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便携式恒流空气采样泵的设计与实现

随着全球环境污染的加剧,世界各国越来越重视环保问题。对环境检测仪器的需求量也不断增加。在空气质量检测方面需要具有恒流性能的空气采样泵,而国内此种采样仪器尚未形成产品。在对恒流采样器的研究中主要有电控恒流和机械恒流两种方式。使用传感器检测气压的电控恒流方式,可以对空气中的粉尘进行采样,实现检测的自动化。对机械恒流的方法研究较少,机械恒流对仪器的密封性要求较高。但机械式恒流具有控制简单,精度高,成本低等特点。本文针对机械恒流方式做了研究。

恒流空气采样泵主要应用于大气采样。为了方便,通常在实验室环境下空载调节好流量,然后在室外采用带阻尼管的方式对大气进行采样。要求采样泵系统对于不同的阻尼能够输出相同的气体流量,这样只要计算出采样时间,就可以得出被采样气体的体积了。本系统提出的性能指标是:流量范围50~600m/min,4h采样时间内恒流精度±5%,驱动电压12V,功率2.4w。

采样泵通过一个机械溢流阀来实现输出流量恒定。动力泵提供充足、恒定的动力,在正常状态下,溢流阀都是部分开启的。当气路前端的采样管阻尼增大时,动力泵入口1处的气压降低,动力泵吸人气体流量减小,动力泵排气口2处的压强会随之降低,于是溢流阀出口4处放气量减小,恒流系统正是通过使动力泵排出流量减少量与溢流阀溢流流量减少量相抵消,来使整个气路流量恒定的。即:采样管阻尼增大时,2处减少的流量与4处减少的流量相等,以保证3处气体流量恒定。流量的大小由节流阀旋钮位置决定:当采样管阻尼不变,调节节流阀旋钮,使放气口口径减小时,节流阀两侧压差增大,即3处压强增大,这样会使溢流阀放气量增大,于是整个气路输出的气体流量就会减小。同样道理,节流阀放气口口径增大时,整个气路输出气体流量增大。

系统的软件要求能够显示运行时间,能够对采样模式,标定模式进行设定,同时能够定时开机,以最大限度的实现自动化。软件结构如图8所示。在标定的时候,操作者通过放气阀来调节气体流量,并通过流量计读出流量,标定结束后屏幕进入待机状态。把仪器带到实地采样的时候,启动仪器,仪器将显示运行的时间,也可以预定机器的运行时间。运行结束后系统显示运行时间5min,而后进入低功耗的待机状态,直到下一次有按键按下,则再次进入标定,采样的循环。

本采样泵采用机械恒流方式来代替电路控制恒流方式,使系统更加简洁,恒流性能更加稳定,精度更易控制,造价更加低廉。但在精度方面还有很大提升空间,这就需要对采样弹簧和气室橡胶性能做进一步的研究。在气体流量较大的时候精度也难以保证,因此对大流量恒流的研究也有待开展。