自動換膜TSP采樣系統

　　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，其中，壓差值通過采樣泵的運行產生，其轉速的快慢直接影響壓差值的大小。而采樣泵的轉速與其供電電壓相關，供電電壓越高，轉速越快。因此，調節系統的采樣流量需根據壓差傳感器的數值閉環調節采樣泵的供電電壓。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節PWM占空比的方式進行電壓的調節。本系統采用斬控式交流調壓電路[2]，全控器件選擇雙向可控硅BTA16-600B，控制其導通和關閉的信號通過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準，從而在進行斬控時，通過PWM調節可控硅的導通角以進行電壓的調節。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AC電壓接近0V時，LM555的OUT端以高電平輸出;當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，當外部正弦波AC220V過零點時，產生一個下降沿觸發微控制器中斷響應，用以提供PWM脈寬調節的基點。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，以此調整其占空比即可進行電壓調節。

2.4 軟件編制

　　本設計軟件用C語言編寫，主要包括流量的閉環控制及采樣體積的計算。

　　濾膜機構切換定位過程采用串級階躍響應控制算法，將采樣完畢的濾膜機構定位控制的最終輸出作為當前采樣濾膜機構定位控制的給定值輸入，以此完成濾膜機構的切換和定位，實現定值7天的連續采樣。

3 機械設計

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

4 結論

　　本項目設計了分時控制自動換膜系統。采集端圓形轉盤配合絲杠夾緊機構，通過步進電機，實現七個采樣濾膜的精確定位和自動切換，結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7×24小時連續采樣，為現有的工作人員提供便利的同時，節省人力和物力，提高工作效率。

　　參考文獻：

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

　　[2]王兆安,黃俊.電力電子技術[M].北京:機械工業出版社,2000.

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