自動換膜TSP采樣系統(tǒng)

　　由式(3)可知，采樣流量的控制與壓差值、大氣壓值及采樣溫度值相關(guān)，其中，壓差值通過采樣泵的運行產(chǎn)生，其轉(zhuǎn)速的快慢直接影響壓差值的大小。而采樣泵的轉(zhuǎn)速與其供電電壓相關(guān)，供電電壓越高，轉(zhuǎn)速越快。因此，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的采樣流量需根據(jù)壓差傳感器的數(shù)值閉環(huán)調(diào)節(jié)采樣泵的供電電壓。采樣泵的供電電壓最大為AC220V，通過可控硅及其外接電路以調(diào)節(jié)PWM占空比的方式進(jìn)行電壓的調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)采用斬控式交流調(diào)壓電路[2]，全控器件選擇雙向可控硅BTA16-600B，控制其導(dǎo)通和關(guān)閉的信號通過MOC3061輸入。為保證控制的精確度，需采集正弦交流電的過零點，用于給微控制器提供一個標(biāo)準(zhǔn)，從而在進(jìn)行斬控時，通過PWM調(diào)節(jié)可控硅的導(dǎo)通角以進(jìn)行電壓的調(diào)節(jié)。過零點檢測電路如圖4所示。

　　通過時基電路LM555比較GND與AC220V的單相正弦波電壓，當(dāng)AC電壓接近0V時，LM555的OUT端以高電平輸出;當(dāng)AC電壓高于0V時，OUT端以低電平輸出，OUT端通過反相器74HC04接至微控制器的中斷口上，當(dāng)外部正弦波AC220V過零點時，產(chǎn)生一個下降沿觸發(fā)微控制器中斷響應(yīng)，用以提供PWM脈寬調(diào)節(jié)的基點。由于市電的頻率為50Hz，因此，過零點的頻率為100Hz，則單個PWM的周期為10ms，以此調(diào)整其占空比即可進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。

2.4 軟件編制

　　本設(shè)計軟件用C語言編寫，主要包括流量的閉環(huán)控制及采樣體積的計算。

　　濾膜機(jī)構(gòu)切換定位過程采用串級階躍響應(yīng)控制算法，將采樣完畢的濾膜機(jī)構(gòu)定位控制的最終輸出作為當(dāng)前采樣濾膜機(jī)構(gòu)定位控制的給定值輸入，以此完成濾膜機(jī)構(gòu)的切換和定位，實現(xiàn)定值7天的連續(xù)采樣。

3 機(jī)械設(shè)計

　　機(jī)械設(shè)計方面，主要是自動換膜機(jī)構(gòu)的設(shè)計。自動換膜機(jī)構(gòu)包括采樣頭、換膜轉(zhuǎn)盤、推力球軸承、軸承托盤、法蘭、轉(zhuǎn)盤電機(jī)、絲杠夾緊機(jī)構(gòu)、可動聯(lián)接環(huán)、固定聯(lián)接環(huán)、可伸縮PVC聯(lián)接器、限位、機(jī)箱和支架等機(jī)構(gòu)。采樣頭位于換膜機(jī)箱的外部，是采樣氣體的入口;換膜轉(zhuǎn)盤設(shè)有七個濾膜安裝工位，且各個工位沿徑向均勻分布，上下各設(shè)有一層形狀和尺寸與換膜轉(zhuǎn)盤完全相同的橡膠密封墊;換膜轉(zhuǎn)盤底部設(shè)有七個限位撞塊，和限位開關(guān)配合使用，用于轉(zhuǎn)盤精準(zhǔn)定位;推力球軸承位于換膜轉(zhuǎn)盤和轉(zhuǎn)盤電機(jī)輸出軸之間，用于支撐換膜轉(zhuǎn)盤，使其在電機(jī)旋轉(zhuǎn)時保持平穩(wěn)的運行狀態(tài);軸承托盤固定于轉(zhuǎn)盤電機(jī)上，用于支撐推力球軸承;法蘭一端與換膜轉(zhuǎn)盤連接，另外一端穿過推力球軸承與電機(jī)連接;轉(zhuǎn)盤電機(jī)垂直固定于機(jī)箱底部;絲杠夾緊機(jī)構(gòu)安裝在換膜機(jī)箱側(cè)壁上，絲杠夾緊機(jī)構(gòu)上下各設(shè)有一組滑塊，且兩組滑塊轉(zhuǎn)向相反，在每個滑塊上各設(shè)有一個卡箍，用于固定可動聯(lián)接環(huán)，可動聯(lián)接環(huán)通過可伸縮PVC連接器與固定聯(lián)接環(huán)相連，保證裝置的密封性和可移動性。絲杠夾緊機(jī)構(gòu)底部設(shè)有步進(jìn)電機(jī)，在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動下，兩組可動聯(lián)接環(huán)在垂直方向做雙向往復(fù)運動，通過上下兩層密封橡膠墊的共同作用，進(jìn)而實現(xiàn)濾膜機(jī)構(gòu)的夾緊和密封功能。在滑塊的極限位置設(shè)有傳感器，可防止運行過程中損壞設(shè)備。

4 結(jié)論

　　本項目設(shè)計了分時控制自動換膜系統(tǒng)。采集端圓形轉(zhuǎn)盤配合絲杠夾緊機(jī)構(gòu)，通過步進(jìn)電機(jī)，實現(xiàn)七個采樣濾膜的精確定位和自動切換，結(jié)合硬件電路和軟件算法控制，完成對大氣中的總懸浮顆粒物的采集，實現(xiàn)7×24小時連續(xù)采樣，為現(xiàn)有的工作人員提供便利的同時，節(jié)省人力和物力，提高工作效率。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]HJ93-2013環(huán)境空氣顆粒物(PM10 和PM2.5)采樣器技術(shù)要求及檢測方法

　　[2]王兆安,黃俊.電力電子技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

　　本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第6期第62頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。