表征富含悬浮颗粒的载气的采样机及方法

摘要

本发明提出一种带有撞击板（7）及指向该撞击板（7）的分类喷嘴（2）的采样机（1），其中撞击板（7）是可以电子方式读数的质量敏感共振元件（7，33），支承于撞击板固定器（8）中的振荡晶体（7，33）在采样机（1）通过电动机（12）工作期间相对于固定的分类喷嘴（2）移动。

说明书

技术领域

本发明涉及一种分析富含悬浮颗粒的载气的采样机，该采样机带有分 类喷嘴组件以及撞击板，该分类喷嘴组件至少具有一个分类喷嘴，其中撞 击板是振荡晶体，其中质量敏感共振元件固定于撞击板固定器中。

本发明进一步涉及一种表征富含悬浮颗粒的载气的方法，其中通过分 类喷嘴将采样机中的富含悬浮颗粒的载气导向用作撞击板的质量敏感共振 元件上，从而使大于预定质量的悬浮颗粒在沉淀过程中沉积于质量敏感共 振元件上，其中在沉淀过程期间和/或两个沉淀过程之间以电子方式确定在 质量敏感共振元件上沉积的悬浮颗粒的质量。

背景技术

举例而言，通过第EP1957955B1号专利已知这种装置及这种方法，其 中振荡晶体支承于三个绕其法向对称轴互相旋转对称设置的点上。较之箔 材，使用振荡晶体来吸附沉淀悬浮颗粒的优势在于，可在未移动撞击板的 情况下测量沉淀物的质量。

发明内容

本发明的目的在于改进采样机的工作特性。

为解决发明目的，本发明提供一种前述类型的采样机，撞击板固定器 设置有可相对于分类喷嘴移动的电动机。由此，采样机具有电动机，利用 该电动机可驱动带有质量敏感共振元件的撞击板固定器移动。其优势在于， 悬浮颗粒在沉淀过程期间和/或两个互相紧接的沉淀过程之间于质量敏感共 振元件上的沉积位置可有所改变，从而可较佳地充分利用由质量敏感共振 元件所提供的区域。因此，更换或清洗满载的振动晶体所需的间隔较长， 显著改善了采样机的工作特性。根据本发明，不再需要设置多个平行布置 的将载气输送至撞击板上的分类喷嘴来实现撞击板的均匀装载。

在本发明中，质量敏感共振元件可理解为可以电控或电子方式读数的 元件，该元件具有质量相关的谐振频率。可以电控或电子方式读出谐振频 率。例如，质量敏感共振元件可以是振荡晶体或SAW元件，还可以是对声 表面波响应的元件或依照其他测量原理的元件。振荡晶体支承于撞击板固 定器上，从而撞击板固定器还可称为振荡晶体固定器。

撞击板固定器设置为可绕轴心旋转或回转的情况下，使移动路线变得 特别简单。因而，举例而言，可实现富含悬浮颗粒的载气到撞击板上的撞 击点在撞击板上沿圆弧或圆周移动，其中心点与旋转或回转运动的轴心重 合。

为清洁和/或更换分类喷嘴，可将分类喷嘴可拆卸地设置于采样机中。

为获得良好的流动特性，将分类喷嘴构造成可被加热。优选地，可设 置环状加热器，该加热器于外侧呈环绕分类喷嘴和/或分类喷嘴组件。

为通过简单方式使撞击板与分类喷嘴之间保持确定的距离，可将撞击 板固定器装于或支承于分类喷嘴组件上。特别优选地，结合可拆卸分类喷 嘴和/或可拆卸撞击板固定器。

为尽可能准确获得预定的运动路线，可借助于分类喷嘴组件对应于旋 转或回转运动的轴心径向引导撞击板固定器。其优势在于，在撞击板固定 器相对于分类喷嘴运动期间亦可通过简单方式获得确定的几何关系。

人们已知，通过质量敏感共振元件可获得不同的质量灵敏性，并且不 同的质量敏感共振元件根据预定的质量增大分别表示出各自与谐振频率变 化的相关性。这种质量灵敏度与载气于质量敏感共振元件之上的撞击点的 位置有关，特别是撞击点到元件边缘或元件紧固点的距离。由此，特别优 选地，通过根据本发明的相对运动使撞击点导向沿着质量灵敏度恒定的路 线。

例如，对于圆盘状的圆形元件，这条路线是圆形或圆弧形。

在此情况亦或诸多其他情况下，特别优选旋转或回转运动，其旋转或 回转轴心与圆中心和或质量敏感共振元件的平面中心重合。

在本发明一实施方案中，撞击板固定器至少径向地导向电动机的电动 机壳。其优势在于，通过简单方式即可使撞击板固定器完成既定的旋转-或 回转运动。特别优选地，在撞击板固定器面向于电动机壳的一侧通过电动 机壳径向引导撞击板固定器，在其面向于分类喷嘴组件的一侧通过分类喷 嘴来径向引导撞击板固定器，从而在旋转-或回转运动期间实现双侧导向。

特别优选地，分类喷嘴组件在其面向于质量敏感共振元件的一侧具有 用于径向和/或轴向引导撞击板固定器的导向装置。举例而言，这种导向装 置可以是导向槽和/或导向环或导向凸缘。

在本发明一实施方案中，制动件构成于可旋转或可回转的元件上和/或 固定元件上，例如分类喷嘴组件和/或撞击板固定器上，该制动件使撞击板 固定器的旋转或回转运动限定为绕轴心的整圆运动。举例而言，制动件可 以是凸缘，该凸缘接合于沿着限定的旋转或回转范围构成的导向槽中。其 优势在于，通过简单的方式即可使撞击板固定器相对于采样机的固定元件 高速旋转。由此可通过连接电缆将电子信号导出或导向质量敏感共振元件， 避免利用到滑动接触。

在本发明一实施方案中，撞击板固定器具有固定板，振荡晶体支承于 固定板上。其优势在于，一方面可通过简单方式将振荡晶体固定于确定的 位置，另一方面可通过简单方式更换振荡晶体。

撞击板固定器可具有弹性接触销，该弹性接触销在使用位置上与固定 板接触，优选于固定板的下侧。其优势在于，可通过简单方式制造可更换 振荡晶体的电子接口。

为从质量敏感共振元件输出或向其输入电子信号，接触销和/或质量敏 感共振元件与柔性连接电缆电气连接。

特别优选地，连接电缆的尺寸确定为可使撞击板固定器的旋转或回转 运动是在预定的旋转或回转范围内。

举例而言，连接电缆的长度测定为旋转或回转运动在预定的运动范围 内不会受阻于连接电缆。

举例而言，连接电缆可以是扁平带状电缆。

其优势在于，扁平带状电缆可对弯曲择优定向，其方向可设为使撞击 板固定器的旋转或回转运动尽可能不受到连接电缆的影响。

为再次处理质量敏感共振元件的电子信号且/或控制质量敏感共振元件 及/或其他目的，连接电缆可与用于质量敏感共振元件的评估电子线路电气 连接。

为执行撞击板固定器与分类喷嘴之间的相对运动，举例而言，电动机 可通过传动装置与撞击板固定器耦合，或者以电子方式控制电动机，以执 行必要情况下受限定的运动。

特别优选地，电动机是多相电动机。其优势在于，可特别精确地调节 电动机的位置并由此精确控制撞击板固定器的运动。电动机还可以是直流 电动机。

为提供耐用并适用于诸多应用领域的采样机，电动机与撞击板固定器 设置在与外界隔离的外罩中。举例而言，外罩可由壳罐与壳盖构成，例如 电动机可设置于壳罐中，这两部分可拆分地相互连接。将连接拆开后，可 易于通向置于采样机内部的部分。

为调整旋转或回转运动，可构成用于撞击板固定器的旋转或回转运动 的电控线路或控制机构，利用该电控线路或控制机构可引起旋转或回转运 动的方向变化和/或限定旋转或回转运动的旋转或回转角度。举例而言，可 通过曲轴传动装置对其进行调整或者可根据预定的执行程序电子控制多相 电动机。

撞击板固定器还可具有加热装置。其优势在于，据此可阻碍质量敏感 共振元件与质量相关的谐振频率发生温度漂移。优选地，加热装置联至上 述或另一柔性连接电缆上。

为实现悬浮颗粒在质量敏感共振元件上的均匀分布，分类喷嘴可具有 通孔，该通孔布置成偏离轴心。

举例而言，分类喷嘴可仅具有一个通孔。其优势在于，提供特别易于 制造的分类喷嘴。

根据本发明的特征，可提供一种前述类型的采样机，分类喷嘴设置为 可调节，特别设置为可移动且/或可更换，以使由分类喷嘴引导的载气于质 量敏感共振元件上的撞击点横向于质量敏感度恒定的路线移动。其优势在 于，质量敏感共振元件的质量灵敏度可调至所需的传感灵敏度和/或评估电 子线路的现有取值范围。

可通过将分类喷嘴更换为另一分类喷嘴产生变化，其至少一个通孔在 不同于第一分类喷嘴的另一位置上。在此情况下，采样机包括至少两个分 类喷嘴，可相互更替地布置或保存这两个分类喷嘴。

另外或可选地，可通过在分类喷嘴组件中活动布置分类喷嘴来调整这 种可变性。

撞击板固定器还可布置成沿第二轴心活动且/或移动。

如前所述，通过圆形或圆弧形给定路线的情况下，撞击点在相对于圆 的径向方向发生变化并且/或者产生旋转或回转运动的中心。

为解决发明目的，本发明提供一种前述根据本发明所述类型的方法， 质量敏感共振元件在沉淀过程期间和/或两个沉淀过程之间相对于固定的分 类喷嘴移动。因而，可均匀利用质量敏感共振元件的表面，由此可减少每 时间单位必须采取维护作业的次数。由此使所述方法更为简化。

可在撞击点发生确定的悬浮颗粒加载后且/或在固定间隔内且/或连续 进行运动。举例而言，运动可以是旋转或回转运动。其优势在于，可沿圆 弧或整圆引导在质量敏感共振元件上的沉淀位置。为了均衡质量敏感共振 元件的质量相关的谐振频率的温度关系，在沉淀过程期间可加热质量敏感 共振元件。优选地，通过电子方式进行加热。

在一简单可行的实施方案中，质量敏感共振元件的表面利用得当，质 量敏感共振元件相对于喷嘴绕轴心旋转或回转。

在此，旋转或回转运动限定成整圆运动。

其优势在于，可避免在活动的振荡晶体和固定的电子线路之间的连接 电缆发生缠绕或断裂。

为获得周期往复的运动，旋转或回转运动在运动期间的方向可相反。

根据本发明的特征，在前述的方法中，沉淀过程期间和/或两个沉淀过 程之间由分类喷嘴引导的载气的撞击点横向于质量敏感共振元件上质量敏 感度恒定的路线移至质量敏感共振元件上。

质量敏感共振元件在旋转或回转期间进行相对运动的情况下，撞击点 可在径向方向移动。

另外，可将分类喷嘴更换为另一分类喷嘴，在某一位置上构成其至少 一个通孔，该位置对应于已改变的质量灵敏度的路线。

附图说明

下面根据具体实施方案进行详细说明，但本发明不仅限于这些实施方 案。通过权利要求所述的一个或多个特征相互结合并且/或者与下述实施方 案所述的一个或多个特征相结合亦可得出其他实施方案。

在附图中：

图1表示根据本发明的采样机的立体剖面图；

图2表示如图1的剖面图的轴向剖视图；

图3表示布置于如图1的根据本发明的采样机的外罩内部的部分立体 剖面图；

图4表示如图3的剖面图的轴向剖视图；

图5表示布置于如图1的根据本发明的采样机的外罩内部的部分在螺 旋形缠绕的连接电缆的高度上自下向撞击板方向而视的径向剖面；

图6表示如图5的剖视图向电动机的反向视图；

图7表示如图1的根据本发明的采样机的分类喷嘴组件的立体斜视 图；

图8表示说明根据本发明的方法的原理图；

图9表示进一步在视向用作撞击板的质量敏感共振元件的方向说明本 发明的原理图；

图10表示在如图9的说明本发明的另一原理图的轴向剖面侧视图。

具体实施方式

下面对附图进行详细说明。

图1和图2表示根据本发明的采样机的剖面视图，在全部附图中以标 号1表示该采样机。采样机1具有分类喷嘴2，该分类喷嘴2构成于分类喷 嘴组件3上。

在此，分类喷嘴2构成为分类喷嘴组件3的杯状凹部的可移除并由此 可更换的底座4中的开孔，其中杯状凹部具有截锥形侧壁5。

含有悬浮颗粒的待查载气通过连接管6上所连的软管或类似零件导向 分类喷嘴2并通过分类喷嘴2输送至撞击板7。

撞击板7设置成紧贴于分类喷嘴2之后，从而仅质量低于确定值的悬 浮颗粒才可跟随通过撞击板偏转的载气流。其余的悬浮颗粒击中撞击板7 并在该处沉积。

通过已知方式，撞击板7是质量敏感共振元件，例如振荡晶体，其谐 振频率或固有频率与质量相关。由此导致，悬浮颗粒沉积于质量敏感共振 元件的表面上时，质量敏感共振元件的谐振频率发生变化。

通过已知方式，利用电子扫描信号纪录质量敏感共振元件的谐振频率， 无需另外将撞击板7移离采样机1。

由此可联机测量沉积的质量。如图4和图5可清楚看出，撞击板7设 置于撞击板固定器8中。

在此，撞击板固定器8具有固定环10和端板47，该端板47抗扭地插 入不属于撞击板固定器的固定插座9中。

在所示的实施方案中，撞击板固定器8包括质量敏感共振元件7、加固 元件16、固定环10、固定板17以及端板47。

撞击板固定器8构造成可从固定插座9拆下。

撞击板固定器8通过连动件11与电动机12的从动轴相连接。

由此，撞击板固定器8可活动地设置于采样机1中并可利用电动机12 绕电动机轴回转或旋转。

分类喷嘴2通过分类喷嘴组件3可拆卸地设置于采样机1中。此外， 通过松开并移走连接元件15（在该实施方案中是连接螺套），即可移开壳盖 13，其截锥状下沉部分14构造成与底座4的杯状凹部及分类喷嘴组件的侧 壁5相一致并且可在使用位置插入其中。

为了加温分类喷嘴2，可采用加热器48，加热器48于外侧环绕分类喷 嘴组件3。

经由拆下分类喷嘴组件3，固定环10分离开，此时亦可将固定环10移 开，从而可通向撞击板7。

撞击板7通过两个接合撞击板7相反两侧的加固元件16固定于固定板 17上并电气连接于其上。固定板17是电路板并可为质量敏感共振元件7提 供电接触。固定板17在加固元件16附近具有加热器（图中未示）。它还可 具有存储模块。加热器会阻碍晶体信号受到热干扰。另外，存储模块可用 作使特定数据存储于各晶体模块或各质量敏感共振元件7中。

在完成安装的位置，分类喷嘴组件3加载撞击板固定器的固定环10。 由此，撞击板固定器8支承于分类喷嘴组件3上，通过固定环10固定固定 板17与撞击板7。

固定插座9的一部分轴向搭接于电动机12的电动机壳18，由此径向引 导撞击板固定器8的旋转或回转运动。

在分类喷嘴组件3的内侧是导向装置19（在该实施方案中是向内突出 的环形套环），该导向装置19通过在外侧径向紧贴的固定环10径向引导撞 击板固定器8。

在分类喷嘴组件3的内侧具有几乎整圆环绕的凹槽20，该凹槽20在圆 周的某一位置断开。由此构造制动件21，用于固定环10上啮合于凹槽20 中的突出部（图中未示）。

由此，这种制动件21会阻碍撞击板固定器8绕整圆旋转。确切而言， 撞击板固定器8被限定为绕其轴心相对于整圆旋转或回转运动，通过已知 的电控线路（图中未示）控制电动机12（在该实施方案中是多项电动机）， 从而通过周期性地反复颠倒旋转或回转运动的方向，使带有构成撞击板的 振荡晶体7的撞击板固定器8在旋转或回转运动的端点之间移动，

在固定环10与固定插座9之间装有电路板22，在其表面上且面向于撞 击板7及固定板17的一侧设有弹性接触销23。

有规律地排列接触销23，由此使固定板17加载均匀。

接触销23接触固定板17下侧的已知电子连接轨（图中未示），如此在 固定板17与连接电缆24之间建立电接触。

如图5和图6所示的剖视图可以看出，连接电缆24呈螺旋状缠绕。

由此，扁平带制成的连接电缆构成柔性连接电缆24，其不会妨碍撞击 板固定器8在所需的运动范围内进行旋转或回转运动。

连接电缆24于其径向外端固定于与撞击板固定器8抗扭连接的电缆上 盖25并通过固定件26电气联接至通过电缆上盖25导向的接触销23。

连接电缆24是八芯扁平带状电缆，其联接至八个接触销23。其他数量 的导线及连接销亦切实可行。

连接电缆24于其径向内端固定于电缆下盖27，该电缆下盖27与电动 机壳18抗扭连接并保持固定。

八芯连接电缆24通过固定件28与电控线路（图中未示）相连接。

电缆下盖27与电缆上盖25围绕或环绕连接电缆24构成外壳。带有电 动机壳18的电动机12与带有相关结构的撞击板固定器8设置于外罩中， 该外罩由壳盖13、壳罐30及装于二者之间的分类喷嘴组件3构成。

外罩29通过密封垫31与外界隔离。

电动机壳18借助加固元件32（在该实施方案中是螺栓）固定于壳罐 30上。

壳罐30的尺寸确定为可使电动机12及与其相连的部分可以完全装入 其中。

设置于撞击板固定器8中的加热装置（图中未示）通过链接电缆24输 送电热能，以使质量敏感共振元件7保持所需的温度。

图8表示带有圆盘状圆形振荡晶体区域的撞击板7的俯视图。

图中表示分类喷嘴2在撞击板7之前的载气流方向的可能位置。

可以看出，分类喷嘴2设置成偏离质量敏感共振元件的盘体中心，该 中心同时表示旋转或回转运动的轴心。

借助电动机12，撞击板7绕其轴心旋转，从而分类喷嘴2沿圆34的圆 弧通过撞击板7达到某一新位置35。

由此实现可持续将较重悬浮颗粒沉积于质量敏感共振元件23的另一区 域的撞击板上，分类喷嘴2不再中断或仅中断片刻。

带有未沉积于撞击板7的较轻悬浮颗粒的载气通过通孔36及电动机壳 周围的电缆37流向壳罐30上的排气支管38，由此处通过软管或类似零件 由已知的泵（图中未示）将其吸出。

图9表示自上视向带有振荡晶体区域33（该示例中为环形）的质量敏 感共振元件7的视图。

在质量敏感共振元件7上存在质量灵敏度恒定的路线34和40。通过质 量敏感共振元件7的环形形状，路线34和40形成同心圆形状。不同几何 形状的元件7构成不同的路线。

路线34和40到元件7的边缘43和/或振荡晶体区域33（或其他元件 的相应质量敏感区域）的边缘44的距离通常恒定。

如图8所示，撞击点35沿线34转移，预定质量的悬浮颗粒的沉积总 会引起质量敏感共振元件7的谐振频率的类似变化。

此时，分类喷嘴3设置成可调节，以使通过分类喷嘴引导的载气在质 量敏感共振元件3和33上的撞击点35横向于质量灵敏度恒定的路线34移 动。

在最基本的情况下，这可通过将分类喷嘴3换为另一分类喷嘴3得以 实现，该另一分类喷嘴3具有相对于通孔2横向于路线34移动位置的通孔 46。

可选地，在另一实施方案中，分类喷嘴3及元件7设置成可彼此相对 移动并且可以移动，从而撞击点35可在元件表面上从路线34横向于路线 34移开。

例如所示的撞击点35径向向外的新撞击点42。撞击点亦可进入圆34 内。

在新撞击点42处，元件7的谐振频率与悬浮颗粒41和45的相关性发 生变化。通常，撞击板固定器8中质量敏感共振元件7的夹固点（图3中 是接合于边缘43上的加固元件16）附近布置的路线40相对于另一布置的 路线34提高了沉积质量的悬浮颗粒41和45的谐振频率的可变性。

此时，质量相关的共振元件7继续向分类喷嘴3旋转或回转运动，从 而撞击点42沿圆弧或圆44（如图8所示）移动。

本发明提出一种带有撞击板7及指向该撞击板7的分类喷嘴2的采样 机1，其中撞击板7是可以电子方式读数的振荡晶体7和33，支承于撞击 板固定器8中的振荡晶体7和33在采样机1通过电动机工作期间相对于固 定的分类喷嘴2移动。