本發(fā)明涉及一種用于氣體采樣器的小流量抽氣泵，具體是一種低脈動(dòng)小流量抽氣泵。

背景技術(shù)：

小流量抽氣泵是氣體采樣器的重要部件，用于采集大氣環(huán)境及車間現(xiàn)場中的二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等有害氣體的專用必備儀器。廣泛適用于室內(nèi)外大氣環(huán)境監(jiān)測、疾病預(yù)防、安監(jiān)、軍事、氣象、科研教學(xué)、冶金、化工、鐵路、建材等領(lǐng)域的衛(wèi)生監(jiān)測和評(píng)價(jià)，也可與有關(guān)儀器配套使用。通常是用空氣采樣器來評(píng)價(jià)有危害氣體的勞動(dòng)作業(yè)場所的環(huán)境，衡量一個(gè)勞動(dòng)作業(yè)班有害氣體對人體健康的影響，對職業(yè)病防治的研究、生產(chǎn)環(huán)境、設(shè)備的改造提供理論依據(jù)。空氣采樣器測量空氣中有害氣體質(zhì)量濃度的方法是計(jì)重法，其原理是用該空氣采樣器抽取一定體積的空氣，有害氣體被采樣瓶中的吸收液吸收，在實(shí)驗(yàn)室分析出吸收液中有害氣體的質(zhì)量，根據(jù)下列公式計(jì)算出有害氣體的質(zhì)量濃度：

式中：ρ----------氣體的質(zhì)量濃度,mg/m³；

m-----------吸收液中有害氣體的質(zhì)量，mg；

q-----------采樣流量，L/min；

t-----------采樣時(shí)間，min；

由上式可知，準(zhǔn)確測量某種有害氣體質(zhì)量濃度，與控制好采樣流量和采樣時(shí)間有關(guān)，采樣時(shí)間控制不存在大的問題，關(guān)鍵在于控制采樣泵抽氣流量，但抽氣泵的流量脈動(dòng)是客觀存在的，特別是在采樣泵抽氣能力的低端，瞬時(shí)抽氣流量極其不穩(wěn)定，波動(dòng)很大，采樣泵抽氣流量的波動(dòng)，必然導(dǎo)致采氣累計(jì)體積的誤差，由此導(dǎo)致氣體質(zhì)量濃度的誤差，為了精確計(jì)量累計(jì)采氣體積，提出了如何解決好泵的低端流量抽氣穩(wěn)定性的課題。原有氣體采樣器大多采用轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量瞬時(shí)采氣流量，當(dāng)采樣流量處于低端時(shí)，由于抽氣泵的脈動(dòng)，轉(zhuǎn)子流量計(jì)浮子上下竄動(dòng)，難以讀數(shù)，只能在上下竄動(dòng)的平衡位置估讀一個(gè)數(shù)值，用這個(gè)瞬時(shí)流量與時(shí)間的積，得到的累計(jì)采氣體積，可見對氣體質(zhì)量濃度準(zhǔn)確性的影響。在低流量采氣系統(tǒng)中，如何解決采樣流量低端啟動(dòng)、低端流量平穩(wěn)性及采樣負(fù)載能力問題是關(guān)鍵！

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問題，為泵設(shè)計(jì)了前后阻容濾波器，將其與泵集成于一體，就能有效地解決了氣體采樣泵低端啟動(dòng)流量波動(dòng)大問題，科學(xué)地兼顧了流量下限平穩(wěn)啟動(dòng)工作與流量上限的負(fù)載能力的關(guān)系，提高了氣體采樣體積的準(zhǔn)確性。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種低脈動(dòng)小流量抽氣泵，包括抽氣泵，抽氣泵安裝在泵托架上，所述泵托架上安裝有氣容腔，所述氣容腔的頂部開設(shè)有氣容腔上出氣口和氣容腔上進(jìn)氣口，氣容腔的底部開設(shè)有相互隔離開的氣容腔下出氣口和氣容腔下進(jìn)氣口，氣容腔下出氣口與抽氣泵的進(jìn)氣口連通，氣容腔下進(jìn)氣口與抽氣泵的出氣口連通，所述氣容腔上出氣口通過管道連接柔性氣容上所開設(shè)的柔性氣容進(jìn)氣口，柔性氣容上還開設(shè)有與大氣連通的柔性氣容出氣口和用于連接微差壓傳感器的測壓口，空氣經(jīng)氣容腔上進(jìn)氣口進(jìn)入氣容腔然后經(jīng)氣容腔下出氣口進(jìn)入到抽氣泵，經(jīng)抽氣泵推動(dòng)后從氣容腔下進(jìn)氣口輸出經(jīng)氣容腔上出氣口輸送到柔性氣容內(nèi)再通過柔性氣容出氣口排出，所述抽氣泵、泵托架、氣容腔以及柔性氣容組成低脈動(dòng)小流量抽氣泵。

所述抽氣泵包括直流電機(jī)，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上過盈配合固定偏心輪，偏心輪外套軸承，軸承外圈裝入連桿軸承位，連桿與泵皮連接，泵皮通過泵皮壓板壓緊固定在連桿上，泵皮壓板通過壓緊螺釘與連桿固定連接，泵皮設(shè)置在泵腔閥板的泵腔內(nèi)，泵腔閥板背對于泵腔的一面設(shè)置有泵膜閥片，泵膜閥片覆蓋住泵腔閥板的泵腔進(jìn)氣口和泵腔出氣口，氣室板與泵腔閥板將泵膜閥片夾在兩者之間，所述氣室板上設(shè)置有與泵腔進(jìn)氣口和泵腔出氣口對應(yīng)連通的抽氣泵的進(jìn)氣口和出氣口，偏心輪通過軸承帶動(dòng)連桿左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)，連桿帶動(dòng)泵皮在泵腔內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)從而推動(dòng)泵膜閥片。

所述泵膜閥片的中間設(shè)置有兩個(gè)在泵腔的氣壓作用下自由浮動(dòng)的圓形閥片，用于打開或關(guān)閉泵腔進(jìn)氣口和泵腔出氣口。

所述泵膜閥片的厚度為0.7～0.9毫米。

所述泵腔閥板包括便于設(shè)置泵膜閥片的泵膜閥片腔，泵膜閥片腔內(nèi)開設(shè)有與泵腔連通的泵腔進(jìn)氣口和泵腔出氣口，所述泵腔出氣口設(shè)置有向泵膜閥片腔凸出的凸臺(tái)，所述泵腔的側(cè)壁設(shè)置成具有斜度的錐面，錐面與泵皮在最大升程時(shí)的形狀相吻合。

所述氣容腔被分隔為進(jìn)氣腔體和出氣腔體，進(jìn)氣腔體內(nèi)等間距的設(shè)置有分隔板，分隔板上交錯(cuò)的開設(shè)有開口從而將進(jìn)入進(jìn)氣腔體的空氣進(jìn)行緩沖。

所述分隔板上開設(shè)的開口處填充有海綿塊。

所述柔性氣容還設(shè)置有柔性氣容腔，柔性氣容腔內(nèi)安裝有膜片，柔性氣容的下部設(shè)置有用于將柔性氣容與氣容腔相連接的連接板。

所述柔性氣容與氣容腔通過設(shè)置在連接板外側(cè)的連接螺釘緊固連接。

所述氣容腔下出氣口與抽氣泵的進(jìn)氣口連通處和氣容腔下進(jìn)氣口與抽氣泵的出氣口連通處均設(shè)置有密封墊，所述抽氣泵通過緊固螺釘與泵托架連接。

本發(fā)明的技術(shù)效果：在抽氣流量范圍內(nèi)，大大降低了瞬時(shí)流量的脈動(dòng)，提高了累計(jì)流量的計(jì)算準(zhǔn)確度。泵的抽氣流量下限平穩(wěn)啟動(dòng)，可根據(jù)需要，可調(diào)整抽氣流量下限及范圍。抽氣泵在同樣功率、同樣體積條件下流量范圍寬，抽氣負(fù)壓大，即抽氣能力強(qiáng)。帶測流量功能，集成度高，體積小、重量輕。

附圖說明

圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明抽氣泵結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明偏心輪結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明泵膜閥片結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明泵腔閥板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是圖6的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本發(fā)明泵托架和氣容腔結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是圖8的A-A向結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是圖8的B-B向結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11是圖8的C-C向結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12是本發(fā)明柔性氣容結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13是圖12的A-A向結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)號(hào)分別表示：1-抽氣泵，2-管道，3-氣容腔，4-柔性氣容，5-連接螺釘，6-密封墊，7-泵托架，8-緊固螺釘，10-直流電機(jī)，11-軸承，12-偏心輪，13-連桿，14-壓緊螺釘，15-泵皮壓板，16-泵皮，17-泵腔閥板，18-泵膜閥片，19-氣室板，20-進(jìn)氣口，21-出氣口，31-氣容腔上出氣口，32-氣容腔上進(jìn)氣口，33-進(jìn)氣腔體，34-分隔板，35-開口，36-氣容腔下出氣口，37-氣容腔下進(jìn)氣口，38-出氣腔體，41-柔性氣容進(jìn)氣口，42-柔性氣容出氣口，43-測壓口，44-柔性氣容腔，45-膜片，46-連接板，171-泵膜閥片腔，172-泵腔進(jìn)氣口，173-泵腔出氣口，174-凸臺(tái)，175-泵腔，176-錐面。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明：

如圖1—圖13所示，一種低脈動(dòng)小流量抽氣泵，包括抽氣泵1，抽氣泵1安裝在泵托架7上，所述泵托架7上安裝有氣容腔3，所述氣容腔3的頂部開設(shè)有氣容腔上出氣口31和氣容腔上進(jìn)氣口32，氣容腔3的底部開設(shè)有相互隔離開的氣容腔下出氣口36和氣容腔下進(jìn)氣口37，氣容腔下出氣口36與抽氣泵的進(jìn)氣口20連通，氣容腔下進(jìn)氣口37與抽氣泵的出氣口21連通，所述氣容腔上出氣口31通過管道2連接柔性氣容4上所開設(shè)的柔性氣容進(jìn)氣口41，柔性氣容4上還開設(shè)有與大氣連通的柔性氣容出氣口42和用于連接微差壓傳感器的測壓口43，空氣經(jīng)氣容腔上進(jìn)氣口32進(jìn)入氣容腔3的進(jìn)氣腔體33內(nèi)，然后經(jīng)氣容腔下出氣口36進(jìn)入到抽氣泵1，經(jīng)抽氣泵1推動(dòng)后從氣容腔下進(jìn)氣口37輸出到出氣腔體38后經(jīng)氣容腔上出氣口31輸送到柔性氣容4內(nèi)再通過柔性氣容出氣口42排出，所述抽氣泵1、泵托架7、氣容腔3以及柔性氣容4組成低脈動(dòng)小流量抽氣泵。

所述抽氣泵1包括直流電機(jī)10，直流電機(jī)10的轉(zhuǎn)軸上過盈配合固定偏心輪12，偏心輪12外套軸承11，軸承11外圈裝入連桿13軸承位，連桿13與泵皮16連接，泵皮16通過泵皮壓板15壓緊固定在連桿13上，泵皮壓板15通過壓緊螺釘14與連桿13固定連接，泵皮16設(shè)置在泵腔閥板17的泵腔175內(nèi)，泵腔閥板17背對于泵腔175的一面設(shè)置有泵膜閥片18，泵膜閥片18覆蓋住泵腔閥板17的泵腔進(jìn)氣口172和泵腔出氣口173，氣室板19與泵腔閥板17將泵膜閥片18夾在兩者之間，所述氣室板19上設(shè)置有與泵腔進(jìn)氣口172和泵腔出氣口173對應(yīng)連通的抽氣泵的進(jìn)氣口20和出氣口21，偏心輪12通過軸承11帶動(dòng)連桿13左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)，連桿13帶動(dòng)泵皮16在泵腔175內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)從而推動(dòng)泵膜閥片18。

偏心輪在泵中與連桿構(gòu)成曲柄連桿機(jī)構(gòu)，偏心輪相當(dāng)于曲柄，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下，帶著連桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)，連桿帶動(dòng)泵皮在泵腔中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成泵腔的容積變化，形成泵腔吸排氣。偏心輪偏心距e是按泵結(jié)構(gòu)連桿允許最大行程設(shè)計(jì)，最大行程為2e；偏心輪中設(shè)計(jì)以R為半徑的半圓是用作慣性輪的，便于曲柄、連桿在“死點(diǎn)”的連續(xù)運(yùn)動(dòng)。

泵工作原理：當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，偏心輪通過軸承帶動(dòng)連桿左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)，連桿帶動(dòng)泵皮在泵腔內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使泵腔產(chǎn)生容積變化；當(dāng)連桿帶動(dòng)泵皮向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，泵腔形成正壓，壓縮泵腔內(nèi)氣體，通過壓縮氣體推動(dòng)泵膜閥片，關(guān)閉進(jìn)氣口；同時(shí)通過壓縮氣體推動(dòng)另一個(gè)泵膜閥片，打開出氣口，將泵腔內(nèi)的氣體排出泵腔外。反之，當(dāng)連桿帶動(dòng)泵皮向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，泵腔內(nèi)形成負(fù)壓，泵腔內(nèi)吸入氣體，通過吸入氣體推動(dòng)泵膜閥片，關(guān)閉出氣口；同時(shí)通過吸入氣體推動(dòng)泵膜閥片，打開進(jìn)氣口；將外部氣體吸入泵腔內(nèi)。電機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，泵腔不斷容積變化，構(gòu)成反復(fù)吸氣、排氣過程，實(shí)現(xiàn)抽氣流量。

泵膜閥片材質(zhì)是硅橡膠，所述泵膜閥片18的中間設(shè)置有兩個(gè)在泵腔175的氣壓作用下自由浮動(dòng)的圓形閥片，用于打開或關(guān)閉泵腔進(jìn)氣口172和泵腔出氣口173。

所述泵膜閥片18的厚度為0.7～0.9毫米。

所述泵腔閥板17包括便于設(shè)置泵膜閥片18的泵膜閥片腔171，泵膜閥片腔171內(nèi)開設(shè)有與泵腔連通的泵腔進(jìn)氣口172和泵腔出氣口173，所述泵腔出氣口173設(shè)置有向泵膜閥片腔171凸出的凸臺(tái)174，所述泵腔175的側(cè)壁設(shè)置成具有斜度的錐面176，錐面176與泵皮16在最大升程時(shí)的形狀相吻合，可提高泵的容積效率，即提高泵的流量及負(fù)壓；出氣口的凸臺(tái)有利于泵膜閥片的閉合。

氣容腔3被分隔為進(jìn)氣腔體33和出氣腔體38，進(jìn)氣腔體33的上端開設(shè)氣容腔進(jìn)氣口32，出氣腔體38的上端開設(shè)氣容腔出氣口31，進(jìn)氣腔體33內(nèi)等間距的設(shè)置有分隔板34，分隔板34上交錯(cuò)的開設(shè)有開口35從而將進(jìn)入進(jìn)氣腔體33的空氣進(jìn)行緩沖。

所述分隔板34上開設(shè)的開口35處填充有海綿塊。

氣容腔可使氣流緩沖，起到濾波作用；進(jìn)氣腔體被分隔板分割成多格相通的腔體，可緩沖氣流，起到濾波作用，還可根據(jù)泵的流量范圍、負(fù)載能力的實(shí)際情況，填充適量海綿塊，起到阻尼濾波作用，保證流量低端的平穩(wěn)啟動(dòng)和工作。在設(shè)計(jì)氣路阻尼濾波器時(shí)，濾料材料的密度、厚度是調(diào)節(jié)阻尼大小的關(guān)鍵，氣路濾波效果與阻尼、腔室大小有關(guān)，(相當(dāng)于電路中的阻容濾波)。值得注意的是：阻尼調(diào)得太小，氣流就不夠平穩(wěn)；阻尼調(diào)得過大，流量上限就會(huì)達(dá)不到，負(fù)載能力消耗在阻尼上了；因此，阻尼的大小要通過實(shí)驗(yàn)得出，做到以滿足流量下限準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性要求的最小阻尼，使流量上限具有滿足要求的負(fù)載能力。

所述柔性氣容4還設(shè)置有柔性氣容腔44，柔性氣容腔44內(nèi)安裝有膜片45，柔性氣容4的下部設(shè)置有用于將柔性氣容4與氣容腔3相連接的連接板46。

所述柔性氣容4與氣容腔3通過設(shè)置在連接板46外側(cè)的連接螺釘5緊固連接。

柔性氣容與氣容腔下進(jìn)氣口相連通，通過柔性氣容的壓力(即出氣背壓)大小的測量，反映抽氣流量的大?。槐硥旱拇笮∨c流量成正比的關(guān)系。

柔性氣容有緩沖氣流、均勻柔性氣容腔壓力的作用，在設(shè)計(jì)柔性氣容時(shí)，柔性氣容腔的大小、膜片柔韌性是關(guān)鍵，要考慮抽氣泵流量范圍內(nèi)的有效濾波，通過實(shí)驗(yàn)確定柔性氣容腔、膜片等的相關(guān)參數(shù)，只有在合適的緩沖氣容作用下，抽氣泵的脈動(dòng)抽氣氣流的尖峰才能被柔性氣容的緩沖氣容有效吸收，起到濾波作用，保證柔性氣容腔氣壓的平穩(wěn)性。測壓口用于與壓力傳感器連接，測量柔性氣容腔背壓的大??；柔性氣容出氣口長度約25毫米左右，呈錐形，嘴內(nèi)孔由內(nèi)至外，是由大到小的錐形孔，它的作用是根據(jù)所需的流量范圍，截取相應(yīng)的柔性氣容出口直徑，使柔性氣容腔背壓在合適的壓力范圍；在一定流量下，出口直徑大柔性氣容腔背壓小，反之，出口直徑小柔性氣容腔背壓大。

所述氣容腔下出氣口36與抽氣泵的進(jìn)氣口20連通處和氣容腔下進(jìn)氣口37與抽氣泵的出氣口21連通處均設(shè)置有密封墊6，所述抽氣泵1通過緊固螺釘8與泵托架7連接。

低脈動(dòng)小流量抽氣泵工作過程：

①接通相應(yīng)直流電源；

②直流電機(jī)帶動(dòng)偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)；

③偏心輪通過軸承帶動(dòng)連桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)；

④當(dāng)連桿帶動(dòng)泵皮壓縮泵腔容積時(shí)泵腔壓力增大，氣體壓力同時(shí)推動(dòng)泵膜閥片的兩個(gè)閥片，即打開泵腔出氣口，同時(shí)關(guān)閉泵腔進(jìn)氣口；

⑤泵腔處于正壓狀態(tài)，將氣體排出泵腔外，進(jìn)入氣容腔進(jìn)行氣流緩沖濾波，再進(jìn)柔性氣室，測量出氣背壓后排出柔性氣容外。

⑥當(dāng)連桿帶動(dòng)泵皮壓縮泵腔容積到極限位置后，再由連桿帶動(dòng)泵皮向外拉伸擴(kuò)張泵腔容積時(shí)，泵腔負(fù)壓壓力增大，泵腔氣體負(fù)壓同時(shí)吸起泵膜閥片的兩個(gè)閥片，即打開泵腔進(jìn)氣口，同時(shí)關(guān)閉泵腔出氣口；

⑦泵腔處于負(fù)壓狀態(tài)，將氣體從泵腔外吸入泵腔內(nèi)；當(dāng)連桿帶動(dòng)泵皮擴(kuò)張泵腔容積到極限位置，再由連桿帶動(dòng)泵皮壓縮泵腔容積，連桿泵皮反復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶來泵腔的容積變化，泵腔的進(jìn)氣出氣就形成了泵的抽氣流量。

偏心輪、泵腔閥板、氣容腔、柔性氣容材料均為ABS；泵皮材料為丁基橡膠；

泵膜閥片、膜片、密封墊材料為硅橡膠。

粘接連接處均用三氯甲烷粘接；

氣密性：粘接件粘接好后，按部件組裝好，將皂沫涂抹氣路連接縫處，啟動(dòng)抽氣泵，觀察皂沫涂抹氣路連接縫處，不得有漏氣現(xiàn)象。

①抽氣泵在進(jìn)氣口前氣容腔，抽氣氣容腔下進(jìn)氣口接柔性氣容，在保證抽氣泵流量上限的負(fù)載能力的前提下，幫助抽氣泵的流量低端平穩(wěn)啟動(dòng)和工作，

②泵腔側(cè)壁設(shè)計(jì)成一定斜度的錐面，錐面與泵皮在最大升程時(shí)的形狀相吻合，提高泵的容積效率。

③氣泵出口接柔性氣室，通過柔性氣容腔的壓力(即出氣背壓)大小的測量，反映抽氣流量的大??；

④柔性氣容出氣口呈一定長度的錐孔，通過截取錐孔長度即出氣口面積大小，調(diào)整柔性氣容腔背壓的大小。

本發(fā)明的一種低脈動(dòng)小流量抽氣泵，在抽氣流量范圍內(nèi)，大大降低了瞬時(shí)流量的脈動(dòng)，提高了累計(jì)流量的計(jì)算準(zhǔn)確度。泵的抽氣流量下限平穩(wěn)啟動(dòng)，可根據(jù)需要，可調(diào)整抽氣流量下限及范圍。抽氣泵在同樣功率、同樣體積條件下流量范圍寬，抽氣負(fù)壓大，即抽氣能力強(qiáng)。帶測流量功能，集成度高，體積小、重量輕。