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　　由式(3)可知，采样流量的控制与压差值、大气压值及采样温度值相关，其中，压差值通过采样泵的运行产生，其转速的快慢直接影响压差值的大小。而采样泵的转速与其供电电压相关，供电电压越高，转速越快。因此，调节系统的采样流量需根据压差传感器的数值闭环调节采样泵的供电电压。采样泵的供电电压最大为AC220V，通过可控硅及其外接电路以调节PWM占空比的方式进行电压的调节。本系统采用斩控式交流调压电路[2]，全控器件选择双向可控硅BTA16-600B，控制其导通和关闭的信号通过MOC3061输入。为保证控制的精确度，需采集正弦交流电的过零点，用于给微控制器提供一个标准，从而在进行斩控时，通过PWM调节可控硅的导通角以进行电压的调节。过零点检测电路如图4所示。

　　通过时基电路LM555比较GND与AC220V的单相正弦波电压，当AC电压接近0V时，LM555的OUT端以高电平输出;当AC电压高于0V时，OUT端以低电平输出，OUT端通过反相器74HC04接至微控制器的中断口上，当外部正弦波AC220V过零点时，产生一个下降沿触发微控制器中断响应，用以提供PWM脉宽调节的基点。由于市电的频率为50Hz，因此，过零点的频率为100Hz，则单个PWM的周期为10ms，以此调整其占空比即可进行电压调节。

2.4 软件编制

　　本设计软件用C语言编写，主要包括流量的闭环控制及采样体积的计算。

　　滤膜机构切换定位过程采用串级阶跃响应控制算法，将采样完毕的滤膜机构定位控制的最终输出作为当前采样滤膜机构定位控制的给定值输入，以此完成滤膜机构的切换和定位，实现定值7天的连续采样。

3 机械设计

　　机械设计方面，主要是自动换膜机构的设计。自动换膜机构包括采样头、换膜转盘、推力球轴承、轴承托盘、法兰、转盘电机、丝杠夹紧机构、可动联接环、固定联接环、可伸缩PVC联接器、限位、机箱和支架等机构。采样头位于换膜机箱的外部，是采样气体的入口;换膜转盘设有七个滤膜安装工位，且各个工位沿径向均匀分布，上下各设有一层形状和尺寸与换膜转盘完全相同的橡胶密封垫;换膜转盘底部设有七个限位撞块，和限位开关配合使用，用于转盘精准定位;推力球轴承位于换膜转盘和转盘电机输出轴之间，用于支撑换膜转盘，使其在电机旋转时保持平稳的运行状态;轴承托盘固定于转盘电机上，用于支撑推力球轴承;法兰一端与换膜转盘连接，另外一端穿过推力球轴承与电机连接;转盘电机垂直固定于机箱底部;丝杠夹紧机构安装在换膜机箱侧壁上，丝杠夹紧机构上下各设有一组滑块，且两组滑块转向相反，在每个滑块上各设有一个卡箍，用于固定可动联接环，可动联接环通过可伸缩PVC连接器与固定联接环相连，保证装置的密封性和可移动性。丝杠夹紧机构底部设有步进电机，在步进电机的驱动下，两组可动联接环在垂直方向做双向往复运动，通过上下两层密封橡胶垫的共同作用，进而实现滤膜机构的夹紧和密封功能。在滑块的极限位置设有传感器，可防止运行过程中损坏设备。

4 结论

　　本项目设计了分时控制自动换膜系统。采集端圆形转盘配合丝杠夹紧机构，通过步进电机，实现七个采样滤膜的精确定位和自动切换，结合硬件电路和软件算法控制，完成对大气中的总悬浮颗粒物的采集，实现7×24小时连续采样，为现有的工作人员提供便利的同时，节省人力和物力，提高工作效率。

　　参考文献：

　　[1]HJ93-2013环境空气颗粒物(PM10 和PM2.5)采样器技术要求及检测方法

　　[2]王兆安,黄俊.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2000.

　　本文来源于威廉希尔 官网app 2017年第6期第62页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。

关键词： 分时控制 自动换膜 恒流采样 201706