專利名稱：光電自動(dòng)控流空氣采樣儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種采樣儀，特別是一種光電自動(dòng)控流空氣采樣儀。
現(xiàn)有的空氣采樣儀，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)流的手段是用比抽吸空氣樣品實(shí)際需要大得多的抽吸泵功率，將大部分能量消耗在高阻力器件上，由于高阻力器件的存在，其它器件的阻力發(fā)生小的波動(dòng)對總的流路阻力影響不大，因而不會(huì)引起流量顯著的變動(dòng)。顯然，這類空氣采樣儀除了造成很大的能量浪費(fèi)，還造成抽吸泵在高負(fù)荷下運(yùn)行使用壽命大大縮短，高阻力器件的作用很有限，離開及時(shí)的人工調(diào)控流量就無法保障采樣作業(yè)質(zhì)量，難以完成長期連續(xù)采樣等等，這是一系列現(xiàn)場應(yīng)用的極大不便和人力、物力浪費(fèi)的問題。
人們經(jīng)常用眼睛觀察為轉(zhuǎn)子的位置變化(位移)作出推理判斷；例如流量計(jì)轉(zhuǎn)子的位置，電表頭指針的位置，溫度計(jì)水銀頭的位置等等。而許多場合下有用的位移信息是界量方式的－－即高于或低于某一界線。如用一個(gè)光源向一個(gè)光敏器件照射，并讓轉(zhuǎn)子在它們之間移動(dòng)，通過光敏器件的信號(hào)輸出，判斷光線是否被轉(zhuǎn)子遮擋必須設(shè)法使光源自身和外界背景光的光強(qiáng)基本穩(wěn)定；即便做到了這一點(diǎn)，但要判斷轉(zhuǎn)子出、入光路的方向，從而可靠地確定轉(zhuǎn)子在光路以外的哪一邊仍十分困難。即從檢測信號(hào)中難以確定轉(zhuǎn)子進(jìn)入界限區(qū)的方向和過程。因而未能制造出能自動(dòng)控流和穩(wěn)流的空氣采樣儀。
本實(shí)用新型的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種利用光電感應(yīng)能自動(dòng)監(jiān)控轉(zhuǎn)子流量計(jì)的轉(zhuǎn)子高度，從而可按指定流量自動(dòng)控流和穩(wěn)流完成采樣作業(yè)，高效節(jié)能的光電自動(dòng)控流空氣采樣儀。
本實(shí)用新型的目的可以通過以下措施來達(dá)到本實(shí)用新型包括轉(zhuǎn)子、抽吸泵、電源、殼體、提手、裝于面板上的第一路轉(zhuǎn)子流量計(jì)、第二路轉(zhuǎn)子流量計(jì)、運(yùn)行方式選擇鍵、定時(shí)器設(shè)置鍵盤、電源開關(guān)、定時(shí)器顯示屏，其特征在于還有光敏器件、檢測電路、分辨電路、邏輯分析電路、調(diào)制電路、驅(qū)動(dòng)電路，光敏器件、置于光源的照射之中，其輸出經(jīng)由檢測電路后成為互補(bǔ)差動(dòng)信號(hào)送到分辨電路，分辨電路的輸出經(jīng)由邏輯分析電路送到調(diào)制電路，調(diào)制電路的輸出通過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)抽吸泵。
本實(shí)用新型的目的還可以通過以下措施來達(dá)到光源、光敏器件、由透明塑料構(gòu)件夾持套在轉(zhuǎn)子流量計(jì)上的玻管外壁，并由蝸桿帶動(dòng)其升降，以調(diào)節(jié)采樣流量大小，轉(zhuǎn)子置于玻管內(nèi)。光源是一只發(fā)光二極管LED1，光敏器件是兩只光敏三極管U1、U2，發(fā)光二極管LED1發(fā)出的光可通過轉(zhuǎn)子照射到光敏三極管U1、U2上，電阻R1、電位器W1與發(fā)光二極管LED1串聯(lián)，光敏三極管U1、U2的集射極相串聯(lián)，形成檢測電路。光敏三極管U1的射極與U2的集電極相接，并與分辨電路里集成電路IC1中A1的3腳、A2的6腳相接，A1的1腳、A2的7腳分別和邏輯分析電路里集成電路IC2中Y1的6、4腳相接，A2的7腳與IC2中Y2的8腳相接，Y1的1腳與調(diào)制電路中集成電路IC3、IC4的1腳(U／D端)相接，Y2的10腳與IC3、IC4的9腳相接，調(diào)制電路里的雙頻脈沖振蕩器中集成電路IC6的10腳與IC3、IC4的15腳相接。調(diào)制電路中由1R1～1R7、2R0～2R8組成的梯形電阻網(wǎng)絡(luò)與電位器W4相接，W4的中點(diǎn)與IC1中A3的10腳相接，A3的8腳通過R8與IC1中A4的12腳相接。A4的14腳通過R12與集成電路IC7的1腳相接，IC7的4腳與抽吸泵及驅(qū)動(dòng)電路中IC8的4腳相接。


圖1為本實(shí)用新型的原理方框圖；圖2為本實(shí)用新型的外形結(jié)構(gòu)立體圖3為光源與光敏器件固定在轉(zhuǎn)子流量計(jì)玻管外壁的結(jié)構(gòu)圖；圖4為本實(shí)用新型的電原理圖。
本實(shí)用新型下面將結(jié)合附圖(實(shí)施例)作進(jìn)一步詳述參照圖1、圖2，本實(shí)用新型由光源1、光敏器件2、3、檢測電路4、轉(zhuǎn)子5、分辨電路6、邏輯分析電路7、調(diào)制電路8、驅(qū)動(dòng)電路9、抽吸泵10、第一路轉(zhuǎn)子流量計(jì)11、第二路轉(zhuǎn)子流量計(jì)12、運(yùn)行方式選擇鍵13、定時(shí)器設(shè)置鍵盤14、電源開關(guān)15、定時(shí)器顯示屏18、提手19、面板20、殼體21、電源22等組成。把光敏器件2、3置于同一光源1的照射之中，并通過檢測電路4將2、3的信號(hào)輸出形成互補(bǔ)差動(dòng)關(guān)系，使得光源1本身及外界背景光的波動(dòng)對檢測電路4輸出的擾動(dòng)降低到不影響判斷結(jié)果的程度。在這種情況下，轉(zhuǎn)子5的位置與檢測電路4的輸出之間存在有如附表1的對應(yīng)關(guān)系附表1
因此，可從檢測電路4的輸出中分辨出至少以下三種狀態(tài)(1)光敏器件3被遮擋，轉(zhuǎn)子5在B區(qū)(檢測電路4為＋差動(dòng))；(2)光敏器件2被遮擋，轉(zhuǎn)子5在D區(qū)(檢測電路4為－差動(dòng))；(3)光敏器件2和3都未被遮擋或被等量地遮擋，轉(zhuǎn)子5在A區(qū)或C區(qū)或E區(qū)(檢測電路4為0差動(dòng))。
雖然轉(zhuǎn)子5在A、C、E區(qū)只能得到同樣的信號(hào)(0差動(dòng))，不能孤立地作出判斷，但轉(zhuǎn)子經(jīng)光敏器件2或3入或出界限區(qū)的過程是能夠準(zhǔn)確可靠地指示它目前處在界限的哪一邊；即轉(zhuǎn)子5入B區(qū)而未到D區(qū)則必是仍在A、B、C區(qū)一邊；轉(zhuǎn)子5入D區(qū)而未到B區(qū)則必是仍在E、D、C區(qū)一邊，等等。
當(dāng)光源1、轉(zhuǎn)子5、光敏器件2和3的結(jié)構(gòu)、性能、系統(tǒng)的工作參數(shù)和它們之間的空間形式調(diào)整在某種匹配關(guān)系上時(shí)，可使轉(zhuǎn)子5在界限區(qū)上、下的判斷等效于在界限線上、下的判斷，實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)子5細(xì)少位移的監(jiān)控。
面板20上左右對稱裝有第一、二路轉(zhuǎn)子流量計(jì)11、12，中部裝有定時(shí)器設(shè)置鍵盤14、定時(shí)器顯示屏18、運(yùn)行方式選擇鍵13、電源開關(guān)15，殼體21上部裝有提手19；第一、二路轉(zhuǎn)子流量計(jì)11、12上分別裝有第一、二流路流量調(diào)節(jié)旋鈕16、17。
參照圖3，光源1(即紅外發(fā)光二極管LED1)與光敏器件2、3(即兩只紅外光敏三極管)由透明塑料構(gòu)件23夾持套在轉(zhuǎn)子流量計(jì)玻管24外壁，并由蝸桿25帶動(dòng)其升降以調(diào)節(jié)采樣流量的大小。
光源1的光線透過流量計(jì)的管壁照射到光敏器件2和3，轉(zhuǎn)子5的位置處在一只界視性的“眼睛”監(jiān)視之中。檢測電路4的輸出信號(hào)經(jīng)輸入一狀態(tài)分辨電路6識(shí)別出光敏器件2、3被轉(zhuǎn)子5遮擋的過程，然后由邏輯解析電路7判斷出轉(zhuǎn)子5的當(dāng)前位置，并指令調(diào)制電路8依流體流路特性調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路9，實(shí)時(shí)控制抽吸泵10抽力的增、減，使轉(zhuǎn)子5落在光敏單元(包括光源1、光敏器件2、3)界定的流量計(jì)刻度讀數(shù)之中；實(shí)現(xiàn)按預(yù)期流量進(jìn)行自動(dòng)控流、穩(wěn)流作業(yè)。同樣原理，沿流量計(jì)玻管壁移動(dòng)光敏單元，改變由其界定的流量計(jì)刻度讀數(shù)，就能改變采樣流量，從而根據(jù)需要完成不同采樣流量要求的作業(yè)。
參照圖4，分辨電路6包括集成電路IC1中的兩個(gè)運(yùn)算放大器A1、A2等，邏輯分析電路7包括集成電路IC2等；調(diào)制電路8包括集成電路IC3、IC4、IC5、IC6、梯形電阻網(wǎng)絡(luò)、集成電路IC1的兩個(gè)運(yùn)算放大器A3、A4、IC7等；驅(qū)動(dòng)電路包括IC8等。
圖4中，本設(shè)計(jì)采用簡單地將兩個(gè)紅外線光敏三極管U1和U2串連的做法，使其輸出等效于電源在U1和U2模擬電阻間的分壓，從而獲得互補(bǔ)差動(dòng)輸出。紅外發(fā)光二極管LED1或外界背景光的變化對U1和U2的影響基本等量，U1和U2模擬電阻間的分壓也就基本不變(互補(bǔ)作用)。當(dāng)轉(zhuǎn)子5遮擋U2，使其模擬電阻增大，U1保持不變，U1和U2模擬電阻間的分壓拉向電源電壓(Vcc)，光敏三極管U1、U2輸出為十差動(dòng)；反之，轉(zhuǎn)子5遮擋U1，使其模擬電阻增大，而U2保持不變，U1和U2模擬電阻間的分壓拉向地電平，光敏三極管U1和U2輸出為一差動(dòng)。調(diào)節(jié)電位器W1可改變流過紅外發(fā)光二極管LED1的電流。
當(dāng)電路通電，采樣開始時(shí)，流量計(jì)轉(zhuǎn)子5在預(yù)定流量以下(A區(qū))；U1、U2輸出為U0(約1／2Ucc)，A1輸出高電平，A2輸出低電平，Y1置位，IC3和IC4作加法計(jì)數(shù)，經(jīng)由1R1～1R7、2R0～2R8組成的梯形電阻網(wǎng)絡(luò)變換，A3緩沖，A4輸出電平漸升，使IC7(LT)的模擬電阻減少，激勵(lì)驅(qū)動(dòng)電路(IC8)使抽吸泵10電機(jī)增速，抽力上升，流量加大；由于Y2至此仍保持上電復(fù)位狀態(tài)，IC3和IC4以F1的頻率計(jì)數(shù)(IC5中G1、G2等組成的脈沖振蕩器振蕩頻率為F2，G3、G4組成的脈沖振蕩器的振蕩頻率為F1，至于是選通F1或F2由Y2的置位及IC6中的與非門I1、I2、I3決定)，電機(jī)增速較快。轉(zhuǎn)子5上升至B區(qū)光敏三極管U1、U2輸出拉向電源電壓Vcc，A1、A2輸出不變，泵抽力繼續(xù)增加。轉(zhuǎn)子5升至C區(qū)U1、U2輸出再為U0，A1、A2輸出不變，泵抽力繼續(xù)增加。轉(zhuǎn)子5升至D區(qū)，U1、U2輸出拉向地電平，A1和A2輸出翻轉(zhuǎn)，Y1復(fù)位，Y2置位，IC3和IC4以F2的頻率慢速作減法計(jì)數(shù)，使IC7(LT)的模擬電阻增大，激勵(lì)驅(qū)動(dòng)電路(IC8)使抽吸泵10的電機(jī)減速，抽力下降，流量減少。當(dāng)轉(zhuǎn)子回落到C區(qū)，U1、U2輸出又再為U0，A1和A2輸出翻轉(zhuǎn)，Y1置位，Y2不變，IC3和IC4以F2的頻率慢速作加法計(jì)數(shù)，電機(jī)重新加速，轉(zhuǎn)子5重新上升。如此反復(fù)循環(huán)。由于光敏三極管U1、U2非常敏感，加上IC3、IC4、IC7等構(gòu)成附合流體流路特性的調(diào)制，轉(zhuǎn)子5在C區(qū)與D區(qū)之間的允許波動(dòng)尺度很少，遠(yuǎn)低于影響空氣采樣定量精度的水平，所以得到了穩(wěn)定的采樣流量。本采樣儀還具自行糾錯(cuò)能力，當(dāng)流路發(fā)生大的擾動(dòng)使轉(zhuǎn)子5誤跳入E區(qū)，由于IC3和IC4的循環(huán)計(jì)數(shù)特點(diǎn)，電機(jī)會(huì)自行回到最低轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子5回落到C區(qū)以下，重新開始上述控流過程，使轉(zhuǎn)子5回到指定刻度，恢復(fù)正常采樣流量。
定時(shí)器設(shè)置鍵盤14和定時(shí)器顯示屏18在圖4中表示為TINER，接于電源開關(guān)與地之間，整個(gè)定時(shí)裝置可在市場買到。
集成電路IC2的型號(hào)為LN324；IC2的型號(hào)為CD4013；IC3、IC4的型號(hào)為CD4516；IC5、IC6的型號(hào)為CD4001；IC7型號(hào)為4N25；IC8的型號(hào)為AN6651。
本實(shí)用新型相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)1.可按指定流量自動(dòng)控流、穩(wěn)流完成采樣作業(yè)；直接實(shí)時(shí)控制泵的抽吸力，無需采用傳統(tǒng)的高阻穩(wěn)流，顯著地節(jié)省能源和提高泵的使用壽命。
2.操作簡化、作業(yè)質(zhì)量和效率大大提高，可進(jìn)行長期連續(xù)采樣。
3.結(jié)構(gòu)簡單、線路合理、性能穩(wěn)定，可為用戶的舊有型式空氣采樣儀加裝自動(dòng)控流功能。
權(quán)利要求1.一種光電自動(dòng)控流空氣采樣儀，包括轉(zhuǎn)子5、抽吸泵10、電源22、殼體21、提手19、裝于面板20上的第一路轉(zhuǎn)子流量計(jì)11、第二路轉(zhuǎn)子流量計(jì)12、運(yùn)行方式選擇鍵13、定時(shí)器設(shè)置鍵盤14、電源開關(guān)15、定時(shí)器顯示屏18，其特征在于還有光源1、光敏器件2、3、檢測電路4、分辨電路6、邏輯分析電路7、調(diào)制電路8、驅(qū)動(dòng)電路9，光敏器件2、3置于光源1的照射之中，其輸出經(jīng)由檢測電路4后成為互補(bǔ)差動(dòng)信號(hào)送到分辨電路6，分辨電路6的輸出經(jīng)由邏輯分析電路7送到調(diào)制電路8，調(diào)制電路8的輸出通過驅(qū)動(dòng)電路9驅(qū)動(dòng)抽吸泵10。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采樣儀，其特征在于光源1、光敏器件2、3由透明塑料構(gòu)件23夾持套在轉(zhuǎn)子流量計(jì)11、12上的玻管24外壁，并由蝸桿25帶動(dòng)其升降，以調(diào)節(jié)采樣流量大小，轉(zhuǎn)子5置于玻管24內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采樣儀，其特征在于光源1是一只發(fā)光二極管LED1，光敏器件2、3是兩只光敏三極管U1、U2，發(fā)光二極管LED1發(fā)出的光可通過轉(zhuǎn)子5照射到光敏三極管U1、U2上，電阻R1、電位器W1與發(fā)光二極管LED1串聯(lián)，光敏三極管U1、U2的集射極相串聯(lián)，形成檢測電路4。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采樣儀，其特征在于光敏三極管U1的射極與U2的集電極相接，并與分辨電路6里集成電路IC1中A1的3腳、A2的6腳相接，A1的1腳、A2的7腳分別和邏輯分析電路7里集成電路IC2中Y1的6、4腳相接，A2的7腳與IC2中Y2的8腳相接，Y1的1腳與調(diào)制電路8中集成電路IC3、IC4的1腳(U／D端)相接，Y2的10腳與IC3、IC4的9腳相接，調(diào)制電路8里的雙頻脈沖振蕩器中集成電路IC6的10腳與IC3、IC4的15腳相接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采樣儀，其特征在于調(diào)制電路8中由1R1～1R7、2R0～2R8組成的梯形電阻網(wǎng)絡(luò)與電位器W4相接，W4的中點(diǎn)與IC1中A3的10腳相接，A3的8腳通過R8與IC1中A4的12腳相接。A4的14腳通過R12與集成電路IC7的1腳相接，IC7的4腳與抽吸泵10及驅(qū)動(dòng)電路9中IC8的4腳相接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種光電自動(dòng)控流空氣采樣儀，它由光源、兩個(gè)光敏器件、檢測電路、轉(zhuǎn)子、分辨電路、邏輯分析電路、調(diào)制電路、驅(qū)動(dòng)電路、抽吸泵、電源、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、定時(shí)器、面板、殼體等組成。由于把兩個(gè)光敏器件置于光源的照射之中，并通過檢測電路將光敏器件的信號(hào)輸出形成互補(bǔ)差動(dòng)關(guān)系，并通過與其它控制電路配合，故能自動(dòng)監(jiān)控轉(zhuǎn)子流量計(jì)的轉(zhuǎn)子高度，按指定流量自動(dòng)控流、穩(wěn)流完成采樣作業(yè)。本實(shí)用新型高效節(jié)能，并可延長泵的使用壽命。
文檔編號(hào)G01N1/24GK2109567SQ92200950
公開日1992年7月8日 申請日期1992年1月17日 優(yōu)先權(quán)日1992年1月17日
發(fā)明者袁蘇春 申請人:袁蘇春