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專(zhuān)利名稱(chēng)：具有用于輸送空氣樣品的帶導(dǎo)電內(nèi)表面的管道的空氣監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及空氣取樣，尤其涉及用于測(cè)量空氣特性的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
如現(xiàn)有技術(shù)中已知，存在其中通過(guò)管道或管子輸送空氣以用于取樣 或測(cè)量目的的各種應(yīng)用。例如，空氣質(zhì)量測(cè)量系統(tǒng)可具有遠(yuǎn)程設(shè)置而不 是設(shè)在測(cè)量環(huán)境中的傳感器。另外，傳感器可用于測(cè)量若干位置。對(duì)于 這種系統(tǒng)，可使用多個(gè)管道，以將空氣樣品從多個(gè)位置帶至中央傳感器。 居中設(shè)置的空氣開(kāi)關(guān)和/或電磁閥可用在這些通路中，以順序切換通過(guò)不 同管道從這些位置輸送至傳感器的空氣，從而測(cè)量來(lái)自多個(gè)遠(yuǎn)距離位置 的空氣。這些類(lèi)似章魚(yú)或星狀結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)使用相當(dāng)數(shù)量的管道(系統(tǒng))。 另一種稱(chēng)作網(wǎng)狀空氣取樣系統(tǒng)的多位置取樣系統(tǒng)使用中心"中樞"管道， 該中心"中樞"管道帶有延伸到各個(gè)位置的支路。空氣螺線管可接近多 重取樣位置遠(yuǎn)距離地設(shè)置?？諝馊酉到y(tǒng)可包括通過(guò)管道或管子進(jìn)行的 遠(yuǎn)程和/或多重位置空氣取樣，以用于在建筑物內(nèi)的位置處的取樣、室外
空氣或環(huán)境取樣、以及在煙囪和廢氣煙道中的取樣。美國(guó)專(zhuān)利No. 6,125，710中描述了一種示范性的空氣取樣系統(tǒng)，該美國(guó)專(zhuān)利通過(guò)引用被 全部結(jié)合于此。
如現(xiàn)有技術(shù)中已知，空氣取樣系統(tǒng)可使用各種形式的管道，以將空 氣樣品或"包"傳送至適當(dāng)?shù)膫鞲衅?。一種形式的管道為特富龍(TEFLON)
管道。然而，特富龍(TEFLON)管道相對(duì)昂貴且具有一定的不合要求的顆粒輸送特性，因此其為不良導(dǎo)體，并傾向于在空氣樣品通過(guò)這種材料 的管道時(shí)產(chǎn)生電荷，由此促使顆粒物質(zhì)從流體流中靜電沉積下來(lái)。低密
度或高密度聚乙烯(LDPE或HDPE)管道的應(yīng)用取得了有限的成功，其 與特富龍(TEFLON)管道相比較為便宜。盡管對(duì)于室內(nèi)空氣質(zhì)量C02檢 測(cè)而言有益，但LDPE或HDPE管道吸附并解吸附易揮發(fā)的有機(jī)化合物 (VOCs)，從而導(dǎo)致不正確的檢測(cè)結(jié)果。這種形式的管道在顆粒檢測(cè)應(yīng) 用方面也較差，這是由于顆粒為電的不良導(dǎo)體，并能夠保持電荷，從而 由于靜電沉積的結(jié)果，導(dǎo)致相對(duì)較差的輸送性能。
一些形式的塑料管道可用于輸送顆粒。例如，已知的由新澤西州的斯 特靈熱塑性加工公司(Thermoplastic Processed, Inc. of Stirling, NJ)制造 的"Bev-A-LineXX"管道的一種塑料管道可用于進(jìn)行空氣取樣，其具有 優(yōu)于聚乙烯管道所能達(dá)到的顆粒輸送效率。然而，"Bev-A-LineXX"管 道特別昂貴并吸收VOCs。類(lèi)似地，硅樹(shù)脂管道有時(shí)也被浸滲大量炭黑(粉 末形式的高度分散的元素碳)，從而產(chǎn)生用于輸送顆粒的導(dǎo)電硅樹(shù)脂管 道。例如，TSI，Inc.制造了各種尺寸的導(dǎo)電硅樹(shù)脂管道，例如零件號(hào)碼為 3001789，其內(nèi)徑為0.31英寸，外徑為0.375英寸。這種管道通常用在懸浮 質(zhì)研究中，以將懸浮顆粒輸送至便攜式儀器。然而，導(dǎo)電硅樹(shù)脂管道也 吸收VOCs和并解吸附VOCs。而且，硅樹(shù)脂特別侵蝕并危及金屬氧化物 半導(dǎo)體TVOC (總揮發(fā)性有機(jī)化合物)傳感器的操作安全，這種傳感器通 常用于測(cè)量空氣樣品中的VOC沐平。
盡管特定的金屬管道可具有用于輸送空氣樣品所需的特性，已知的 金屬管道可能具有特定的缺陷。例如，因?yàn)樯婕鞍惭b過(guò)程的勞動(dòng)， 一些 金屬管道是剛性的致使其安裝起來(lái)相當(dāng)昂貴。盡管其它金屬管道可能是 可變形的，以便于進(jìn)行安裝，但是金屬特性不能很好地適用于空氣取樣 應(yīng)用。由圣戈班高性能塑料公司(Saint-Gobain Performance Plastics)的分部、俄亥俄州曼圖亞的迅斐利公司(Synflex of Mantua OH)制造的一 種已知管道包括帶有鋁內(nèi)襯的聚乙烯管(類(lèi)型1300迅斐利(Synflex),以 前稱(chēng)作德卡博恩(Dekabon))，以提供具有更高抗爆和壓力等級(jí)的更堅(jiān) 固塑料管，以用于壓力氣動(dòng)應(yīng)用。內(nèi)部鋁內(nèi)襯還涂覆有粘合劑，以有助 于將鋁內(nèi)管與外部塑料護(hù)套粘附到一起。還在管道的內(nèi)部具有塑料涂層， 以用于提供增強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性。然而，這種管道結(jié)構(gòu)不利于用作空氣取 樣介質(zhì)。內(nèi)部涂層侵蝕并俘獲顆粒，并且吸收VOCs。另外，即使未使用 涂層，鋁可與許多室內(nèi)污染物反應(yīng)。由于其反應(yīng)特性，鋁管道作為空氣 取樣管道將不能給出精確和可靠的性能。而且，鋁表面在其暴露于環(huán)境 空氣條件下時(shí)具有隨時(shí)間流逝而氧化的親和性。表面氧化物增大了管道 內(nèi)部的粗糙度，并可導(dǎo)致顆粒物質(zhì)以氧化鋁形式釋放，這可對(duì)經(jīng)由管道 輸送的顆粒物樣品的給定濃度產(chǎn)生不可忽略的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種特別適用于在空氣監(jiān)控系統(tǒng)中輸送空氣樣品的管道 結(jié)構(gòu)。在示范性的實(shí)施例中，管道包括金屬層，其可由不銹鋼形成，以 便以最小程度的吸收和抽氣高效地輸送顆粒物。管道可包括護(hù)套，以使 整個(gè)管道結(jié)構(gòu)可以彎曲、切割，并以類(lèi)似于傳統(tǒng)管道的方式進(jìn)行連接。
在本發(fā)明的一個(gè)方面， 一種輸送空氣樣品的方法可以包括下述特征 中的一個(gè)或多個(gè)從第一位置獲取空氣樣品，在包括具有碳納米管或碳 納米纖維的導(dǎo)電層的管道中將空氣樣品輸送到第二位置，以及利用傳感 器測(cè)量空氣樣品的至少一個(gè)特性。該方法還包括以下一個(gè)或多個(gè)特征， 包括構(gòu)成管道的壁的整個(gè)厚度的內(nèi)層；其中，內(nèi)層包括充填有按重量 計(jì)在百分之一和百分之六之間的碳納米管的基質(zhì)材料(host material); 基質(zhì)材料包括諸如PTFE、 FEP、 PFA、 PEEK、 EFTE、 CTFE、 ECTFE、MFA、 THV和PEI的一種或多種含氟聚合物樹(shù)脂塑料；其中管道包括不含 大量(或?qū)嵸|(zhì)量)碳單壁納米管的外層；以及傳感器組測(cè)量關(guān)于空氣樣 品中的顆粒量的一些信息水平，并進(jìn)行VOCs、露點(diǎn)或二氧化碳水平(濃 度)中的任何一個(gè)的測(cè)量。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面，空氣取樣系統(tǒng)包括傳感器組、用于切換空 氣樣品的進(jìn)氣閥以及與進(jìn)氣閥和一系列終端點(diǎn)(termination point)相連 的管道，空氣樣品從該一系列終端點(diǎn)處獲取并經(jīng)由管道被輸送至傳感器 組，其中，至少一部分管道包括具有碳納米管的導(dǎo)電層。該系統(tǒng)還可包 括以下特征中的一個(gè)或多個(gè)管道沒(méi)有外層，只有構(gòu)成管道的壁的整個(gè) 厚度的內(nèi)層；內(nèi)層包括充填有按重量計(jì)在大約百分之一和百分之六之間 的碳納米管的基質(zhì)材料；基質(zhì)材料包括諸如PTFE、 FEP、 PFA、 PEEK、 EFTE、 CTFE、 ECTFE、 MFA、 THV和PEI的一種或多種含氟聚合物樹(shù)脂 塑料；管道包括不含大量碳單壁納米管的外層；內(nèi)層的厚度在大約0.005 英寸到大約0.03英寸的范圍內(nèi)；傳感器組測(cè)量關(guān)于空氣樣品中的顆粒量的 一些信息并進(jìn)行VOCs、露點(diǎn)溫度(或其它濕度特性)或二氧化碳水平中 的任何一個(gè)的測(cè)量。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面中， 一種空氣取樣系統(tǒng)包括用于測(cè)量?jī)蓚€(gè)或 更多個(gè)空氣參數(shù)的傳感器組；其中所述參數(shù)之一可以是顆粒，空氣樣品 的其它參數(shù)例如可以是VOCs、濕度、二氧化碳、臭氧、 一氧化碳、空氣 PH值、氨、制冷劑、甲醛、 一氧化二氮(N20) 、 NO、 N02、 SO、 S02、 霉菌孢子或者其它空氣參數(shù)。該系統(tǒng)還包括用于切換空氣樣品的進(jìn)氣閥 以及與進(jìn)氣閥和一系列終端點(diǎn)相連的管道，其中空氣樣品從該一系列終 端點(diǎn)處獲取并經(jīng)由管道被輸送到傳感器組，其中，至少一部分管道包括 導(dǎo)電層，該導(dǎo)電層含有碳基材料，例如碳單壁納米管、碳多壁納米管、 碳納米纖維、碳纖維、石墨或者炭黑。該系統(tǒng)還可包括以下特征中的一個(gè)或多個(gè)管道沒(méi)有外層，只有構(gòu)成管道的壁的整個(gè)厚度的內(nèi)層；內(nèi)層 包括充填有碳基材料的基質(zhì)材料；管道包括不含大量碳基材料的絕緣外 層；基質(zhì)材料包括諸如PTFE、 FEP、 PFA、 PEEK、 EFTE、 CTFE、 ECTFE、 MFA、 THV和PEI的一種或多種含氟聚合物樹(shù)脂塑料。
在本發(fā)明的又一個(gè)方面， 一種輸送空氣樣品的方法包括從第一位置 獲取空氣樣品、在包括粘附到基底上的導(dǎo)電金屬內(nèi)襯的管道中將空氣樣 品輸送到第二位置、以及利用傳感器測(cè)量空氣樣品的至少一個(gè)特性。該 方法還可包括以下特征中的一個(gè)或多個(gè)通過(guò)不銹鋼對(duì)金屬內(nèi)襯進(jìn)行金 屬化處理(敷金屬)；管道包括外部襯套；金屬內(nèi)襯包括不銹鋼箔；金 屬內(nèi)襯包括鋁箔；鋁箔包括無(wú)水氧化鋁表面；金屬內(nèi)襯包括金屬化層； 金屬內(nèi)襯包括鍍鎳的銅箔；金屬內(nèi)襯包括直接沉積到基底上的箔層；以 及基底由聚酰胺薄膜(MKapton )制成。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面， 一種空氣取樣系統(tǒng)包括傳感器組、用于切 換空氣樣品的進(jìn)氣閥以及與進(jìn)氣閥和多個(gè)終端點(diǎn)相連的管道，其中空氣 樣品從該多個(gè)終端點(diǎn)處獲取，并經(jīng)由管道被輸送到傳感器組，其中，所 述管道包括粘附到基底上的導(dǎo)電金屬內(nèi)襯。該系統(tǒng)可以包括上述特征中 的一個(gè)或多個(gè)。


從下面結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述中可以更全面地理解本發(fā)明，其中:
圖l是根據(jù)本發(fā)明具有管道的空氣取樣系統(tǒng)的方框圖1A是進(jìn)一步示出圖1所示系統(tǒng)的細(xì)節(jié)的方框圖2是根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合管道的示意圖2A是具有彎曲撓性的復(fù)合管道的示意圖3A是根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合管道的又一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖3B是可用于對(duì)圖3A所示的管道加襯的復(fù)合內(nèi)襯的一個(gè)實(shí)施例的 橫截面視圖4是根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合管道的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖5A是根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合管道的另一個(gè)實(shí)施例的寬度橫截面視圖5B是圖5A所示管道的長(zhǎng)度橫截面視圖6A是根據(jù)本發(fā)明包括復(fù)合管道的結(jié)構(gòu)化電纜組件的橫截面視圖； 圖6B是圖6A所示的結(jié)構(gòu)化電纜組件的等角投影圖7是根據(jù)本發(fā)明具有復(fù)合管道的空氣取樣系統(tǒng)的方框圖8是示出可應(yīng)用于圖7所示系統(tǒng)中以優(yōu)化其性能的子系統(tǒng)的一個(gè)實(shí) 施例的示意圖9是包括電阻線的結(jié)構(gòu)化電纜組件的橫截面視圖IOA是空氣監(jiān)控系統(tǒng)中的管道的示意圖IOB是與一節(jié)點(diǎn)控制器中的閥相連的管道的示意圖10C是與一節(jié)點(diǎn)控制器中的包括短路帶的閥相連的管道的示意圖11是可用于空氣監(jiān)控系統(tǒng)中的管道的橫截面視圖12是示出與管道一起應(yīng)用于空氣流中的電離源的示意圖；以及
圖13是多點(diǎn)空氣取樣系統(tǒng)的示意圖14A是根據(jù)本發(fā)明具有導(dǎo)電內(nèi)襯的管道的放大縱向剖面圖14B是圖14A所示的管道的放大局部縱切視圖15是根據(jù)本發(fā)明具有碳基材料的管道實(shí)施例的橫截面視圖16是具有護(hù)套的復(fù)合管道實(shí)施例的橫截面視圖。
具體實(shí)施例方式
圖i示出了根據(jù)本發(fā)明的一示范性空氣監(jiān)控系統(tǒng)ioo，其具有管道， 以提供空氣樣品的優(yōu)化輸送。總體而言，系統(tǒng)ioo將空氣樣品或'氣囊'從第一位置、例如房間輸送至第二位置，在該第二位置處設(shè)置有一個(gè)或
多個(gè)傳感器。傳感器測(cè)量空氣的各種特性，例如CO、 C02、 TV0Cs、露 點(diǎn)溫度和域濕度、臭氧、空氣PH值，以及一種或多種其它氣體或水蒸氣 如一氧化二氮、S02、 SO、 N02、 NO、氨、甲烷、硫化氫、制冷劑和甲 醛。另外，不透光度傳感器(light obscuration sensors)可用于測(cè)量給定 尺寸范圍內(nèi)的顆粒物的量，或者顆粒計(jì)數(shù)傳感器可用于提供諸如從大約 0.3uM (微米)至大約2.5uM的范圍內(nèi)的小顆粒的單位樣品體積的計(jì)數(shù)、 從大約2.5uM至大約10uM的范圍內(nèi)的大顆粒的單位樣品體積的計(jì)數(shù)、其 它所需尺寸范圍內(nèi)的顆粒的單位樣品體積的計(jì)數(shù)、以及從大約0.02uM至 luM的范圍內(nèi)的極小顆粒的單位樣品體積的計(jì)數(shù)。本發(fā)明的管道包括金 屬內(nèi)層和可選的護(hù)套層?？捎刹讳P鋼形成的金屬內(nèi)層通過(guò)相對(duì)低的吸附 和抽氣提供空氣樣品中的顆粒物的高效輸送，以進(jìn)行精確的空氣質(zhì)量監(jiān) 控或監(jiān)測(cè)。
在詳細(xì)描述本發(fā)明的復(fù)合管道之前，簡(jiǎn)要地討論如美國(guó)專(zhuān)利No. 6，125，710中所述的示范性空氣取樣系統(tǒng)，在該空氣取樣系統(tǒng)中，可以使 用所述管道。圖1所示的系統(tǒng)100包括中央檢測(cè)和控制系統(tǒng)101，其通過(guò)復(fù) 合管道105的網(wǎng)絡(luò)與多個(gè)進(jìn)氣閥103a-103d相連。管道105的網(wǎng)絡(luò)具有中樞 段105e和支路105a-105d,支路105a-105d對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的進(jìn)氣閥103a-103d 并與之相連。中央檢測(cè)和控制系統(tǒng)101包括與管道中樞段105e的一端相連 的傳感器組107、與傳感器組107相連以將空氣抽吸通過(guò)系統(tǒng)的空氣泵 109、以及用于控制傳感器組107、進(jìn)氣閥103a-103e和空氣泵109的操作并 與傳感器組107和外圍設(shè)備通信的控制和通信單元111?？刂坪屯ㄐ艈卧?lll可通過(guò)光纖、電子或氣動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)113控制各種元件，其包括用于輸 入/輸出功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備適配器115 (圖1A)和用于控制該控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的 通信的多個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)路由器117?？商鎿Q地，圖1A所示的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備適配器115和控制網(wǎng)絡(luò)路由器117可 以省略，控制和通信單元111或者直接與設(shè)備適配器115通信，或者直接 與受控元件如閥103通信。數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)可用作控制網(wǎng)絡(luò)113的一部分。在空氣泵109將空氣抽吸通過(guò)系統(tǒng)的同時(shí)，控制和通信單元lll順序 地操作進(jìn)氣閥103a-103d，因此，在其它閥(如閥103b-103d)關(guān)閉時(shí)，各 閥(如閥103a)開(kāi)啟，因此從開(kāi)啟閥(如閥103a)所處的樣品位置處將 空氣樣品抽吸到系統(tǒng)中。在圖l所示的結(jié)構(gòu)中，通過(guò)單個(gè)中樞段105e由多 個(gè)閥(如閥103a-103d)將空氣樣品抽吸到中央檢測(cè)和控制系統(tǒng)101中。傳 感器組107由此只有一個(gè)入口，管道的中樞段105e與該入口相連。傳感器組107測(cè)量流過(guò)傳感器組的空氣樣品的各種參數(shù)。根據(jù)流量需 求、壓力需求和傳感器對(duì)樣品化學(xué)特性或其它性能的影響，傳感器組107 中的各傳感器可布置成串聯(lián)或并聯(lián)地從入口接收空氣。在串聯(lián)連接中， 空氣樣品順序經(jīng)過(guò)各串聯(lián)連接的傳感器，而在并聯(lián)連接中，空氣樣品同 時(shí)經(jīng)過(guò)各并聯(lián)連接的傳感器?？刂坪屯ㄐ艈卧?11讀取傳感器組107的測(cè) 量結(jié)果，并將讀數(shù)傳遞給外圍設(shè)備(未示出)，例如建筑物空氣流控制 器、煙櫥控制器等?？刂坪屯ㄐ艈卧猯ll或外圍設(shè)備可使用以各種方式收 集的數(shù)據(jù)，包括但不限于被動(dòng)數(shù)據(jù)收集、在規(guī)定條件下激活警報(bào)機(jī)構(gòu)、 在規(guī)定條件下激活安全機(jī)構(gòu)、以及通過(guò)對(duì)氣流控制設(shè)備發(fā)出指令來(lái)改變 局部或全部氣流參數(shù)。根據(jù)第一種技術(shù)，各進(jìn)氣閥103a-103d以103d—103c—103b—103a的 順序開(kāi)啟，從而將四個(gè)相應(yīng)的樣品D、 C、 B和A抽吸到傳感器單元107中。 開(kāi)啟各閥的時(shí)間和持續(xù)時(shí)間可選擇為足夠長(zhǎng)，以通過(guò)進(jìn)氣閥103a-103d獲 取比樣品之間的界面體積大的穩(wěn)定樣品，因此確保優(yōu)良的樣品到達(dá)傳感 器單元107，而不論是否存在下一順序開(kāi)啟的上游進(jìn)氣闊103a-103d。樣品 A從進(jìn)氣閥103a行進(jìn)到傳感器單元107的時(shí)間TA被假定為例如可通過(guò)之前的測(cè)量獲知。在從進(jìn)氣閥103a的開(kāi)啟開(kāi)始經(jīng)過(guò)時(shí)間TA時(shí)，加上使傳感 器單元107中的一部分樣品A移動(dòng)超過(guò)樣品A和相鄰的前一樣品之間的任 何界面體積所需的附加時(shí)間，然后傳感器單元107執(zhí)行其測(cè)量。根據(jù)第二種技術(shù)，各進(jìn)氣閥103a-103d以103a—103b—103c—103d的 順序開(kāi)啟，從而將四個(gè)相應(yīng)的樣品A、 B、 C和D抽吸到傳感器單元107中。 而且，如上所述，將各閥保持開(kāi)啟一段時(shí)間，該時(shí)間足以使穩(wěn)定樣品被 抽吸通過(guò)將順序開(kāi)啟的下一下游進(jìn)氣閥，或者對(duì)于閥103d而言，該時(shí)間 足以使穩(wěn)定樣品輸送到傳感器單元107，之后閥103d將關(guān)閉且閥103a將開(kāi) 啟，以再次開(kāi)始該順序過(guò)程。該時(shí)間再次被選定，以通過(guò)進(jìn)氣閥103a-103d 獲取比樣品之間的界面體積大的穩(wěn)定樣品，因此確保優(yōu)良的樣品到達(dá)傳 感器單元107，而不論是否存在下一順序開(kāi)啟的下游進(jìn)氣閥103a-103d。如 上所述，在各閥103a-103d開(kāi)啟且界面體積傳送時(shí)間經(jīng)過(guò)傳感器單元107 之后，可在由已知運(yùn)行時(shí)間TA-TD限定的時(shí)刻處進(jìn)行定時(shí)測(cè)量。代替定時(shí)，第三種技術(shù)依賴(lài)于對(duì)樣品A-D的測(cè)量，該樣品A-D足夠大， 以在從幾毫秒至幾秒的實(shí)質(zhì)時(shí)間段內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定的測(cè)量。連續(xù)地操作并監(jiān) 控傳感器單元107，以確定流經(jīng)包含在其內(nèi)的傳感器的氣流的動(dòng)態(tài)特性。 在測(cè)量變化的時(shí)間期間，樣品間的界面經(jīng)過(guò)傳感器單元107。在測(cè)量基本 穩(wěn)定的時(shí)間中，有用的穩(wěn)定樣品部分經(jīng)過(guò)傳感器單元107。傳感器單元107 可與控制系統(tǒng)lll相連，該控制系統(tǒng)lll使用過(guò)去的測(cè)量數(shù)據(jù)，以估計(jì)每 個(gè)將來(lái)的樣品何時(shí)有效。圖1A示出了空氣監(jiān)控系統(tǒng)、如圖1所示的系統(tǒng)100的其它方面。如上 所述，系統(tǒng)100包括中央檢測(cè)和控制單元101，如現(xiàn)在所述，該中央檢測(cè) 和控制單元101通過(guò)管道網(wǎng)絡(luò)105與多個(gè)進(jìn)氣閥103相連。由中樞段 105f-105k限定的若干個(gè)子網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)通過(guò)路由器201與包括管道網(wǎng)絡(luò)105的段105e-105n的主中樞相連。路由器201為氣流開(kāi)關(guān)，其例如通過(guò) 中央檢測(cè)和控制單元101的控制和通信單元111電子或氣動(dòng)控制。系統(tǒng)100可包括分布源取/檢測(cè)包203，其與管道105的至少一些支路 (例如105a-105c)相連。分布源取/檢測(cè)包203可包括一個(gè)或多個(gè)傳感器 以及空氣泵，該空氣泵被連接，以通過(guò)傳感器從管道105的支路抽吸空氣。系統(tǒng)100提供了顯著的柔性(靈活性)和超靜定性。通過(guò)選擇性地設(shè) 定由各路由器201形成的連接并通過(guò)選擇性地開(kāi)啟其中一個(gè)進(jìn)氣閥103， 空氣樣品可從任何進(jìn)氣閥103位置輸送至任何傳感器101或203。本發(fā)明提供了一種具有內(nèi)部金屬層、例如不銹鋼層和外部護(hù)套的管 道結(jié)構(gòu)，該護(hù)套至少部分地由非金屬材料如PVC構(gòu)成，以優(yōu)化空氣輸送， 該空氣輸送在諸如上述系統(tǒng)的空氣取樣系統(tǒng)以及其它應(yīng)用中是有用的。 非金屬材料可包括合成或非合成材料。本發(fā)明的管道也非常適用于空氣 取樣系統(tǒng)，其使空氣通過(guò)管子，以測(cè)量遙遠(yuǎn)位置的空氣的參數(shù)。通常， 管道包括內(nèi)部不銹鋼內(nèi)襯和可選的外部塑料護(hù)套。在一個(gè)實(shí)施例中，管道具有可與傳統(tǒng)塑料管道類(lèi)似的一定的機(jī)械性 能。例如，由于管道可以被拉伸、彎曲、切割、連接和以其它方式操作， 本發(fā)明的管道可相對(duì)容易地貫穿整個(gè)結(jié)構(gòu)安裝。本發(fā)明的管道的安裝成 本低于剛性不銹鋼管段和盤(pán)繞不銹鋼管道的安裝成本。另外，由于相對(duì) 于堅(jiān)固的304不銹鋼管道而言管道的質(zhì)量相對(duì)較低并具有較大的撓性，在 安裝過(guò)程中可使用較輕的加工接頭將各段拼接到一起。因此，可以使用 較低成本的快速連接接頭，如John Guest Super Speedfit 。這相對(duì)于使用通常需要用于連接堅(jiān)固的不銹鋼管以提供可靠連接的相對(duì)昂貴的 Swageld^型接頭、現(xiàn)場(chǎng)使用的螺紋聯(lián)接器和焊接而言是所期望的。圖2示出了包括金屬內(nèi)襯202的示范性復(fù)合管道結(jié)構(gòu)200，該金屬內(nèi)襯 202由擠出到內(nèi)襯上的適當(dāng)材料的護(hù)套204覆蓋。在一個(gè)示范性的實(shí)施例中，內(nèi)襯202由被折疊成管形不銹鋼帶構(gòu)成，護(hù)套由聚乙烯制成。為了提 高不銹鋼與塑料護(hù)套的粘附性，可選的粘合材料、諸如乙烯共聚物或者 類(lèi)似的優(yōu)選熱固性材料可用于金屬內(nèi)襯202的外表面上，以使得在內(nèi)襯的 內(nèi)表面上沒(méi)有粘合材料。在一個(gè)特定實(shí)施例中，內(nèi)部?jī)?nèi)襯202由304不銹鋼形成，以提供用于 輸送大多數(shù)氣體組分(包括VOCs)和對(duì)于室內(nèi)空氣質(zhì)量具有重要影響的 顆粒物的最佳特性以及其它監(jiān)控目。例如，本發(fā)明的管道適用于輸送通 常包含在建筑物環(huán)境內(nèi)的各種氣體樣品，其濃度低至十億分之幾(PPB)。 這對(duì)于監(jiān)控具有低容許曝光極限(PELs)的物質(zhì)是特別有用的，該物質(zhì) 例如為苯、砷化三氫、二氧化氯以及例如在OSHA規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)29CFR下列出 的許多其它物質(zhì)，其以引用方式被全部結(jié)合于此。諸如以引用方式被結(jié) 合于此的美國(guó)專(zhuān)利No. 6，609，967中所述的測(cè)量空氣污染物的其它細(xì)節(jié)描述了使用多點(diǎn)取樣系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控和確認(rèn)從建筑物內(nèi)的多處位置再流通的 空氣。本發(fā)明的管道特別適用于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，例如可能存在任何各種潛 在污染物的潮濕的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室。如在現(xiàn)有技術(shù)中已知，304不銹鋼指特殊的鉻鎳奧氏體合金，其為不 銹鋼族中最熟悉和頻繁使用的合金中的一種。金屬內(nèi)襯202是導(dǎo)電的，以 防止靜電荷在內(nèi)表面上聚集，這有助于促進(jìn)顆粒物通過(guò)管子的高效輸送， 以利于空氣質(zhì)量監(jiān)控目的。金屬內(nèi)襯202也提供了具有相對(duì)低的吸附和抽 氣特性的內(nèi)部表面?？梢岳斫猓P(guān)于用于特定應(yīng)用的通過(guò)管子取樣的材料，可基于其特 性選擇用于內(nèi)襯202的金屬材料。示范性的內(nèi)襯材料包括各種不銹鋼以及 沉淀硬化鋼，其中，所述各種不銹鋼包括各種奧氏體、馬氏體和鐵素體 級(jí)不銹鋼。在一個(gè)特定實(shí)施例中，使用304不銹鋼，因?yàn)槠湓谳^寬的溫度 范圍內(nèi)具有良好的耐腐蝕性和耐熱性以及優(yōu)異的機(jī)械性能。另外，其它適宜的金屬(取決于用于形成內(nèi)襯的工藝)包括但不限于銅(青銅)、 金、鎳、鎳合金、鈦合金以及導(dǎo)電轉(zhuǎn)換涂覆金屬，如帶有鉻酸鹽涂層的 鋁。在一個(gè)示范性的實(shí)施例中，護(hù)套204由聚乙烯形成，因?yàn)槠淠軌驗(yàn)榻?屬內(nèi)襯提供極佳的耐壓性。然而，其它適宜的材料包括但不限于PVC(特 別是適用于高壓環(huán)境下的PVC，這是該環(huán)境下的一種要求)、Telfon 、 Mylar⑧和各種氟塑料(FEP、 PFA、 CTFE、 ECTFE、 ETFE)。更一般地 說(shuō)，基于可加工性、重量、耐磨性、剛度(硬度)和所要求的耐煙火等 級(jí)，護(hù)套材料可使用廣泛的各種塑料?？墒褂眠m當(dāng)材料以各種方式制造具有金屬內(nèi)襯202和塑料護(hù)套204的 復(fù)合管道。在圖2所示的示范性管道200的實(shí)施例中，在不需要任何焊接 的情況下，通過(guò)將不銹鋼帶的邊緣在第一區(qū)域208中交迭，從而形成管子。 可由聚乙烯形成的外部護(hù)套204然后被擠壓到不銹鋼管子上?？商鎿Q地，通過(guò)將不銹鋼帶或條帶被形成為其邊緣抵靠在一起而不 交迭的管子。不銹鋼帶的接縫被連續(xù)地焊接，并且將聚乙烯外部護(hù)套被 擠壓到其上。在一個(gè)特定實(shí)施例中，內(nèi)襯202由0.002英寸厚、1.0英寸寬的304不銹 鋼帶制成。根據(jù)在不銹鋼內(nèi)襯上形成外護(hù)套所涉及的擠壓工藝參數(shù)，不 銹鋼的厚度可以在從大約0.0005英寸到大約0.004英寸的任何實(shí)際厚度范 圍內(nèi)，但不限于此。在示范性的實(shí)施例中，管子200的外徑為大約3/8英寸， 內(nèi)徑為l/4英寸到5/16英寸?？梢岳斫?，內(nèi)襯和護(hù)套材料的各種組合可被使用，以滿足特定應(yīng)用 的需要。例如，不銹鋼可能不能理想地用于對(duì)鹵代烴(如二氯化乙烯、 氯乙烯和二溴化乙烯)和其它鹵代VOCs取樣。這些化合物在殺蟲(chóng)劑(如 氯丹和七氯)、清潔流體(如四氯化碳)、去污劑和油漆溶劑中很常用。在美國(guó)，由于這些化合物的毒性，已經(jīng)禁止或不提倡使用這些化合物， 因此不像從前那樣經(jīng)常在室內(nèi)空氣中發(fā)現(xiàn)它們。然而，這些化合物仍舊 存在，因?yàn)榕f的存貨仍舊可購(gòu)得，且可能在國(guó)外仍舊使用它們。在特別要求測(cè)量這種VOCs的情況下，金屬內(nèi)襯202例如可由金制成，因?yàn)榻饘?duì) 于這些氣體組分具有相對(duì)的化學(xué)惰性。可以理解，內(nèi)襯可以包括位于另 一種材料上的金涂層。本發(fā)明的管道提供了用于最佳空氣輸送特性以及撓性以便于在建筑 物內(nèi)進(jìn)行安裝的金屬內(nèi)層。由于其撓性，與現(xiàn)有技術(shù)的管道、如剛性不 銹鋼管相比，本發(fā)明的管道的安裝成本可大大降低。影響管道結(jié)構(gòu)的撓 性的一種因素是用于制造管道的材料的彎曲模量。眾所周知，對(duì)于給定 的幾何形狀而言，在用彎曲模量低的材料制造時(shí)，結(jié)構(gòu)、如管子變得更 柔韌。如這里所使用，撓性或撓度指管子在受到彎曲力時(shí)將彎曲的量。圖2A示出了本發(fā)明的管道在懸置于以距離L隔開(kāi)的兩點(diǎn)之間且力F 施加在具有外徑D和內(nèi)徑d的管道上時(shí)其將如何彎曲。對(duì)于給定的幾何形 狀(L、 D、 d的固定值)和預(yù)定力F的施加而言，彎曲量Z (管道的撓性) 隨著管道材料的彎曲模量減小而增大。例如，因?yàn)?04不銹鋼的彎曲模量 相對(duì)較高(與可能用于管道護(hù)套中的相對(duì)剛硬的PVC材料的大約0.5X 106 PSI相比，大約為28X1(^PSI)，預(yù)定量的力F作用于不銹鋼管道上所產(chǎn) 生的彎曲將顯著地小于作用于由塑料制成的相同管道結(jié)構(gòu)上時(shí)所產(chǎn)生的 彎曲。由于彎曲模量的不同，根據(jù)金屬(化)內(nèi)襯的厚度，本發(fā)明的包 括非金屬外部護(hù)套的管道的柔韌性將為304不銹鋼的50至100倍(或更多 倍)。也就是說(shuō)，復(fù)合管道(內(nèi)部金屬層和外部護(hù)套)的有效彎曲模量 大約比304不銹鋼管道低50至100倍?？梢岳斫?，與304不銹鋼管道相比，這種較低的彎曲模量可應(yīng)用于這里示出并描述的各種示范性的本發(fā)明的 管道的實(shí)施例中。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合管道300的一個(gè)示范性實(shí)施例，該復(fù)合 管道300具有應(yīng)用于管道材料基底304的內(nèi)表面上的金屬材料302。形成管 道300的內(nèi)襯的金屬材料302可以為金屬涂料、沉積金屬(利用任何一種 已知金屬沉積技術(shù))、或者塞入基底304中的金屬嵌件或者金屬管。在一個(gè)實(shí)施例中，可以通過(guò)沿著一個(gè)半徑切開(kāi)預(yù)制長(zhǎng)度的管道(例 如聚乙烯)、打開(kāi)管子以露出內(nèi)表面并通過(guò)真空蒸發(fā)沉積技術(shù)涂覆薄的 金屬薄膜(如不銹鋼)，從而在基底304的內(nèi)表面上涂布涂層302。然后， 通過(guò)超聲焊接重新將管道300密封，從而例如提供帶有薄膜不銹鋼內(nèi)襯 (襯里)的聚乙烯或PVC管子。這種管道制造工藝生產(chǎn)出比圖2所示的內(nèi)襯表面更均勻的內(nèi)表面涂 層302，并消除了可能影響顆粒輸送效率的接縫。在另一個(gè)實(shí)施例中，代替作為預(yù)制長(zhǎng)度的管子的基底304，基底304 可以為擠出的護(hù)套材料帶，其被金屬化處理，以形成涂層302。被金屬化 處理的基底然后被滾壓，以形成管子300，并且利用超聲焊接技術(shù)密封其 接縫。在另一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)在擠出聚乙烯或PVC管道時(shí)涂覆金屬薄膜， 從而制造出復(fù)合管道。相對(duì)小的金屬汽化探針置于擠壓模附近，在工作 區(qū)域內(nèi)保持真空的同時(shí)，隨著管道通過(guò)成型導(dǎo)向件，其將汽化金屬如不 銹鋼施加到管道的內(nèi)表面上。在圖3A所示的另一個(gè)實(shí)施例中，管道300包括內(nèi)襯302，該內(nèi)襯302 由涂覆有金屬的例如Mylar②、Telfon氣Kapto浐或者其它適當(dāng)?shù)谋∧さ牟?料形成，并通過(guò)置于該內(nèi)襯302和外部護(hù)套304之間的共聚物粘合劑粘附 到外部護(hù)套304上。圖3B示出了圖3A的復(fù)合內(nèi)襯302的放大未折疊橫截面視圖，其包括 基底306，并利用汽相沉積、濺射或者本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的其它類(lèi)似金屬沉積技術(shù)將由不銹鋼組成的金屬層305沉積到該基底306上?？商鎿Q 地，金屬層可由其它材料如金、銅(黃銅)或者產(chǎn)生相對(duì)優(yōu)良的化學(xué)惰 性以及低的吸收和吸附特性的其它適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料制成。內(nèi)襯302也可包 括共聚物粘合劑(如熱固性粘合劑)307，其用于在擠壓過(guò)程期間將內(nèi)襯 粘附到外部護(hù)套304 (圖3A)上。使用圖3B所示的內(nèi)襯302的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，管子可通過(guò)使用相對(duì)簡(jiǎn)單 的制造工藝加襯，該工藝類(lèi)似于制造圖2所示的組件的工藝，其中，金屬 內(nèi)襯成形到成型模具上的管子中，且適當(dāng)?shù)乃芰喜牧先缇垡蚁┗騊VC擠 出到其上。在本發(fā)明所述的復(fù)合管道用在要求苛刻的耐煙氣等級(jí)的環(huán)境、 例如國(guó)家電氣規(guī)程所述的高壓和通風(fēng)環(huán)境的情況下，由于多種聚乙烯材 料在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的煙氣，希望在外部護(hù)套(204 & 304)中使用聚 乙烯。作為替換，可為達(dá)到此目的使用任何數(shù)量的阻燃劑PVC材料之一， 并且這樣可在最嚴(yán)格的測(cè)試條件、如NFPA 262或UL910下驗(yàn)證該組件， 其中該測(cè)試用于確認(rèn)電纜可用于高壓環(huán)境下。使用PVCs也導(dǎo)致管道結(jié)構(gòu) 或裝置的剛度更小或者更柔韌，這是一種期望的特性，因?yàn)檫@使得這種 管道更易于安裝在建筑物環(huán)境中，特別是在將其并入以形成如圖6所示的 結(jié)構(gòu)化電纜時(shí)。使用比聚乙烯更軟、更柔韌的材料如PVC的一個(gè)考慮在于，其提供 了較低的保持能力，因而當(dāng)組件受到擠壓或過(guò)度彎曲時(shí)防止內(nèi)部?jī)?nèi)襯202 (圖2)或者302 (圖3A、 3B)永久變形。在內(nèi)部?jī)?nèi)襯受到這些條件時(shí)造 成永久變形的一個(gè)因素是內(nèi)襯的金屬層的厚度。因此，在構(gòu)造PVC的外 部護(hù)套時(shí)，希望使金屬層盡可能薄，并且通過(guò)使用汽相沉積或類(lèi)似技術(shù), 這種金屬處理層可被制得非常薄，這使得圖3B所示的復(fù)合內(nèi)襯302具有高 度的適用性。例如，汽相沉積技術(shù)所得到的一般最大沉積厚度為2000A， 其比可得到的不銹鋼箔片、諸如可用于內(nèi)襯202的不銹鋼箔片薄大約250倍。結(jié)果，使用圖3B所示的復(fù)合內(nèi)襯的復(fù)合管道具有很高的柔性和耐壓 性。此外，采用更多的不同技術(shù)可以獲得5000A或更大的沉積厚度。可能 希望獲得具有這種厚度量級(jí)的表面涂層，以促進(jìn)更好的導(dǎo)電性和耐磨性。 相反，根據(jù)所使用的濺射工藝，200A或更低的沉積厚度可能足以提供抵 抗吸附和吸收空氣樣品內(nèi)的組分的足夠性能，同時(shí)還提供可接受的導(dǎo)電 率水平，以促進(jìn)良好的顆粒輸送效率。例如，在使用圖3B所示的內(nèi)襯302的情況下，基底306由0.001英寸厚 的Myla,制成，并且1000A厚的不銹鋼涂層沉積在基底的表面上。Mylar 是用于基底306的優(yōu)選材料，因?yàn)槠鋱?jiān)固并耐撕扯，這種特性對(duì)擠壓工藝 是有利的，其中在擠壓工藝中，在將基底拉動(dòng)穿過(guò)擠壓頭時(shí)，基底受到 大的力。另外，在這種結(jié)構(gòu)中，由于薄的金屬化表面305的性能非常優(yōu)良 從而能夠彈回其原始形狀，管道可被制造成具有相對(duì)大的內(nèi)徑(ID)， 同時(shí)具有很高的耐壓性以及抵抗扭折和其它永久變形源的能力。例如， 在使用圖3B所示的內(nèi)部?jī)?nèi)襯的3/8英寸外徑(OD)的示范性實(shí)施例中， 管子的內(nèi)徑ID可以為0.310英寸。由于與較小ID的情況相比，在通過(guò)系統(tǒng) 抽吸空氣樣品時(shí)，這種大的ID是理想的，因?yàn)槠鋵?dǎo)致對(duì)空氣流的較少限 制，因此降低了系統(tǒng)中的給定流量的壓降。這有助于減少泵輸出量問(wèn)題 以及促進(jìn)由系統(tǒng)抽吸的空氣樣品的更好的顆粒輸送效率。后者的原因在 于，空氣取樣系統(tǒng)、如美國(guó)專(zhuān)利No.6,125，710所述的系統(tǒng)趨于以相對(duì)高的 流量(通常為20公升每分鐘或者更高)工作。在這些流量下，在系統(tǒng)中 可實(shí)現(xiàn)數(shù)PSI的壓降，這主要是由于沿著管子的長(zhǎng)度的摩擦損失。這種量 級(jí)的壓降對(duì)流動(dòng)氣體(空氣)的密度具有很大的影響，導(dǎo)致氣體在沿管 子的長(zhǎng)度行進(jìn)時(shí)速度發(fā)生變化。作為因顆粒質(zhì)量而產(chǎn)生的慣性影響的結(jié) 果，這種流速變化或加速具有導(dǎo)致顆粒離開(kāi)流體流并因此從樣品中丟失 的趨勢(shì)。圖4示出了一示范性復(fù)合管道400，其中，適宜的基質(zhì)材料402浸滲有 金屬材料404。管道400可用在各種實(shí)施例中，其沿著管道的橫截面可以 具有均勻和非均勻的金屬材料分布。在一個(gè)特定的實(shí)施例中，管道400包括帶有在即將進(jìn)行擠壓工藝前混 合的聚乙烯的細(xì)粒(微細(xì))不銹鋼屑。不銹鋼的量應(yīng)當(dāng)足以使得管子的 內(nèi)表面對(duì)暴露表面上的任何大量聚乙烯閉塞。不銹鋼片屑的尺寸可以在 從幾十微米到幾分之一微米的范圍內(nèi)。這種變化使得聚乙烯管道的加工 性能與不銹鋼管道的化學(xué)惰性幾乎相同，同時(shí)提供了導(dǎo)電內(nèi)表面，在空 氣樣品被抽吸時(shí)，該導(dǎo)電內(nèi)表面抑制電荷聚集在內(nèi)表面上，從而促進(jìn)高 效的顆粒輸送。在另一個(gè)實(shí)施例中，基質(zhì)材料是TdfoiA金屬材料404為細(xì)粒不銹鋼。這種組合可生產(chǎn)出比浸滲有聚乙烯的不銹鋼具有更低的吸收和滲氣特性 的內(nèi)表面。Tdfo浐具有固有的低吸收和滲氣特性，從而容許使用較少依 賴(lài)于控制金屬材料的壓實(shí)密度的能力的工藝來(lái)構(gòu)造管道。金屬材料的壓 實(shí)密度的變化可導(dǎo)致在壓實(shí)密度相對(duì)低的地方，管道的內(nèi)表面區(qū)域呈現(xiàn) 出聚乙烯的不理想特性。圖5A和5B示出了根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合管道500的另一個(gè)示范性的實(shí)施 例，該復(fù)合管道500具有內(nèi)表面502，并部分地由非金屬材料504形成，以 及部分地由金屬材料506形成。管道500包括嵌入非金屬材料504的表面中 的金屬條帶506。在一個(gè)特定實(shí)施例中，形成管道500的內(nèi)表面的金屬材料506與非金 屬材料504的表面大致平齊。金屬材料506提供了用以消散因空氣流通過(guò) 管道而產(chǎn)生的輸送電荷的導(dǎo)電路徑，從而促進(jìn)顆粒物高效地輸送通過(guò)用 于空氣取樣目的的管道。導(dǎo)電金屬材料506之間的間隙508應(yīng)當(dāng)足夠小，以確保在導(dǎo)體之間僅 僅可以建立可忽略不計(jì)的電場(chǎng)，其中，該電場(chǎng)因通過(guò)用于給定取樣應(yīng)用 的管道而施加的空氣流量所產(chǎn)生。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬材料506包括不 銹鋼，非金屬材料包括Telfo浐。圖6A是結(jié)構(gòu)化組件600的一個(gè)示范性實(shí)施例的橫截面視圖，該結(jié)構(gòu)化 組件600包括復(fù)合管道650和可用在其中可安裝該組件的空氣取樣系統(tǒng)中 的不同導(dǎo)體組。圖6B是圖6A的結(jié)構(gòu)化組件600的等角投影圖?？陕菪龓?繞在管道650周?chē)膶?dǎo)體組可提供可在系統(tǒng)中進(jìn)行監(jiān)控的電力(功率)、 通信和各種信號(hào)。結(jié)構(gòu)化組件600簡(jiǎn)化并降低了設(shè)有這種系統(tǒng)的電力和通 信電纜(以及管道)的安裝成本。示范性的結(jié)構(gòu)化組件600非常適合用在空氣取樣系統(tǒng)、如圖7所示的 說(shuō)明性空氣取樣系統(tǒng)700中。系統(tǒng)700可安裝在建筑物中，并可形成為建 筑物控制系統(tǒng)的一部分，該控制系統(tǒng)具有遍及建筑物分布并通過(guò)一個(gè)共 用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的控制器。系統(tǒng)700可包括傳感器組和控制器702，其可 位于遙遠(yuǎn)位置處并與一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)控制器模塊704a、 704b相連。終端 點(diǎn)706可置于各房間中，以獲取空氣樣品，該空氣樣品經(jīng)由節(jié)點(diǎn)控制器 704a被傳送到傳感器組702。節(jié)點(diǎn)控制器704a、 704b可一起聯(lián)網(wǎng)，并由中 央控制器702控制該網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)控制器704控制專(zhuān)用于待提取空氣樣 品的每個(gè)房間的閥。例如，終端點(diǎn)706、節(jié)點(diǎn)控制器704和傳感器組702可 經(jīng)由圖6所示的結(jié)構(gòu)化組件600相連?？諝鈽悠窂南到y(tǒng)中的各房間以多元方式提取并被送回到傳感器組 702。另外，獨(dú)立傳感器(例如用于測(cè)量溫度或相對(duì)濕度的傳感器)可置 于所示出的用于每個(gè)房間的終端點(diǎn)區(qū)域內(nèi)，并且與每個(gè)房間相關(guān)的數(shù)據(jù) 可被各個(gè)節(jié)點(diǎn)控制器取樣，其中，可通過(guò)使各節(jié)點(diǎn)控制器與各終端點(diǎn)串 聯(lián)連接來(lái)取樣，或者通過(guò)終端點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)控制器之間的連接模擬和/或數(shù)字信號(hào)來(lái)取樣。在美國(guó)專(zhuān)利No. 6，125,710中描述了示范性的空氣取樣系統(tǒng)的 其它細(xì)節(jié)。再次參考圖6，組件600包括復(fù)合管道650，該復(fù)合管道650具有金屬 層652和管道護(hù)套654。在電纜套604和管道護(hù)套654之間的區(qū)域602中，放 置了各種纜線。在一個(gè)示范性的實(shí)施例中，組件600包括第一、第二、第 三和第四電纜結(jié)構(gòu)或索式結(jié)構(gòu)(cable structure) 606、 607、 608和609。電 纜結(jié)構(gòu)606、 607、禾Q608用于提供電力、信號(hào)和系統(tǒng)的通信連接的組合。第四電纜結(jié)構(gòu)609用于提供專(zhuān)門(mén)的檢測(cè)功能，其有助于優(yōu)化系統(tǒng)700 的性能。此外，組件600包括扯裂索610，以在現(xiàn)場(chǎng)安裝電纜期間幫助去 除外部護(hù)套604。扯裂索610是結(jié)構(gòu)化電纜組件的常見(jiàn)構(gòu)件。例如，由主 要的電線和電纜制造商Belden CDT Inc.提供的復(fù)合電纜線路(例如， Belden7876A復(fù)合數(shù)據(jù)、聲頻、視頻、安全和控制電纜)中的許多電纜包 括扯裂索。在一個(gè)特定實(shí)施例中，第一電纜結(jié)構(gòu)606包括22 AWG扭絞對(duì)，以承 載信號(hào)，第三電纜結(jié)構(gòu)608包括具有排擾線(加蔽線)608a和箔片護(hù)罩608b 的22AWGTSP，以提供用于一些連接的通信和用于其它連接的信號(hào)。第 二電纜結(jié)構(gòu)607包括18 AWG三個(gè)一組式成股電纜，以承載用于系統(tǒng)元件 的電力。電纜結(jié)構(gòu)606、 607和608提供的功能根據(jù)電纜600應(yīng)用于系統(tǒng)700 (圖 7)的哪個(gè)部分中而變化。例如，在節(jié)點(diǎn)控制器704a、 704b或702之間進(jìn) 行連接時(shí)(圖7)，第二電纜結(jié)構(gòu)607將典型地用于從電源(位于傳感器 組702內(nèi)或附近)將電力提供給系統(tǒng)中的各節(jié)點(diǎn)控制器。對(duì)于系統(tǒng)700而 言，這將典型地為24VAC供電和接地，然而，該系統(tǒng)的不同實(shí)施例可通 過(guò)其它電源(例如，十M5VDC和接地)工作，該其它電源將類(lèi)似地通過(guò) 電纜結(jié)構(gòu)607進(jìn)行供給。當(dāng)在節(jié)點(diǎn)控制器704之間或者對(duì)連接節(jié)點(diǎn)控制器704和傳感器組702進(jìn)行連接時(shí)，第三電纜結(jié)構(gòu)608用作網(wǎng)絡(luò)電纜，節(jié)點(diǎn)控 制器704和傳感器組以及中心控制控制器702通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)電纜進(jìn)行通信。 對(duì)于這些連接，在系統(tǒng)700的一個(gè)示范性實(shí)施例中，第三電纜結(jié)構(gòu)608形 成具有EIA485 (或等效物)物理層的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的中樞。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè) 計(jì)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可明顯看出，由于已經(jīng)指定了第三電纜結(jié)構(gòu)608， 這種形式的網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常使用帶有排擾線的扭絞屏蔽導(dǎo)體對(duì)，以便抑制電纜 的特征阻抗并提供對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的抗擾度。而且，在結(jié)構(gòu)化電纜600用于在節(jié) 點(diǎn)704之間或者節(jié)點(diǎn)控制器704a和傳感器組702之間進(jìn)行連接時(shí)，第一電 纜結(jié)構(gòu)606通常將不被使用，或者將用作一些輔助和非預(yù)先確定的目的， 這些目的可能在系統(tǒng)700的定制應(yīng)用中發(fā)生。當(dāng)在節(jié)點(diǎn)控制器704和終端點(diǎn)706之間進(jìn)行連接時(shí)，第二電纜結(jié)構(gòu)607 將典型地被用于為位于終端點(diǎn)706處的獨(dú)立傳感器設(shè)備和儀器提供電力 和信號(hào)接地。此外，在與終端點(diǎn)706相連時(shí)，第一和第二電纜結(jié)構(gòu)606、 608可能用于將從位于終端點(diǎn)706內(nèi)的各傳感器輸出的信號(hào)連接到節(jié)點(diǎn)傳 感器704，該節(jié)點(diǎn)傳感器704對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行取樣并將其傳回到中央控制 器702。可能存在于節(jié)點(diǎn)傳感器704處的傳感器類(lèi)型的示例包括溫度、相對(duì)濕度和臭氧傳感器。第四電纜結(jié)構(gòu)609提供了檢測(cè)線路，以優(yōu)化用于空氣樣品的時(shí)序。在 一個(gè)特定的實(shí)施例中，檢測(cè)線路設(shè)置為26 AWG扭絞電線對(duì)。檢測(cè)線路609 用于測(cè)量圖7所示的傳感器組702和系統(tǒng)內(nèi)的各終端點(diǎn)706之間的距離，以估算將各空氣樣品從各位置輸送到傳感器組的時(shí)間。通?？稍趥鞲衅鹘M 702處調(diào)節(jié)流量并因此調(diào)節(jié)輸送速率。因此，可通過(guò)將估算距離除以相同 速率來(lái)計(jì)算用于各檢測(cè)位置的樣品輸送時(shí)間。這有助于優(yōu)化系統(tǒng)的取樣 速率，因?yàn)樵谳^大的系統(tǒng)中，輸送距離可能為幾百英尺，從而產(chǎn)生可預(yù)計(jì)的輸送時(shí)間。例如，以二十英尺每秒的流速，在四百英尺的距離上提 取樣品的輸送時(shí)間為二十秒。除了估算輸送時(shí)間之外，在傳感器組702用于執(zhí)行顆粒測(cè)量時(shí)，測(cè)量 輸送時(shí)間也是有利的。盡管通過(guò)本發(fā)明的管道的顆粒輸送效率很好，較 大顆粒的顆粒損失(例如，大于lpM)可能隨輸送距離而產(chǎn)生較大變化， 特別是在幾百英尺的管道距離上提取樣品時(shí)。然而，百分比損耗通過(guò)給 定流量和距離確切地預(yù)計(jì)，并因此使得對(duì)輸送距離的了解提供了用于補(bǔ) 償這種損耗的一種途徑。圖8是隨著以遍及圖7所示的系統(tǒng)700的結(jié)構(gòu)化電纜600的方式分布由 檢測(cè)線路產(chǎn)生的電路的示意圖800。終端點(diǎn)806因此與系統(tǒng)700中的終端點(diǎn) 706對(duì)應(yīng)，節(jié)點(diǎn)控制器804與節(jié)點(diǎn)控制器704相關(guān)聯(lián)。線路長(zhǎng)度測(cè)量裝置802 典型地容納在傳感器組和中央控制器702內(nèi)或與傳感器組和中央控制器 702緊鄰(典型地在40英尺以內(nèi))。如圖8所示，并且如已經(jīng)參考圖6所述， 檢測(cè)線路優(yōu)選為一對(duì)電線導(dǎo)體801a、 801b。該導(dǎo)體對(duì)貫穿系統(tǒng)700/800分 布，其與各節(jié)點(diǎn)控制器804、終端點(diǎn)806以及線路長(zhǎng)度測(cè)量裝置802相連。 每個(gè)節(jié)點(diǎn)控制器804含有多對(duì)電開(kāi)關(guān)803，其用于選擇性地完成線路長(zhǎng)度 測(cè)量裝置802和各終端點(diǎn)806之間的電路，以測(cè)量終端點(diǎn)和線路長(zhǎng)度測(cè)量 裝置802之間的距離。用于進(jìn)行距離測(cè)量的技術(shù)取決于導(dǎo)體對(duì)801a、 801b 的物理特性，該物理特性隨著導(dǎo)體長(zhǎng)度而變化。例如，在一個(gè)實(shí)施例中， 基于線路長(zhǎng)度測(cè)量裝置和給定的終端點(diǎn)806之間的導(dǎo)體對(duì)801a、 801b的總 歐姆電阻的測(cè)量進(jìn)行距離測(cè)量，如在802a和802b之間進(jìn)行測(cè)量。電子領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員顯然可以看出，存在可設(shè)計(jì)成進(jìn)行這種測(cè)量的多種電 路。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，電流源可用作長(zhǎng)度測(cè)量裝置802內(nèi)的電子電 路元件，以產(chǎn)生精確的電流，該電流可流出點(diǎn)802a，通過(guò)檢測(cè)線路801a 向下流到拼接接頭805并流回802b。可以通過(guò)在終端點(diǎn)806處將導(dǎo)體對(duì)801a、 801b的端部扭絞到一起、或者通過(guò)扭轉(zhuǎn)線連接器將導(dǎo)體對(duì)801a、 801b連接到一起、或者采用能夠?qū)蓚€(gè)電導(dǎo)體連接到一起的任何其它適 宜裝置來(lái)形成拼接接頭805。通過(guò)長(zhǎng)度測(cè)量裝置802內(nèi)的獨(dú)立電路同時(shí)測(cè) 量點(diǎn)802a和802b之間的合成電壓，其中，該信號(hào)與點(diǎn)802a和802b之間的 電阻成比例，該電阻與至終端點(diǎn)的距離成比例。在使用這種方法時(shí)，檢 測(cè)線路801a、 801b被連接到一起，從而在每個(gè)終端點(diǎn)806處形成拼接接頭 805，并利用測(cè)量裝置802測(cè)量電路(由導(dǎo)體801a、 801b、閉合開(kāi)關(guān)803和 拼接接頭805形成)的總電阻。作為進(jìn)一步的示例，使用這種電阻測(cè)量方法，為了測(cè)量終端點(diǎn)806a 和線路長(zhǎng)度測(cè)量裝置802之間的距離，節(jié)點(diǎn)控制器804a中的開(kāi)關(guān)對(duì)803a將 被關(guān)閉，同時(shí)保持系統(tǒng)800中的所有其它開(kāi)關(guān)803打開(kāi)，并測(cè)量802a和802b 之間的合成電路的電阻。應(yīng)當(dāng)指出，因?yàn)閷?dǎo)體802a和802b的組合長(zhǎng)度， 電路的實(shí)際長(zhǎng)度為測(cè)量的實(shí)際距離的兩倍。這有助于提高這種測(cè)量系統(tǒng) 的辨析率，同時(shí)使得必須源自線路測(cè)量裝置802的電流的量值最小化。在一個(gè)示范性的實(shí)施例中，檢測(cè)線路801是26AWG實(shí)心扭絞銅線對(duì)， 其例如可為貝爾登等同物(Beldon Equivalent) 9976，電阻規(guī)格為40.81 歐姆每一千英尺。可替換地，可以使用更細(xì)或更粗規(guī)格的電線，以及使 用不同的構(gòu)造如絞合線，以及由不同的材料如鋁或其它材料制成的電線。 然而，材料的選擇應(yīng)當(dāng)具有相對(duì)低的電阻率溫度系數(shù)，以確保測(cè)量精確 度對(duì)溫度相對(duì)不敏感，因?yàn)闇囟瓤赡茉诎惭b電纜組件60的整個(gè)給定建筑 物中劇烈變化。根據(jù)下述等式l，電阻隨溫度而變化-RfR2o[l+a(T-20)] (等式l)其中Ri^實(shí)際溫度下的歐姆電阻R2o二2(TC時(shí)的電阻 a二電阻率的溫度系數(shù)T二以。C表示的實(shí)際溫度在典型的商業(yè)建筑物環(huán)境中，包括共同區(qū)域、房間、空隙空間和樓 頂房間中，電纜組件600將暴露于其中的典型工作溫度范圍為0到40'C。 如前所述，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，檢測(cè)線路801將由銅制成。關(guān)于銅， a二0.00393TT1，基于等式l，假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)溫度為20'C，工作溫度范圍為O到 40°C，其意味著基于銅的電阻在距離測(cè)量上因溫度產(chǎn)生的容許公差為大 約+/-8%。這種精確度水平足以用于其中輸送距離為500英尺或更小的多 數(shù)系統(tǒng)800中。在另一個(gè)實(shí)施例中，線路長(zhǎng)度測(cè)量裝置802可以結(jié)合有時(shí)域反射儀 (TDR)，以測(cè)量終端點(diǎn)806和裝置802之間的距離。這種方法的基礎(chǔ)是 以微分或單端方式將高帶寬電脈沖應(yīng)用于線路801a和801b中，并測(cè)量脈 沖通過(guò)選定的開(kāi)關(guān)803沿著線路801向下傳播到終端點(diǎn)806并再次返回所 需的時(shí)間。利用TDR測(cè)量電纜的長(zhǎng)度是很成熟的實(shí)踐。應(yīng)當(dāng)指出，為了確保使用檢測(cè)線路進(jìn)行的距離測(cè)量合理地代表實(shí)際 管子長(zhǎng)度，這些導(dǎo)體與管子的長(zhǎng)度的比率應(yīng)當(dāng)被控制。由于其對(duì)空氣輸 送管道的性能有幫助，這是結(jié)構(gòu)化電纜組件的特征之一。與由高度不導(dǎo)電的材料制成的已知管道相比，這里披露的具有金屬 內(nèi)襯管道的示范性實(shí)施例提供了提高的顆粒輸送效率性能。這是由于金 屬化內(nèi)襯的導(dǎo)電性能所導(dǎo)致，如上面所討論，其趨于因靜電效應(yīng)而使沉 積最小化。然而，另一種顆粒損失源、稱(chēng)作熱遷移的機(jī)理也可對(duì)輸送效 率具有重要影響。熱遷移指由于溫度梯度產(chǎn)生的力而導(dǎo)致的顆粒遷移， 其中作用于顆粒上的凈力位于較低溫度區(qū)域的方向上。在結(jié)構(gòu)化組件600 安裝在建筑物中的情況下，這是影響顆粒輸送的一個(gè)因素，其中，在該建筑物中，在終端點(diǎn)706和建筑物內(nèi)的各區(qū)域之間存在大的溫度梯度，組 件600按一定路線布置在該建筑物內(nèi)。例如，電纜組件600可經(jīng)過(guò)樓頂房 間或者間隙空間，該處有時(shí)(例如在冬季的月份)的溫度遠(yuǎn)低于房間(終 端點(diǎn)706)的溫度，其中，空氣樣品從房間中提取。例如，通過(guò)在沉積表 面和懸浮顆粒的空氣之間維持1(TC的溫差，已知0.5pm的顆粒在表面上的 沉積率可能降低十分之一。熱遷移力趨于不利地與顆粒直徑相關(guān)，并將 最大程度地凸顯尺寸為lpm和更小的顆粒。在本發(fā)明的另一個(gè)方面，結(jié)構(gòu)化組件600補(bǔ)償熱遷移力，以及提供對(duì) 于其它沉積力如影響顆粒輸送的重力效應(yīng)和庫(kù)倫力(靜電效應(yīng))的一定 程度的對(duì)抗。這可通過(guò)將熱源沿著復(fù)合管道650的長(zhǎng)度設(shè)置來(lái)完成，該熱 源足以維持內(nèi)部?jī)?nèi)襯652的平均溫度在有規(guī)律地通過(guò)管道650的空氣樣品 的溫度之上。此外，加熱管道的另一個(gè)原因是防止特定的VOC's或其它氣體(包 括水)的冷凝，其中，VOC's或其它氣體在通過(guò)管道輸送至傳感器時(shí)可能 從空氣中冷凝出來(lái)。在圖9所示的一個(gè)特定實(shí)施例中，通過(guò)將一個(gè)或多個(gè)加熱元件901添 加到結(jié)構(gòu)化電纜組件中，圖6所示的組件被改進(jìn)，以形成組件900。加熱 元件901可以為一個(gè)或多個(gè)電阻加熱元件，其由諸如鎳鉻(耐熱)合金、 鉤、鎳、不銹鋼或者適于在電流流過(guò)時(shí)呈現(xiàn)加熱器功能從而導(dǎo)致功率消 耗和溫度沿著導(dǎo)體長(zhǎng)度上升的其它材料制成。該導(dǎo)體的橫截面可呈圓形 或者是扁平的，因此導(dǎo)體呈帶形。在示出的實(shí)施例中，加熱元件901由28AWG鎢絲制成。這種電流源 作為分離的電子模塊，該電子模塊為傳感器組702 (圖7)的一部分，由 此可通過(guò)基于電纜900的總長(zhǎng)度將預(yù)定電流施加給介質(zhì)來(lái)控制加熱元件 901的平均溫度，或者如果材料的溫度系數(shù)相對(duì)較大，例如對(duì)鎢或鎳而言，作為可替換的實(shí)施例，可利用用于控制依賴(lài)于溫度的電阻材料的溫度的 公認(rèn)方法、如已經(jīng)開(kāi)發(fā)的用于控制熱絲風(fēng)速計(jì)的技術(shù)來(lái)精確地控制加熱元件901的溫度。例如，參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利No. 4,523,461。然而，在使用鎢的一個(gè)特定實(shí)施例中，將連續(xù)的電流施加到介質(zhì)上。 一般地，由于連接在圖7所示的節(jié)點(diǎn)控制器704之間(例如，在704a和704b 之間)，加熱元件將最典型地在組件600/900內(nèi)使用，由于這些接頭典型 地涉及穿過(guò)建筑物的結(jié)構(gòu)布置的長(zhǎng)度最長(zhǎng)的組件600，有時(shí)布置在幾百英 尺的距離上。然而，由于大的溫度梯度經(jīng)常在建筑物內(nèi)的這些連接點(diǎn)之 間實(shí)現(xiàn)并且這可能對(duì)顆粒損失具有很大有貢獻(xiàn)，存在其中加熱元件可有 利地應(yīng)用于組件600/900內(nèi)以及節(jié)點(diǎn)控制器704和其相應(yīng)的終端點(diǎn)706之間的許多情況。影響顆粒通過(guò)管子輸送的另一個(gè)因素是管道介質(zhì)的內(nèi)表面建立電荷 的能力。隨著電荷開(kāi)始在表面上建立，如果表面上的電荷和顆粒上的電 荷的極性相反，懸浮在該表面上的顆粒物將趨于被吸引到該表面上。這 里描述的導(dǎo)電內(nèi)襯652的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于其消散電荷的能力，因此與導(dǎo)電性 差的表面相比，單位面積上的電荷相對(duì)較低。然而，在一些情況下，這 可能有利于提供附加的導(dǎo)電路徑，通過(guò)該附加的導(dǎo)電路徑，電荷可從導(dǎo) 電內(nèi)襯652流到一些其它導(dǎo)電介質(zhì)，從而顯著降低可在導(dǎo)電內(nèi)襯652的表面上聚集的電荷量。作為示例，導(dǎo)電內(nèi)襯可與建筑物內(nèi)的接地線相連， 或者其可與建筑物的框架相連，或者與建筑物的一些其它元件相連，該其它元件或者提供通向地面的低電阻路徑或者提供可使電荷通過(guò)其消散 的其它介質(zhì)。可采用任何數(shù)目的技術(shù)來(lái)建立用于從內(nèi)襯652流動(dòng)的電荷的 導(dǎo)電路徑，該技術(shù)包括提供整個(gè)系統(tǒng)中的通向地面的單個(gè)接頭或者通向 地面的多個(gè)接頭。圖10A使借助于遍及如圖7所示的系統(tǒng)700的結(jié)構(gòu)化電纜600分布的管 道650的分布的示意圖。管道650 (在圖10A中也標(biāo)記為1001)在整個(gè)系統(tǒng) 700/1000中分布，其中，其與節(jié)點(diǎn)控制器1004內(nèi)包含的各種閥1003相連并 且連接在閥1003和終端點(diǎn)1006之間。還示出了可選的接地接頭IOIO，其 可用于將內(nèi)部?jī)?nèi)襯652與安裝有系統(tǒng)1000的建筑物內(nèi)的地線電連接，因此 提供了使電荷流出系統(tǒng)1000的路徑。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)700/1000內(nèi)示出的管道650的各段的導(dǎo)電內(nèi)部 內(nèi)襯652被電連接到一起，因此，應(yīng)用于任何管道段1001a、 b、 c、 d、 e、f、 g、 h、 i的任何數(shù)量的電荷可平等地貫穿管道段1001a、 b、 c、 d、 e、 f、g、 h、 i消散。這些電連接例如可通過(guò)在閥1003處使用導(dǎo)電帶倒鉤接頭形 成，并提供了將閥1003—側(cè)上的接頭連接到閥1003的另一側(cè)上的接頭的 裝置。圖10B示出了使用這種方法將管道與節(jié)點(diǎn)控制器1004內(nèi)的閥1003相 連的方式，其中包括帶倒鉤接頭1007a、 b連接到閥1003的每一側(cè)。對(duì)氣 動(dòng)系統(tǒng)很熟悉的人員而言公知的帶倒鉤接頭通常用于多種形式的柔性管 道中，并用于通過(guò)將管道推到接頭的倒鉤部分上進(jìn)行連接。(帶倒鉤接 頭的一般示例包括新世紀(jì)工業(yè)公司(NewAge Industries, Inc.)的 Themobari^生產(chǎn)線上的那些產(chǎn)品)。通過(guò)與管道1001進(jìn)行這種連接，各 接頭與管道1001的導(dǎo)電內(nèi)部?jī)?nèi)襯652接觸。為了本發(fā)明的目的，接頭1007 可由任何形式的導(dǎo)電材料制成或者涂覆有任何形式的導(dǎo)電材料，該導(dǎo)電 材料包括金屬(例如黃銅、青銅、鐵、鋼、不銹鋼和鋁)、導(dǎo)電塑料、 導(dǎo)電復(fù)合材料或者導(dǎo)電涂料。此外，在一個(gè)實(shí)施例中，閥1003自身可由 導(dǎo)電材料如不銹鋼或其它金屬制成，并因此在與如圖示的接頭1007和管 道1001相連時(shí)提供用于使電荷在管道段1001a和1001b之間流動(dòng)的連續(xù)導(dǎo)電路徑。在一個(gè)可替換的實(shí)施例中，如圖10C所示，如果閥1003由非導(dǎo)電材料 制成，與接頭1007a的端子1008a以及接頭1007b的端子1008b相連的短路 帶1009可被設(shè)置，以用于將管道1001a、 b的內(nèi)部?jī)?nèi)襯652電連接到一起。 這種短路帶1009可以是銅線，或者是可由適用于此目的的一些其它導(dǎo)電 材料制成的線。端子1008a、 b可以為能夠?qū)㈦娋€如帶1009固定到接頭1007 上的擰緊型夾鉗，其也可用于固定可選的接地接頭1010。附加地，可選 的接地線1010可設(shè)在系統(tǒng)1000的一個(gè)或多個(gè)位置處。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，代替使用帶倒鉤接頭1008，通過(guò)由導(dǎo)電材料 構(gòu)造護(hù)套654,可提供用于通過(guò)管道650的護(hù)套654從導(dǎo)電內(nèi)部?jī)?nèi)襯652轉(zhuǎn) 移電荷的導(dǎo)電路徑。例如，護(hù)套654可由復(fù)合塑料制成，該復(fù)合塑料浸滲 有如管道400中所使用的細(xì)粒金屬屑。護(hù)套654也可由塑料樹(shù)脂制成，該 塑料樹(shù)脂已經(jīng)嵌入有碳粉或者纖維或者任何數(shù)目的其它導(dǎo)電填料組分。圖ll示出了一示范性實(shí)施例，其中管道650附加地纏繞了導(dǎo)電護(hù)罩 1101且導(dǎo)電排擾線1102置于導(dǎo)電護(hù)罩1101和導(dǎo)電管道護(hù)套654之間，以在 上述三個(gè)元件(654、 1101和1102)之間形成低電阻連接。導(dǎo)電護(hù)罩1101 可由金屬箔片，如鋁箔、鋁-聚酯-鋁疊片(例如，商業(yè)上普遍采用的屏蔽 電纜)或者任何其它適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料構(gòu)成。同樣，排擾線1102可以為導(dǎo) 線、如通常在屏蔽電纜中使用的銅排擾線。然而，排擾線1102也可由其 它適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料構(gòu)成。排擾線1102可與系統(tǒng)1000的接地接頭1010相連，以便提供導(dǎo)電路徑， 以使電荷從導(dǎo)電內(nèi)部?jī)?nèi)襯652流向管道護(hù)套654、導(dǎo)電外部材料或護(hù)罩 1101，并最終通過(guò)排擾線l 102導(dǎo)流至地面。在將電纜組件應(yīng)用于系統(tǒng)IOOO 的管道中并僅僅制造一個(gè)接地接頭時(shí)，可通過(guò)將來(lái)自各段1001a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 h、 i的排擾線拼接到一起，從而將各段1001a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 h、 i之間的導(dǎo)電內(nèi)部?jī)?nèi)襯652電連接在一起。在采用帶倒鉤接頭的實(shí)施例的情況下，使用電纜組件iioo的實(shí)施例也可在遍布系統(tǒng)iooo的多個(gè)位置接地。這樣，通常不必將各段1001a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 h、 i的 排擾線1102拼接到一起。導(dǎo)電內(nèi)部?jī)?nèi)襯652從管道段1001a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 h、 i互連以及 提供附加的電路如用以使電荷流動(dòng)的接地接頭1010為用于限制在系統(tǒng)內(nèi) 部累積電荷的被動(dòng)方法。然而，可替換地，可使用主動(dòng)方法控制累積在 內(nèi)部?jī)?nèi)襯652上的靜電電荷或者控制其中顆粒與表面652上的靜電電荷相 互作用的方式，以便在從系統(tǒng)1000的各終端點(diǎn)1006處提取空氣樣品時(shí)有 助于輸送顆粒。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)系統(tǒng)1000中的管道650抽吸的空氣樣品可被暴 露于電離源，該電離源對(duì)從終端點(diǎn)1006抽取的各空氣樣品中的顆粒物充 正電或負(fù)電。在該實(shí)施例中，可將電壓施加于管道650的導(dǎo)電內(nèi)部?jī)?nèi)襯652 上，以便從導(dǎo)電內(nèi)襯652的表面上排斥帶電的顆粒物，因此提高顆粒物通 過(guò)系統(tǒng)1000的輸送效率。例如，在美國(guó)專(zhuān)利Nos. 6,693,788、 4,689,715、 3,711,743和3,613,993中描述了用于可電離流體介質(zhì)的示例電離源，所有 這些專(zhuān)利以引用方式全部結(jié)合于此。然而，更通常地，電離裝置可使用 任何數(shù)量的電極，該電極暴露于可電離的流體介質(zhì)(如空氣)中并與高 壓源(典型地為5K伏或更高)相連。圖12示出了與管道650—起應(yīng)用于空氣流的電離源1201的應(yīng)用的示 范性實(shí)施例1200。在該實(shí)施例中，導(dǎo)電帶倒鉤接頭1205用于提供與導(dǎo)電 內(nèi)部?jī)?nèi)襯652的電連接，通過(guò)使用擰緊夾鉗1202將電源1203的輸出與帶倒 鉤接頭1205電連接，可將電壓施加于導(dǎo)電內(nèi)部?jī)?nèi)襯652上。然而，也可以 使用與導(dǎo)電內(nèi)部?jī)?nèi)襯相連的其它適當(dāng)方式。這里，與電離源1209相連的 電源1203可以為DC電壓或者具有DC分量的時(shí)變電壓。這種電壓的大小可 以為從幾伏到幾百伏的值。電壓源1203可被視為主動(dòng)裝置。因?yàn)榭赡苁┘佑趯?dǎo)電內(nèi)部?jī)?nèi)襯上的潛在大電壓可能產(chǎn)生潛在危險(xiǎn)，通過(guò)充分地限制其電流獲取能力，電源1203可被設(shè)計(jì)成具有能量限制特征。流入電離源 1201的空氣流1207由電極1204電離，該電極1204具有從電離源1206施加 于它們之間的大電壓。由此產(chǎn)生的電離流體流208通過(guò)帶倒鉤接頭1205 流入管道650,并且由于經(jīng)由電源1203在導(dǎo)電內(nèi)部?jī)?nèi)襯652上建立電荷， 流體流1208內(nèi)的電離顆粒將趨于被導(dǎo)電內(nèi)部?jī)?nèi)襯652的表面排斥，從而提 高了顆粒通過(guò)管道650的輸送效率。為了本發(fā)明的該目的，電離源1201可 應(yīng)用于系統(tǒng)1000的多個(gè)位置處。盡管如前所述本發(fā)明的復(fù)合管道適用于系統(tǒng)700，其也非常適用于設(shè) 計(jì)成用于輸送空氣樣品并利用任何數(shù)量的傳感器對(duì)空氣的各種特性進(jìn)行 遠(yuǎn)程測(cè)量的其它形式的空氣監(jiān)控系統(tǒng)中。例如，管道也非常適用于如美 國(guó)專(zhuān)利No. 6，241，950所述的多點(diǎn)空氣取樣系統(tǒng)，該美國(guó)專(zhuān)利的內(nèi)容全部以 引用方式結(jié)合于此。也可能受益于本發(fā)明的管道的其它形式的類(lèi)似系統(tǒng) 包括用于提供檢測(cè)制冷劑泄漏的監(jiān)控功能的系統(tǒng)以及其它毒氣監(jiān)控應(yīng)用 的系統(tǒng)。這些均是商業(yè)上可購(gòu)得的系統(tǒng)，其通常利用一個(gè)或多個(gè)共用傳 感器在建筑物(特別是在制冷水廠、空氣調(diào)節(jié)器和其它制冷劑系統(tǒng)附近) 內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)位置處監(jiān)控以氣態(tài)形式出現(xiàn)的制冷劑泄漏。這種系統(tǒng)也 被用于監(jiān)控一氧化碳(CO)、氮氧化物(N0X)、以及其它毒氣和建筑 物污染物或者其它封閉空間如停車(chē)庫(kù)內(nèi)的污染物。例如，在如美國(guó)專(zhuān)利No. 6，241，950所述的系統(tǒng)中以及用于監(jiān)控制冷劑 和其它(有毒)氣體的前述系統(tǒng)中，用于測(cè)量空氣參數(shù)的傳感器和用于 從系統(tǒng)所監(jiān)控的位置切換樣品的進(jìn)氣閥置于建筑物內(nèi)的公共位置，并且 置于共同的封閉件內(nèi)，其中該美國(guó)專(zhuān)利的全部?jī)?nèi)容以引用方式被結(jié)合于 此。圖13是這種系統(tǒng)的概略圖，其具有經(jīng)由管子1301與感興趣的各房間 終端點(diǎn)相連的多個(gè)輸入口。終端點(diǎn)1308可簡(jiǎn)便地為管道1301的各段端部所放置的位置，或者其可結(jié)合其它傳感器和硬件，如系統(tǒng)700的情況那樣。用于這種取樣系統(tǒng)的多數(shù)元件可包含在封閉件內(nèi)，該封閉件容納通過(guò)其提取樣品的進(jìn)氣閥1302、經(jīng)由一個(gè)公共歧管1303將各閥互連的裝置、包 括一個(gè)或多個(gè)傳感器的傳感器組1304、中央真空泵系統(tǒng)1306和控制器 1305。系統(tǒng)通過(guò)順序地使空氣樣品通過(guò)進(jìn)氣閥1302進(jìn)行工作，該空氣樣品 經(jīng)由泵1306建立的負(fù)壓被抽吸通過(guò)傳感器組1304。隨著來(lái)自給定房間或 位置的空氣樣品經(jīng)過(guò)傳感器組1304，由傳感器組1304檢測(cè)的空氣參數(shù)被 控制器1305監(jiān)控并典型地被記錄。控制器1305也控制各進(jìn)氣閥1302的順 序工作。多種形式的管道1301己經(jīng)用在類(lèi)似系統(tǒng)1300的系統(tǒng)中，包括由 聚乙烯、Plexcc^、 Tdfon、剛性不銹鋼管以及其它材料制成的管道。然而， 通過(guò)使用本發(fā)明的管道如200、 300、 400、 5000的系統(tǒng)700所實(shí)現(xiàn)的有益 之處將同樣適用于系統(tǒng)如1300，以及其它多點(diǎn)空氣取樣策略。例如，系統(tǒng)1300中的本發(fā)明的管道如200、 300、 400、 500提供了柔 韌、易于安裝且成本低的管道，并且所述管道具有優(yōu)良的顆粒輸送性能 以及低吸附和吸收性能。管道例如200、 300、 400、 500使得系統(tǒng)1300能 夠遠(yuǎn)程監(jiān)控易蒸發(fā)的有機(jī)化合物的低水平濃度，同時(shí)還提供遠(yuǎn)程監(jiān)控整 個(gè)建筑物中的各位置處的顆粒的能力，其中系統(tǒng)1300安裝在該建筑物中。 在系統(tǒng)1300中使用本發(fā)明的管道例如將能夠在傳感器組1304內(nèi)使用光致 電離探測(cè)器(用于ppb水平的VOC監(jiān)控)和顆粒計(jì)數(shù)器。另外，空氣監(jiān)控系統(tǒng)如系統(tǒng)1300也可受益于結(jié)構(gòu)化組件600、 900和 1100，以向分離的裝置和傳感器提供電力和通信以及信號(hào)連接，其中， 分離的裝置和傳感器可置于各房間內(nèi)以及遍及系統(tǒng)1300的其它監(jiān)控位置 處。這為擴(kuò)大系統(tǒng)如1300的能力提供了便利方式，同時(shí)使得安裝成本最 小化。使用這種組件600、 900和1100也使得能夠利用檢測(cè)線路609進(jìn)行距離測(cè)量，以便優(yōu)化從整個(gè)系統(tǒng)1300的各房間和其它監(jiān)控位置提取的空氣 樣品的先后順序。系統(tǒng)1300也可使用加熱元件901，以提高顆粒輸送效率 以及幫助防止VOC，s或其它氣體、包括水的冷凝，其中VOC's或其它氣體 在從系統(tǒng)1300中的房間和其它位置輸送到傳感器組1304的同時(shí)，可能從 空氣中冷凝出來(lái)。而且，已經(jīng)描述的用于主動(dòng)或被動(dòng)地控制系統(tǒng)700/1000 中的管道內(nèi)部?jī)?nèi)襯652上的電荷以便促進(jìn)空氣樣品中的顆粒輸送的原理 也可應(yīng)用于系統(tǒng)如1300中。本發(fā)明提供了非常適用于輸送空氣取樣系統(tǒng)中的空氣"包"的管道 結(jié)構(gòu)。所述管道包括金屬內(nèi)層和可選的外部護(hù)套，其提供了顆粒物通過(guò) 管道的高效輸送，并且對(duì)于所關(guān)心的許多空氣組分而言，吸收和抽氣相 對(duì)很少。圖14A以放大橫截面的方式示出了組件1400的一個(gè)示范性實(shí)施例，該 組件1400包括使用一基底的金屬內(nèi)襯管道，金屬箔片粘附到該基底上。 圖14B示出了圖14A所示的管道組件1400的放大橫截面的展開(kāi)視圖。組件 1400包括金屬內(nèi)襯1402，該金屬內(nèi)襯1402通過(guò)適宜的材料如316不銹鋼進(jìn) 行金屬化處理。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬內(nèi)襯1402通過(guò)粘合劑1403粘附到 適當(dāng)?shù)幕?404上；基底1404通過(guò)適當(dāng)?shù)牧硪徽澈蟿?405粘附到外部護(hù) 套1406上。在一個(gè)示范性的實(shí)施例中，內(nèi)襯1402包括厚度范圍為大約0.0005英 寸至大約0.005英寸的鋁箔。在一個(gè)特定實(shí)施例中，厚度為大約0.001英寸。 在一個(gè)示范性的實(shí)施例中，金屬化層1401為具有大約100到1000埃的厚度 的316不銹鋼，且在一個(gè)實(shí)施例中，厚度為大約200埃。粘合劑層1403的 厚度為0.0001英寸到0.002英寸，并且可以是固化形式的耐久性粘合劑， 其被選擇，以與用于金屬內(nèi)襯1402和基底1404的材料粘附相容。在示出 的實(shí)施例中，基底層1404為聚酰胺薄膜(如Kapto浐)，厚度范圍為大約0.0005英寸至大約0.003英寸，在其為涂覆有熱激活粘合劑的凹版印刷板 的一個(gè)實(shí)施例中，該厚度為大約0.001英寸，該熱激活粘合劑用于將基底 1404粘附到擠出的外部護(hù)套1406上，該外部護(hù)套1406可由PVC制成。在一個(gè)可替換的實(shí)施例中，金屬內(nèi)襯1402由鋁制成，其具有無(wú)水氧 化鋁表面一至少在形成管道的內(nèi)部表面的表面上一 (產(chǎn)生與工業(yè)蘭寶石 相同的化學(xué)性能)，并且可省去金屬化層1401。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，金屬內(nèi)襯1402由薄的不銹鋼箔制成， 并省去了金屬化層1401，其中，該薄的銹鋼箔的厚度為大約0.001英寸至 大約0.0005英寸。可以理解，金屬內(nèi)襯也可以采用其它厚度。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，金屬內(nèi)襯1402由薄的鍍鎳銅箔制成。 鍍鎳銅箔的一個(gè)示范性厚度范圍為大約0.001英寸至大約0.0005英寸或更 低。在示出的實(shí)施例中，省去了金屬化層1401。在一個(gè)實(shí)施例中，省去了箔內(nèi)襯1402和粘合劑1403，金屬化層1401 直接沉積到基底層1404上，該基底層1404由Kapton⑧或者其它適宜的材料 制成。本發(fā)明的管道非常適合用作系統(tǒng)IOO (圖l)中的管道105以及星狀結(jié) 構(gòu)的系統(tǒng)1300 (圖13)中的管道1301，其提供了柔韌、易于安裝且成本 低的管道，且所述管道具有低吸附和吸收特性以及良好的顆粒輸送特性。 另外，本發(fā)明的管道1400可作為管道650結(jié)合到結(jié)構(gòu)化組件600 (圖6A) 和900 (圖9)內(nèi)，因此，其可用在系統(tǒng)如700 (圖7) 、 800 (圖8)、以 及IOOO (圖10A)中。本發(fā)明的管道1400還可用作系統(tǒng)1300的結(jié)構(gòu)化組件 600和900中的管道650，以向分離的裝置和傳感器提供電力和通信以及信 號(hào)連接，該分離的裝置和傳感器可置于整個(gè)建筑物的各房間和其它監(jiān)控 位置處。以這種方式，管道1400/650可用在組件600和900內(nèi)，以便于系統(tǒng) 1300內(nèi)的電連接，該系統(tǒng)1300例如可以為適用于支持置于終端點(diǎn)1308處的遠(yuǎn)程裝置的制冷劑或其它毒氣監(jiān)控系統(tǒng)，該遠(yuǎn)程裝置例如為溫度和其 它分立傳感器和裝置。圖15示出了具有浸滲碳基材料1501的適當(dāng)基質(zhì)材料1502的管道組件 1500。在一個(gè)實(shí)施例中，碳基材料1501為炭黑，該炭黑為無(wú)定形、高度 分散的元素碳的粉末形式。為了獲得10到10，000歐姆一厘米的目標(biāo)體積電 阻率，加載(充填)有按重量計(jì)為15%至30%的炭黑。在一個(gè)實(shí)施例中， 使用按重量計(jì)為大約20%的加載百分?jǐn)?shù)，從而獲得所需的機(jī)械性能，并具 有大約1000歐姆一厘米的體積電阻率。炭黑作為填充材料廣泛地用于各種塑料中，以使得塑料復(fù)合物具有 導(dǎo)電特性，以降低可產(chǎn)生火花和/或灰塵收集的靜電荷。典型地，在常態(tài) 或者干凈的房間環(huán)境下，這種增加的導(dǎo)電率可用于靜電或EMI屏蔽，或者 用于降低敏感電子的靜電放電。其也可用于輸送易燃或易揮發(fā)的液體或 氣體，以防止靜電放電將這些材料點(diǎn)燃的可能性。作為這種形式的導(dǎo)電 管道材料的一個(gè)示例為由泰克斯勞克有限公司(TexLoc Ltd.)生產(chǎn)的零 件號(hào)碼為23478的填充有炭黑的PTFE管道。已知體積電阻率因使用炭黑的 特定配方設(shè)計(jì)以及難以在填充材料中獲得均勻的炭黑分布而具有一些變 化。稱(chēng)作可分散性的這一特征指示導(dǎo)電碳材可用樹(shù)脂浸濕并且隨后解團(tuán) 聚的便易性。這種措施與用于分散炭黑或其它碳基材料的塑料基質(zhì)材料 無(wú)關(guān)。除了成本之外，加載的炭黑越多，越不利地改變基質(zhì)材料的物理 特性，例如，使得其更剛硬，且更難以擠出或模制。在一個(gè)示范性的實(shí)施例中，用作填充材料的碳基材料1501包括碳納 米管。碳納米管是碳的同素異形體，其提供了高導(dǎo)電率、高耐久性并且 是化學(xué)惰性的，所有這些特性均為用于空氣取樣管的優(yōu)選特性。衍生自類(lèi)似球體的富勒烯("巴基球")，碳納米管(有時(shí)稱(chēng)作"巴 基管")為六角形圖案的碳原子的長(zhǎng)而中空的陣列。其可由單壁碳原子制成，該單壁碳原子的形式也稱(chēng)作單壁納米管(SWNT)，其與滾壓到管 子中的單層石墨類(lèi)似。這種納米管的直徑通常為大約0.7到大約2納米，長(zhǎng) 為幾百微米，并且直徑為大約l納米。另一種形式的納米管稱(chēng)作多壁納米 管(MWNT)，其由多個(gè)碳原子的同心層制成，從而形成較厚的納米管。 這些納米管的直徑可為大約3到大約30納米，長(zhǎng)度類(lèi)似于直徑大約為10納 米的SWNT的長(zhǎng)度。碳納米管也可具有類(lèi)似銅或金的真金屬的合成電子結(jié) 構(gòu)。例如，其可通過(guò)在惰性環(huán)境下在兩個(gè)石墨電極之間施加來(lái)自弧焊機(jī) 的直流電弧放電制造。多壁碳納米管的一個(gè)示例為亥伯龍催化公司 (Hyperion Catalysis, Inc.)制造的FIBRILTM納米管，其直徑典型地為大 約10到12納米，并具有采用大約8層或者同心殼的碳原子的典型結(jié)構(gòu)。單 壁納米管的一個(gè)示例是由碳納米技術(shù)公司(Carbon Nanotechnologies， Inc.)制造的納米管。碳納米管已經(jīng)被用作聚合物基的基質(zhì)的主要導(dǎo)電添加劑，以便產(chǎn)生 通常在電子包裝中使用的抗靜電和電磁屏蔽以及吸收材料。在這些應(yīng)用 中將碳納米管作為添加劑的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，在聚合物基的基質(zhì)中達(dá)到一 定水平的傳導(dǎo)率所需的納米管的數(shù)量遠(yuǎn)低于用于其它導(dǎo)電填充材料的納 米管的數(shù)量。這是由于納米管的極高的長(zhǎng)寬比等于數(shù)千再加上其高的導(dǎo) 電率數(shù)。碳納米管自身也可組合成幾十到幾百串對(duì)齊的管，以形成更長(zhǎng) 的導(dǎo)電路徑，從而進(jìn)一步降低所需的填充物的量。通過(guò)能夠使用少量的 填充物材料，成本降低且對(duì)機(jī)械性能、如剛度的影響最小，從而產(chǎn)生柔 韌且易于安裝到建筑物中的導(dǎo)電管道1500。例如，為了獲得10到10,000 歐姆一厘米的導(dǎo)電率，基質(zhì)材料1502充填有按重量計(jì)大約1%到5%的碳 納米管1501 ，并且伴隨著碳納米管可更均勻分布在基質(zhì)聚合物材料中的 程度確定的一些變化。在一個(gè)實(shí)施例中，按重量計(jì)大約3.5%的碳納米管 被用于獲得大約10歐姆一厘米的體積傳導(dǎo)率水平。在將用于對(duì)VOCs進(jìn)行取樣的導(dǎo)電管道1500中用作填充材料1501的 碳納米管的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于吸附和解吸附的潛能最小化。這是由于納米 管的相對(duì)惰性以及事實(shí)上納米管不易于棄置于空氣流中或者為空氣流呈 現(xiàn)出較大的表面積。這是因?yàn)榧{米管的相對(duì)小直徑(其接近基質(zhì)/基體1502中的聚合物鏈的尺寸范圍)、其柔性、優(yōu)異的"潤(rùn)濕性"以及納米管與 基質(zhì)材料1502的長(zhǎng)聚合物鏈之間的纏結(jié)或混合從而有效地形成共混聚合物。在另一個(gè)實(shí)施例中，用作填充材料的碳基材料1501包括碳納米纖維。 納米纖維通常以類(lèi)似于制造碳納米管的工藝形成。有效地，碳納米纖維 可在開(kāi)始時(shí)為碳納米管，但是生長(zhǎng)有更多層或者碳原子殼，從而形成直 徑大約在70到300納米之間并可長(zhǎng)達(dá)幾百微米的管或者纖維。納米纖維的 制造商為派羅格拉夫產(chǎn)品公司(PyrographProducts, Inc.)，其生產(chǎn)的派 羅格拉夫(Pyrograph) 11I納米纖維大約為70到200納米寬以及大約50到 2100微米長(zhǎng)。納米纖維比碳納米管更便宜，但是需要較高的填料充填率， 如按重量計(jì)5 %到15 %的充填率。在另一個(gè)實(shí)施例中，用在基質(zhì)材料1502中的填充材料1501包括碳纖 維。商業(yè)上可購(gòu)得的結(jié)構(gòu)碳纖維衍生或源自于聚丙烯腈(PAN)纖維或 者特定的石油瀝青(瀝青纖維)，然后可被剁碎或碾磨，以用作導(dǎo)電聚 合物添加劑。PAN和瀝青衍生的碳纖維也被用作連續(xù)的強(qiáng)化物，以用于 結(jié)構(gòu)應(yīng)用。碳纖維典型地為5或10微米寬，60到300微米長(zhǎng)。為了獲得與前述相同的10到10,000歐姆一厘米，根據(jù)所需的填充性 能要求在炭黑和碳納米纖維之間按重量計(jì)10%到20%的充填率。在另一個(gè)實(shí)施例中，用在基質(zhì)材料1502中的填充材料1501包括石墨 顆粒。石墨是具有導(dǎo)電特性的碳的同素異形體。用于塑料的石墨填充材 料的一個(gè)示例是由SGL技術(shù)生產(chǎn)的傳導(dǎo)(Conductograph)石墨粉末。石墨可以粉末形式使用，其制成纖維，以降低填料充填百分率，或者與鎳結(jié)合使用，以形成如由加拿大阿爾伯達(dá)的威士汀阿姆貝恩公司(Westaim Ambeonof Alberta， Canada)制造的鎳石墨混合物。石墨也是相對(duì)化學(xué)惰 性的，其可有利地用于管道中，以測(cè)量VOCs。例如，使用鎳石墨混合物 填料以達(dá)到先前所述的10到10,000歐姆一厘米的體積電阻率，需要充填按 重量計(jì)大約40%到50%的石墨混合物，從而與上述的碳基材料相對(duì)，其處于高端充填要求中?；|(zhì)材料1502的理想化學(xué)特性包括柔性以及為不抽氣的惰性材料， 或者用作用于任何所需空氣參數(shù)的吸附劑材料，這些空氣參數(shù)將通過(guò)空 氣取樣系統(tǒng)測(cè)量，如VOCs。對(duì)于許多氣體或蒸氣的準(zhǔn)確空氣取樣而言， 需要這種低水平的吸附或解吸附能力。例如，通常用于氣動(dòng)管道的 DekoronTM低密度聚乙烯(LDPE)塑料是VOCs的吸附劑和吸收劑，并且 如果將要測(cè)量VOCs，則其不是適宜的基質(zhì)材料。類(lèi)似地，如果感興趣的 是濕度，則需要斥水材料，由此管道不會(huì)吸附/吸收或解吸附水蒸氣，該 水蒸氣可能危害低濕度或露點(diǎn)溫度測(cè)量的精確度。例如，為了測(cè)量低露 點(diǎn)， 一些形式的尼龍不是優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈冊(cè)诮⑵胶馕恢脮r(shí)的較長(zhǎng)潛 在延遲可能將嚴(yán)重遲滯引入測(cè)量系統(tǒng)，其中該潛在延遲潛在地需要幾天 時(shí)間來(lái)達(dá)到最終的平衡值。使基質(zhì)材料不可由氣體如C02、 CO和感興趣 的其它氣體和蒸氣滲透也是有利的。此外， 一些基質(zhì)材料1502可能與一 些形式的空氣參數(shù)傳感器不相容。例如，用于檢測(cè)如VOCs、 CO、臭氧 和烴的化合物的混合金屬氧化物半導(dǎo)體族傳感器可能與硅樹(shù)脂蒸氣接觸 時(shí)會(huì)被毀壞或受到不利影響。良好的耐蝕性也是期望的，由此被一些腐 蝕性氣體或試劑污染的空氣不會(huì)損害將釋放顆粒的取樣管組件的內(nèi)襯或 者損害內(nèi)壁的表面光潔度。最后，基質(zhì)材料1502應(yīng)當(dāng)具有以下特性，即 以便于碳基填充材料可以很容易地混合或復(fù)合到基質(zhì)混合物中，以產(chǎn)生混合起來(lái)的混合物，其均勻地分散填充材料，從而具有良好的表面?zhèn)鲗?dǎo) 率。也稱(chēng)作Kyna,的含氟聚合物PVDF (聚偏氟乙烯)是具有極低吸附/解吸附性、耐腐蝕性、水蒸氣和氣體不可滲透性、柔性、耐蝕性和與碳 基填充材料的相容性等特性的良好組合的基質(zhì)材料1502的一個(gè)示范性選擇。其也比具有類(lèi)似特性的其它基質(zhì)材料便宜，并且其適度或適中的熔 化溫度使得其擠出或模制更加容易和更便宜。其它適宜的基質(zhì)材料包括 但不限于其它含氟聚合物樹(shù)脂塑料，如PTFE、 FEP、 PFA、 PEEK、 EFTE、 CTFE、 ECTFE、 MFA、 THV和PEI。非含氟聚合物樹(shù)脂塑料也可為具有理想水平的上述物理、材料和化學(xué)特性的適宜基質(zhì)材料。管道1500的該實(shí)施例非常適合用作系統(tǒng)100 (圖l)中的管道105以及 星狀結(jié)構(gòu)系統(tǒng)1300 (圖13)中的管道1301，其提供了柔韌、易于安裝且 成本低的管道，并且具有良好的顆粒輸送特性以及低吸附和吸收特性， 從而容許精確地測(cè)量氣體、蒸氣或其它空氣參數(shù)。另外，本發(fā)明的管道 1500可可作為管道650結(jié)合或并入結(jié)構(gòu)化組件600 (圖6A)禾口900 (圖9) 中，因此，其可用在系統(tǒng)如700 (圖7) 、 800 (圖8)和IOOO (圖10A)中。 因?yàn)楣艿?500 (圖15)的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，其橫截面很容易被制造成 包含均勻分布的碳基填充材料，從而提供從管道內(nèi)表面1503向其外表面 1504的導(dǎo)電路徑。這使得管道1500非常適于在結(jié)構(gòu)化電纜組件1100 (圖 11)內(nèi)使用，使得可能在內(nèi)表面1503上出現(xiàn)的電荷能夠被傳導(dǎo)至外表面 1504，在該實(shí)施例中，該外表面1504也與護(hù)罩1101接觸，該護(hù)罩1101還 與排擾線1102電連接，該排擾線1102用于從管道傳導(dǎo)電荷。由于其有助 于最小化因電泳導(dǎo)致的顆粒掉落，這促進(jìn)了管道650/1500內(nèi)的良好顆粒輸 送特性。作結(jié)構(gòu)化組件600和900內(nèi)的管道650，以提供通向分立裝置和傳感器的電力、通信和信號(hào)連接，該分立裝置和 傳感器可置于遍布系統(tǒng)1300的不同房間和其它監(jiān)控位置處。以這種方式， 管道1500/650可應(yīng)用于組件600和900內(nèi)，以便于多點(diǎn)取樣系統(tǒng)1300內(nèi)的電 連接，例如，該多點(diǎn)取樣系統(tǒng)1300可以為適用于支持置于終端點(diǎn)1308 (圖 13)處的遠(yuǎn)程裝置的制冷劑或其它毒氣監(jiān)控系統(tǒng)，該遠(yuǎn)程裝置例如為溫 度和其它分立傳感器和裝置。圖16示出了管道1600的實(shí)施例，其為一共擠成型件，由外部擠出有 適宜的護(hù)套層1601的導(dǎo)電復(fù)合內(nèi)層1602組成。在一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)層1602 包括摻有碳基材料1605的聚偏氟乙烯(PVDF)基質(zhì)材料1604，該聚偏氟 乙烯(PVDF)也以商標(biāo)Kyna,公知。其它適宜的基質(zhì)材料包括但不限于 含氟聚合物樹(shù)脂塑料，如PTFE、 FEP、 PFA、 PEEK、 EFTE、 CTFE、 ECTFE、 MFA、 THV和PEI。取決于何種物質(zhì)可以充分地粘接到內(nèi)層1602的基質(zhì)材料1604上，外 部護(hù)套層1601可由不同塑料組成。在一個(gè)實(shí)施例中，外部護(hù)套層1604由 未填充的PVDF (非碳基材料)組成，內(nèi)層1602由摻有碳納米管的PVDF 組成。其它適宜的內(nèi)層填充材料包括其它碳基材料，如炭黑、碳納米纖 維和/或碳纖維。圖16所示的管道1600的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，其材料成本低于 圖15所示的管道1500的成本，這是因?yàn)閷?duì)于具有與管道1500相當(dāng)?shù)臋M截 面的管道1600而言，需要較少的碳基材料。由于目前按重量計(jì)碳納米管 遠(yuǎn)比多數(shù)塑料貴，因此這是很期望的。管道1600可被制成任何實(shí)際尺寸，以滿足具體應(yīng)用的需要。然而， 可能優(yōu)選的是，管道1600的外徑可以為標(biāo)準(zhǔn)尺寸，其可得到商業(yè)上可購(gòu) 得的快速連接形式的接頭、如John Guest Super Speedfit②的支持。盡管管 道幾乎可制成任何尺寸，管道外徑的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺寸為5/16英寸和3/8英寸。在一個(gè)實(shí)施例中，在管道1600的外徑為大約3/8英寸的情況下，內(nèi)徑的范 圍為大約l/4英寸至大約5/16英寸。在管道1600的外徑為大約5/16英寸的一 個(gè)示范性實(shí)施例中，其內(nèi)徑為大約l/4英寸?？梢岳斫?，內(nèi)層的厚度1603可以為任何實(shí)際值，以滿足具體實(shí)施例 的需要。然而，如上所述，可能有益的是，使內(nèi)層1602的厚度1603最小 化，以降低管道1600的總成本。內(nèi)層1602的一個(gè)示范性厚度1603為大約 O.OIO英寸，其它適宜的厚度范圍為大約0.005英寸到大約0.030英寸。可以 理解，由于出現(xiàn)了可替換的方式，以將管道件與系統(tǒng)互連，使得管道內(nèi) 徑與標(biāo)準(zhǔn)的帶倒鉤接頭(1/4英寸、5/16英寸，6毫米)相匹配可能是有利 的。另外，如果帶倒鉤接頭是導(dǎo)電的，如黃銅或不銹鋼接頭，則可以實(shí) 現(xiàn)系統(tǒng)的各部分/段與元件之間的電連接，這有助于使得沿著管道的長(zhǎng)度 積累起來(lái)的電荷最小化，并由此潛在地促進(jìn)更好的顆粒輸送效率。管道1600的實(shí)施例高度適用作系統(tǒng)100中的管道105以及星狀結(jié)構(gòu)的 系統(tǒng)1300中的管道1301,提供了柔韌、易于安裝和成本低的管道，且具有連同低吸附和吸收特性一起的良好的顆粒輸送特性。另外，本發(fā)明的 管道1600可作為管道650并入結(jié)構(gòu)化組件600和900內(nèi)部，因此，其可用在 系統(tǒng)如700、 800和1000中。在一個(gè)實(shí)施例中，護(hù)套層1601由塑料材料組成，其浸滲有導(dǎo)電材料 如細(xì)粒金屬，例如不銹鋼或其它適宜的材料，如炭黑或其它碳基材料。 通過(guò)使復(fù)合內(nèi)層1602和護(hù)套層1601均導(dǎo)電，管道1600的整個(gè)橫截面導(dǎo)電，從而容許管子的內(nèi)表面上的電荷被傳導(dǎo)到管子的外表面。管道1600的該 實(shí)施例可作為管道650而應(yīng)用于結(jié)構(gòu)化電纜組件1100 (圖ll)。在這種結(jié) 構(gòu)中，可能在管子1600/650的內(nèi)表面上發(fā)展的電荷傳導(dǎo)到管子的外表面， 該外表面與護(hù)罩1101接觸，該護(hù)罩1101與排擾線1102電連接，該排擾線 1102也用于將電荷傳導(dǎo)離開(kāi)管道。如前所述，由于其有助于使得因電泳導(dǎo)致的顆粒掉落最小化，這促進(jìn)650/1600內(nèi)的良好的顆粒輸送特性。這種 方案與組件1100內(nèi)使用管道1500相比的優(yōu)點(diǎn)在于，對(duì)內(nèi)層1603具有更少 臨界要求的較低成本的導(dǎo)電填充材料可用于護(hù)套層1601。因此，對(duì)于給 定管道而言，使管道沿其橫截面導(dǎo)電所需的更昂貴的導(dǎo)電填充材料如碳 納米管的橫截面積較少。本發(fā)明的管道1600還可用作結(jié)構(gòu)化組件600和900內(nèi)的管道650，以向 分立裝置和傳感器提供電力、通信以及信號(hào)連接，該分立裝置和傳感器 可置于整個(gè)系統(tǒng)1300的各房間和其它監(jiān)控位置處。以這種方式，管道 1600/650可用在組件600和卯0內(nèi)，以便于在多點(diǎn)取樣系統(tǒng)1300內(nèi)進(jìn)行電連 接，例如，該多點(diǎn)取樣系統(tǒng)1300可以為適用于支持置于終端點(diǎn)1308處的 遠(yuǎn)程裝置的制冷劑或其它毒氣監(jiān)控系統(tǒng)，該遠(yuǎn)程裝置例如為溫度和其它 分立傳感器和裝置。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解基于上述實(shí)施例的本發(fā)明的其它特征和 優(yōu)點(diǎn)。因而，除了由附屬權(quán)利要求書(shū)所指示的內(nèi)容，本發(fā)明不限于具體 示出和所描述的內(nèi)容。這里引用的所有公開(kāi)和參考文獻(xiàn)的全部?jī)?nèi)容均以 引用方式結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1. 一種輸送空氣樣品的方法，包括從第一位置獲取空氣樣品；在管道中將空氣樣品輸送到第二位置，所述管道包括導(dǎo)電內(nèi)層，該導(dǎo)電內(nèi)層具有碳納米管和碳納米纖維中的至少一個(gè)；以及利用傳感器測(cè)量空氣樣品的至少一個(gè)特性。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述管道沒(méi)有外層，只有 構(gòu)成管道的壁的整個(gè)厚度的內(nèi)層。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述管道包括不含大量碳 納米管的外層。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述內(nèi)層包括充填有按重 量計(jì)在百分之一和百分之六之間的碳納米管的基質(zhì)材料。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述基質(zhì)材料包括一種或 多種含氟聚合物樹(shù)脂塑料。
6. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，還包括將至少一個(gè)導(dǎo)體固 定到管道上，以提供信號(hào)、電力和通信中的一種或多種。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述管道為包括兩個(gè)或更 多個(gè)導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)化電纜組件的一部分。
8. —種空氣取樣系統(tǒng)，包括用于測(cè)量空氣樣品的至少一個(gè)特性的傳感器組；用于切換空氣樣品的進(jìn)氣閥；以及與所述進(jìn)氣閥和多個(gè)終端點(diǎn)相連的管道，空氣樣品從所述多個(gè)終端點(diǎn) 處獲取并經(jīng)由所述管道被輸送到所述傳感器組，其中至少一部分管道包 括具有碳納米管的導(dǎo)電內(nèi)層。
9. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管道沒(méi)有外層，只有 構(gòu)成管道的壁的整個(gè)厚度的內(nèi)層。
10. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管道包括不含大量 碳納米管的外層。
11. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)層包括充填有按 重量計(jì)在百分之一和百分之六之間的碳納米管的基質(zhì)材料。
12. 如權(quán)利要求ll所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述基質(zhì)材料包括一種或多種含氟聚合物樹(shù)脂塑料。
13. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)層的厚度在大約 0.005英寸到大約0.03英寸的范圍內(nèi)。
14. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器組測(cè)量關(guān)于 空氣樣品中的顆粒量的一些信息水平以及進(jìn)行VOCs、露點(diǎn)和二氧化碳水 平中的一個(gè)或多個(gè)的測(cè)量。
15. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括將至少一個(gè)導(dǎo)體 固定到管道上，以提供信號(hào)、電力和通信中的一種或多種。
16. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管道為包括兩個(gè)或 更多個(gè)導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)化電纜組件的一部分。
17. —種輸送空氣樣品的方法，包括 從第一位置獲取空氣樣品；在管道中將空氣樣品輸送到第二位置，所述管道包括粘附到基底上的 導(dǎo)電金屬內(nèi)襯；以及利用傳感器測(cè)量空氣樣品的至少 一個(gè)特性。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述金屬內(nèi)襯通過(guò)不銹 鋼進(jìn)行金屬化處理。
19. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述管道包括外部護(hù)套。
20. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述金屬內(nèi)襯包括鋁箔。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述鋁箔包括無(wú)水氧化 鋁表面。
22. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述金屬內(nèi)襯包括不銹 鋼箔片。
23. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述金屬內(nèi)襯包括金屬 化層。
24. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述金屬內(nèi)襯包括鍍鎳 銅箔。
25. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述金屬內(nèi)襯包括直接 沉積到所述基底上的箔層。
26. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述基底由聚酰胺薄膜 制成。
27. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括將至少一個(gè)導(dǎo)體 固定到所述管道上，以提供信號(hào)、電力和通信中的一種或多種。
28. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述管道為包括兩個(gè)或 更多個(gè)導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)化電纜組件的一部分。
29. —種空氣取樣系統(tǒng)，包括 測(cè)量空氣樣品的至少一個(gè)特性的傳感器組； 用于切換空氣樣品的進(jìn)氣閥；以及與所述進(jìn)氣閥和多個(gè)終端點(diǎn)相連的管道，空氣樣品從所述多個(gè)終端點(diǎn) 處獲取并經(jīng)由所述管道被輸送到所述傳感器組，其中，所述管道包括粘 附到所述基底上的導(dǎo)電金屬內(nèi)襯。
30. 如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述金屬內(nèi)襯通過(guò)不銹 鋼進(jìn)行金屬化處理。
31. 如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述金屬內(nèi)襯包括不銹 鋼箔片。
32. 如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述金屬內(nèi)襯包括鋁箔。
33. 如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器組測(cè)量關(guān)于 空氣樣品中的顆粒量的一些信息水平以及進(jìn)行VOCs、露點(diǎn)和二氧化碳水 平中的一個(gè)或多個(gè)的測(cè)量。
34. 如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管道為包括兩個(gè)或 更多個(gè)導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)化電纜組件的一部分。
35. —種空氣取樣系統(tǒng)，包括傳感器組，其包括兩個(gè)或更多個(gè)空氣參數(shù)傳感器，以測(cè)量空氣樣品的 多個(gè)特性；用于切換空氣樣品的進(jìn)氣閥；以及與所述進(jìn)氣閥和多個(gè)終端點(diǎn)相連的管道，空氣樣品從所述多個(gè)終端點(diǎn) 處獲取并經(jīng)由所述管道被輸送到所述傳感器組，其中，所述管道包括由 基質(zhì)材料組成的導(dǎo)電內(nèi)層，所述基質(zhì)材料充填有至少一種形式的碳基材 料。
36. 如權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述碳基材料包括炭黑。
37. 如權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述碳基材料包括碳納 米纖維。
38. 如權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述碳基材料包括碳纖維。
39. 如權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述碳基材料含有碳單 壁納米管。
40. 如權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述碳基材料含有碳多 壁納米管。
41. 如權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述碳基材料含有石墨。
42. 如權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管道沒(méi)有外層，只有構(gòu)成管道的壁的整個(gè)厚度的內(nèi)層。
43. 如權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管道包括不導(dǎo)電外層，該不導(dǎo)電外層不含大量碳基材料。
44. 如權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述基質(zhì)材料由含氟聚合物樹(shù)脂塑料制成。
45. 如權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述含氟聚合物塑料為 PVDF基材料。
46. 如權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器組測(cè)量關(guān)于 空氣樣品中的顆粒量的一些信息水平以及進(jìn)行VOCs、露點(diǎn)和二氧化碳水 平中的一個(gè)或多個(gè)的測(cè)量。
47. 如權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括將至少一個(gè)導(dǎo)體 固定到所述管道上，以提供信號(hào)、電力和通信中的一種或多種。
48. 如權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管道為包括兩個(gè)或 更多個(gè)導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)化電纜組件的一部分。
全文摘要
一種空氣監(jiān)控系統(tǒng)，其包括具有導(dǎo)電內(nèi)表面的管道。在一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)襯包括碳基材料，例如碳納米管。在另一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)電層粘附到基底上。
文檔編號(hào)G01N1/26GK101248345SQ200680027980
公開(kāi)日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2006年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月10日
發(fā)明者D·L·法林頓, E·M·德羅謝, G·P·夏普, M·D·弗蘭斯伯里 申請(qǐng)人:艾爾庫(kù)蒂公司