膜装置15由进气口33、上密封盘43、滤膜34、滤膜夹47、平台49、密封圈48、样品架46、下密封盘63、出气口55、电机53、导向杆52、固定板54、螺母51、位置传感器57、位置传感器58、电机60、固定板61、螺母44、导轨支承架45、位置传感器50、位置传感器59等部分组成；所述电机53、电机60、位置传感器57、位置传感器58、位置传感器50、位置传感器59均与单片机电联接。进气口33安装在上密封盘43上，滤膜34安装在滤膜夹47中，滤膜夹47放置在平台49上端的凹槽内，通过平台上密封圈48与平台49密封，平台49放置在样品架46上的孔内，电机53和导向杆52安装在固定板54上，螺母51安装在升降台56上。电机53轴上带有螺杆，与螺母51配合传动；电机60和导轨62安装在固定板61上，螺母44安装在导轨支承架45上，电机60轴上带有螺杆，与螺母44配合传动。出气口55安装在下密封盘63上。
自动换膜装置15的工作原理：从装置内取出滤膜34时，在单片机35的控制下，电机53带动升降台56向下移动至位置传感器57时，电机53停止工作，使下密封盘63与平台49脱离密封状态，滤膜夹47与上密封盘43脱离密封状态；然后，单片机35自动控制电机60工作，带动样品架46向装置外移动至位置传感器50时，电机60停止工作，滤膜34被送出装置外。向装置内送入滤膜34时，单片机35控制电机60工作，带动样品架46向装置内移动，至位置传感器59时，电机60停止工作；然后单片机35控制电机53工作，带动升降台56向上移动，至位置传感器58时，电机53停止工作。此时，下密封盘63与平台49、滤膜夹47、上密封盘43之间密封接触，实现气路密封对接，完成自动安装滤膜的功能。
PM₁₀采样滤膜（m₁、m₂）34与PM_2.5采样滤膜（m₃、m₄）14出口分别依次串接流量传感器q（q₁、q₂、q₃、q₄）16、三通阀17、PM₁₀采样泵20、PM_2.5采样泵19。
电磁阀（f₁、f₂）18安装在PM₁₀采样泵20、PM_2.5采样泵19前，电磁阀（f₁、f₂）18与单片机35电联接，用于检查气路的密封性时处于闭合状态、采样时处于畅通状态；采样结束时，电磁阀（f₁、f₂）自动关闭，防止了烟道负压将样品损坏。PM₁₀采样泵20、PM_2.5采样泵19均与单片机35电联接，通过控制PM₁₀采样泵20、PM_2.5采样泵19的转速控制采样流量。
稀释气管路26上依次安装有干燥器21、过滤器22、空压机23、流量调节阀24、流量计25。稀释气管路26接在稀释器5的稀释气进气口40上，经过干燥器21、过滤器12干燥过滤的干态稀释气体在空压机23的作用下，由稀释气管路26进入稀释器5内，将样气稀释，使样气的湿度、温度降低，避免样气进入PM₁₀颗粒物切割器9和PM_2.5颗粒物切割器13时样气成分及颗粒物的形态发生变化。
流量调节阀24与单片机35电联接，用于调节稀释气管路26的流量；流量计25与单片机35电联接，用于测量通过稀释气管路26的流量；空压机23与单片机35电联接，通过控制空压机23的转速，控制通过稀释器管路26的流量。
流量传感器q（q₁、q₂、q₃、q₄）16与单片机35电联接，分别用于测量通过PM₁₀采样滤膜（m₁、m₂）34和PM_2.5采样滤膜（m₃、m₄）14的气体流量及体积，参入计算通过 PM₁₀颗粒物切割器9和PM_2.5颗粒物切割器13的样气的工况流量。
显示器36与单片机35电联接，用于显示采样相关信息；键盘37与单片机35电联接，用于输入相关信息；通讯接口38与单片机35电联接，用于输出相关采样信息。
采样时，皮托管3自动跟踪管道内气体流速的变化，将管道内的动压、静压经管道压力传感器P_s30、皮托管差压传感器△P₁ 29传至单片机35，单片机35计算出管道内的流速，并根据采样嘴1的直径及管道内温度传感器T_s28测得的温度值计算出等速采样流量值q_r′。
在选用PM₁₀颗粒物切割器9和PM_2.5颗粒物切割器13后，工作点流量值就确定了。因此，要求通过PM₁₀颗粒物切割器9和PM_2.5颗粒物切割器13的气体流量值是恒定的，此值通过单片机35控制PM₁₀采样泵20、PM_2.5采样泵19和空压机23的转速实现。
 PM₁₀颗粒物切割器9工作点流量q_c10等于等速采样流量值q_r′与稀释气管路26的流量值q_x之和，即q_c10= q_r′+ q_x，其中：q_r′值是等速采样流量值，q_c10值是由单片机35根据流量传感器q（q₁、q₂）16测得的流量值、温度传感器T_c 7 测得的温度值和压力传感器P_c 8 测得的压力值计算出的。采样时，在PM₁₀采样泵20的作用下，管道中的样气经采样嘴1、采样管2进入稀释器5内。与此同时，在空压机23的作用下，由稀释气管路26提供的稀释气体经稀释气进气管40进入稀释器5内，将样气稀释，经稀释的样气经稀释器5的出气管41进入停留室进气口，样气混合气在停留室停留60S后，混合气进入PM₁₀颗粒物切割器9。单片机35根据设定的PM₁₀颗粒物切割器9工作流量点q_c10和等速采样流量值q_r′之差q_x=q_c10 - q_r′，控制空压机23的转速，使通过PM₁₀颗粒物切割器9的流量值与设定的工作点流量q_c10相等，实现PM₁₀恒流分级采样。
PM_2.5颗粒物切割器13工作点流量q_c2.5是单片机35根据流量传感器q（q₃、q₄）16测得的流量值、温度传感器T_c 7测得的温度值和压力传感器P_d 32测得的压力值计算出的。采样时，单片机35控制PM_2.5采样泵19的转速，使通过PM_2.5颗粒物切割器13的流量值与设定的工作点流量q_c2.5相等，实现PM_2.5恒流分级采样。
当管道内的流速增大时，皮托管3测得信号传至单片机35，单片机35计算出管道内的流速，并根据采样嘴1的直径及管道内温度传感器T_s 28测得的温度值计算出等速采样流量值q_r′，由单片机35控制PM₁₀采样泵20的转速增加；与此同时，由单片机35控制空压机23的转速降低，使通过PM₁₀颗粒物切割器9的流量值与与设定的工作点流量值q_c10相等，实现了PM₁₀恒流分级采样。反之，亦然。
实施例2
本发明实施例为一种六通道PM₁₀、PM_2.5同步采样装置，同时采集3个PM₁₀、PM_2.5样品。在PM₁₀颗粒物切割器后串接一个分流器，需要3个分流器出气管分别与3个PM₁₀采样滤膜串联，、PM_2.5颗粒物切割器进气管伸入分流器内部，PM_2.5颗粒物切割器后串接3个PM_2.5采样滤膜，PM₁₀采样滤膜与PM_2.5采样滤膜出口分别依次串接流量传感器q、电磁阀、采样泵，技术原理与测控方案与实施例1相同。
本发明的装置也适用于采集管道内的其他粒径颗粒物、有害气体、烟尘、SVOCs样品及环境空气。
综上所述，本发明利用多功能采样管、稀释气通道、稀释器、多种传感器及单片机测控技术控制采样泵实施等速采样。通过皮托管等速采样原理将样气抽取至稀释器后，测控空压机的转速及经过稀释通道的流量，将干净空气作为稀释气注入稀释器内，将样气稀释；混合后的样气经停留室后进入颗粒物切割器，经颗粒物切割器后，PM₁₀、PM_2.5样品被采集；采样结束后，电磁阀自动关闭，防止管道内负压将样品倒吸损坏；用2个电机及位置传感器实现自动换膜功能；最后根据采样后滤膜上颗粒物样品的量及标准状态下干气采样体积，可计算出单位体积颗粒物的排放浓度，根据排气管道的干排气流量，可计算颗粒物的排放量。本发明结构新颖、操作简单、方便携带、功能齐全、性能可靠，并且可计算出管道污染物的总排放量，自动化智能化水平高。
上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。