CN106442199B - 一种振荡天平全自动开关腔体及控制方法 - Google Patents

一种振荡天平全自动开关腔体及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种振荡天平全自动开关腔体及控制方法，包括保温腔，所述保温腔的正面设有启闭门，所述启闭门的表面设有小窗，所述保温腔的内腔设有主腔体，所述主腔体的顶部连接有上端盖，所述上端盖的两侧均连接有支撑杆，所述上端盖上安装有测距模块，所述主腔体内侧的底部设有下端盖，所述主腔体的底部连接有紧固装置，所述紧固装置和主腔体之间装有核心振荡单元，所述主腔体内部的左侧设有导轨，所述导轨的内侧活动连接有直线轴承，所述导轨的底部连接有固定板，所述带丝杆步进电机的丝杆中部通过螺母与主腔体连接，所述保温腔的底部连接有控制电路板。本发明具备自动化打开腔体的优点，解决了滤膜更换时对腔体工作温度环境造成的影响。

Description

一种振荡天平全自动开关腔体及控制方法
技术领域
本发明涉及环境检测技术领域，具体为一种振荡天平全自动开关腔体及控制方法。
背景技术
颗粒物是大气中的主要污染物之一。其中粒径较小的颗粒物，特别是粒径≤2.5μm的颗粒富含大量的有毒、有害物质，且在大气中的停留时间长、输送距离远是大气污染的元凶。这些颗粒物会干扰肺部的气体交换，引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病。
目前对大气中微小颗粒物的检测和分析方法已经发展了多种，常用的方法有人工滤膜称重法、光散射法、压电晶体法、β射线法和振荡天平法。其中振荡天平法能够对大气颗粒物进行实时监测、且测量精度高、环境适应能力强等特点在环境监测领域被广泛使用。
振荡天平法实时测量颗粒物浓度的精度来源于振荡天平腔体温度的稳定性和均匀性；同时该方法测量颗粒物浓度时需要定期更换滤膜，更换过程中如何实现对腔体温度的波动最小；再次保持腔体开关的自动化更有利于操作人员的使用；最后当腔体出现异常能够通过相关的APP实时报警。
振荡天平法在测量颗粒物的浓度后，需要打开腔体，更换滤膜，目前振荡天平法不能够自动化打开和关闭腔体，更换滤膜时会降低测量效率，从而影响颗粒浓度的检测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种振荡天平全自动开关腔体及控制方法，具备自动化打开腔体的优点，解决了滤膜更换过程中温度环境恢复慢的缺点。
为实现上述目的，本发明第一方面提供一种振荡天平全自动开关腔体及控制方法，包括保温腔，所述保温腔的正面设有启闭门，所述启闭门的表面设有小窗，所述保温腔的内腔设有主腔体，所述主腔体的顶部连接有上端盖，所述上端盖顶部的表面设有测距模块，所述上端盖的两侧均连接有支撑杆，所述主腔体内侧的底部设有下端盖，所述主腔体底部连接有紧固装置，所述紧固装置的顶部连接有核心振荡单元，所述主腔体内部的左侧设有导轨，所述导轨的内侧活动连接有直线轴承，所述导轨的顶部与上端盖相连，所述导轨的底部连接有固定板，所述固定板内部的右侧贯穿连接有带丝杆步进电机，所述带丝杆步进电机的贯穿主腔体并延伸至上腔，所述带丝杆步进电机的丝杆中部通过螺母与主腔体连接，所述主腔体信号连接有控制电路板。
优选的，所述导轨贯穿主腔体并延伸至上端盖的内侧。
优选的，所述测距模块位于上端盖顶部的表面。
优选的，所述上端盖的表面设有上限位开关，所述固定板顶部的左侧设有下限位开关。
优选的，所述核心振荡单元位于主腔体和下端盖形成的内腔中。
优选的，所述支撑杆位于主腔体的两侧，所述固定板的两侧均与支撑杆的内侧连接。
优选的，主腔体、上端盖和下端盖分别装有加温装置和测温装置，且所述加温装置和测温装置均与控制电路板信号连接，用于保持主腔体内的温度环境。
本发明第二方面提供一种振荡天平全自动开关腔体的控制方法，包括如下步骤：
S1、当接收到控制电路板(16)发送的开主腔体(4)命令，带丝杆步进电机(14)通过丝杆缓慢带动主腔体(4)下移，此时测距模块(6)监控主腔体(4)距上端盖(5)的间距，当达到设定间距的时候，系统发出信号提醒操作人员更换滤膜；
S2、操作人员打开启闭门(2)上的小窗(3)，更换滤膜；
S3、系统发出关闭主腔体(4)的指令，带丝杆步进电机(14)通过丝杆缓慢带动主腔体(4)上移，直到碰到上限位开关(17)为止。
所述步骤S2中，通过开关时间和外部温度的计算，估算开启主腔体(4)后的加热功率P，以保证更换滤膜期间温度的稳定性，加热功率P的计算方法为：
P＝P0+a*l*(T0-T)+b*l2*(T0-T)-c*(T'-T0),
其中:P0为稳定在设定温度的主腔体(4)闭合时的加热功率；l为主腔体(4)开启距离的大小；a，b,c为待定系数；T0为主腔体(4)的设定温度，T为当前的室温,T'为主腔体(4)实际测量的温度；
由于闭合时主腔体(4)的温度采用的是PID控制，当接收到打开主腔体(4)命令时，先保存闭合动态控制获得的p、i和d值以及当前时刻的偏差e0、前一时刻的偏差e1和积分结果InSum；然后通过测距模块获得主腔体(4)开启距离的大小l；再获得当前的室温T，设定温度T0和主腔体(4)实际测量的温度T'，并根据上述计算方法计算当前应提供的加热功率P；最后，当主腔体(4)关闭以后，延迟一段时间t后再转换到主腔体(4)闭合时的温控方案，并恢复原先保存的参数p、i、d、e0、e1和InSum。
当腔体发生故障时，控制电路板(16)上的网络模块向操作人员的手机发送故障代码信号。
当腔体开关超过设定时间时，提醒操作员校对温度环境是否被破坏。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明通过核心振荡单元与紧固装置的配合使用，使得核心振荡单元通过紧固装置固定在下端盖时，紧固装置和下端盖能够保证核心振荡单元温度的稳定性，从而提高颗粒浓度检测的效果，通过带丝杆步进电机与直线轴承的配合使用，使得带丝杆步进电机在转动时，带丝杆步进电机能够带动下端盖向下移动，从而实现主腔体能够自动打开和关闭的效果，通过保温腔上启闭门与小窗的使用，使得启闭门与小窗能够减少腔体内温度的波动，从而提高更换滤膜后的效果。
2、本发明通过带丝杆步进电机与固定板的使用，使得带丝杆步进电机能够提供恒定的压力，从而进一步提高腔体运行过程中的稳定性，通过控制电路板的使用，使得腔体在发生故障时，控制电路板能够发送故障代码信号，从而克服传统的振荡天平需要操作人员巡视检查的过程。
3、通过不同的控制算法联合应用，以及参数的合理调整，有效提高打开主腔体更换滤膜以后系统工作温度环境的快速恢复。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明内部结构示意图。
图中：1保温腔、2启闭门、3小窗、4主腔体、5上端盖、6测距模块、7支撑杆、8下端盖、9紧固装置、10核心振荡单元、11导轨、12直线轴承、13固定板、14带丝杆步进电机、15螺母、16控制电路板、17上限位开关、18下限位开关。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种振荡天平全自动开关腔体及控制方法，包括保温腔1，保温腔1的正面设有启闭门2，启闭门2的表面设有小窗3，通过保温腔1上启闭门2与小窗3的使用能有效降低主腔体温度的波动，从而提高更换滤膜后主腔体工作温度环境的快速恢复，保温腔1的内腔设有主腔体4，主腔体4的顶部连接有上端盖5，上端盖5顶部的表面设有测距模块6，测距模块6设于上端盖5上，上端盖5的两侧均连接有支撑杆7，两个支撑杆7位于主腔体4的两侧，通过支撑杆7的使用，使得两个支撑杆7通过上端盖5与固定板13构成了主腔体4的框架结构，固定板13的两侧均与支撑杆7的内侧连接，主腔体4内侧的底部设有下端盖8，主腔体4底部连接有紧固装置9，紧固装置9的顶部连接有核心振荡单元10，核心振荡单元10位于主腔体4和下端盖8形成的内腔中，主腔体4和下端盖8构成的内腔能够保证核心振荡单元10温度的稳定性，从而提高颗粒浓度检测的效果，主腔体4内部的左侧设有导轨11，导轨11的内侧活动连接有直线轴承12，导轨11贯穿主腔体4并延伸至上端盖5的内侧，导轨11的顶部与上端盖5相连，导轨11的底部连接有固定板13，上端盖5的表面设有上限位开关17，固定板13顶部的左侧设有下限位开关18，固定板13内部的右侧贯穿连接有带丝杆步进电机14，通过带丝杆步进电机14与导轨11的配合使用，使得带丝杆步进电机14在转动时带动主腔体4上下自由移动，从而实现主腔体4能够自动打开和关闭的效果，通过带丝杆步进电机14与固定板13的使用，使得带丝杆步进电机14能够提供恒定的压力，从而进一步提高腔体运行过程中的稳定性，带丝杆步进电机14的贯穿主腔体4并延伸至上腔，带丝杆步进电机14的丝杆中部通过螺母15与主腔体4连接，主腔体4信号连接有控制电路板16，通过控制电路板16的使用，使得腔体在发生故障时，控制电路板16能够发送故障代码信号，从而克服传统的振荡天平需要操作人员巡视检查的过程，电路控制板16也可以外置。
主腔体4、上端盖5和下端盖8分别装有加温装置和测温装置，且所述加温装置和测温装置均与控制电路板16信号连接，用于保持主腔体4内的温度环境。
控制时，包括如下步骤：
S1、当接收到控制电路板16发送的开主腔体4命令，带丝杆步进电机14通过丝杆缓慢带动主腔体4下移，此时测距模块6监控主腔体4距上端盖5的间距，当达到设定间距的时候，系统发出信号提醒操作人员更换滤膜；
S2、操作人员打开启闭门2上的小窗3，更换滤膜；
S3、系统发出关闭主腔体4的指令，带丝杆步进电机14通过丝杆缓慢带动主腔体4上移，直到碰到上限位开关17为止。
所述步骤S2中，通过开关时间和外部温度的计算，估算开启主腔体4后的加热功率P，以保证更换滤膜期间温度的稳定性，加热功率P的计算方法为：
P＝P0+a*l*(T0-T)+b*l2*(T0-T)-c*(T'-T0),
其中:P0为稳定在设定温度的主腔体4闭合时的加热功率；l为主腔体4开启距离的大小；a，b,c为待定系数；T0为主腔体4的设定温度，T为当前的室温,T'为主腔体4实际测量的温度；
由于闭合时主腔体4的温度采用的是PID控制，当接收到打开主腔体4命令时，先保存闭合动态控制获得的p、i和d值以及当前时刻的偏差e0、前一时刻的偏差e1和积分结果InSum；然后通过测距模块获得主腔体4开启距离的大小l；再获得当前的室温T，设定温度T0和主腔体4实际测量的温度T'，并根据上述计算方法计算当前应提供的加热功率P；最后，当主腔体4关闭以后，延迟一段时间t后再转换到主腔体4闭合时的温控方案，并恢复原先保存的参数p、i、d、e0、e1和InSum。
当腔体发生故障时，控制电路板16上的网络模块向操作人员的手机发送故障代码信号。
当腔体开关超过设定时间时，提醒操作员校对温度环境是否被破坏。
综上所述，该振荡天平全自动开关腔体及控制方法，通过带丝杆步进电机14的使用，解决了滤膜更换时对腔体工作温度环境造成的影响。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种振荡天平全自动开关腔体，包括保温腔(1)，其特征在于：所述保温腔(1)的正面设有启闭门(2)，所述启闭门(2)的表面设有小窗(3)，所述保温腔(1)的内腔设有主腔体(4)，所述主腔体(4)的顶部连接有上端盖(5)，所述上端盖(5)顶部的表面设有测距模块(6)，所述上端盖(5)的两侧均连接有支撑杆(7)，两个所述支撑杆(7)位于主腔体(4)的两侧，支撑杆(7)的底部内侧连接固定板(13)，主腔体(4)设置在支撑杆(7)、上端盖(5)和固定板(13)构成的框架内，所述主腔体(4)内侧的底部设有下端盖(8)，所述主腔体(4)内在下端盖(8)上连接有紧固装置(9)，所述紧固装置(9)的顶部连接有核心振荡单元(10)，所述主腔体(4)内部的左侧设有导轨(12)，所述导轨(12)活动连接有直线轴承(11)，所述导轨(12)的顶部与上端盖(5)相连，所述导轨(12)的底部连接固定板(13)，所述固定板(13)内部的右侧贯穿连接有带丝杆步进电机(14)，所述带丝杆步进电机(14)的贯穿主腔体(4)并延伸至上端盖(5)，所述带丝杆步进电机(14)的丝杆中部通过螺母(15)与主腔体(4)连接，所述主腔体(4)信号连接有控制电路板(16)，所述导轨(12)贯穿主腔体(4)并延伸至上端盖(5)的内侧，所述测距模块(6)设于上端盖(5)上，所述上端盖(5)的表面设有上限位开关(17)，所述固定板(13)顶部的左侧设有下限位开关(18)。
2.根据权利要求1所述的一种振荡天平全自动开关腔体，其特征在于：所述核心振荡单元(10)位于主腔体(4)和下端盖(8)形成的内腔中。
3.一种如权利要求1所述的振荡天平全自动开关腔体的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、当接收到控制电路板(16)发送的打开主腔体(4)命令时，带丝杆步进电机(14)通过丝杆缓慢带动主腔体(4)下移，此时测距模块(6)监控主腔体(4)距上端盖(5)的间距，当达到设定间距的时候，系统发出信号提醒操作人员更换滤膜；
S2、操作人员打开启闭门(2)上的小窗(3)，更换滤膜；
S3、系统发出关闭主腔体(4)的指令，带丝杆步进电机(14)通过丝杆缓慢带动主腔体(4)上移，直到碰到上限位开关(17)为止。
4.根据权利要求3所述的一种振荡天平全自动开关腔体的控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，通过开关时间和外部温度的计算，估算开启主腔体(4)后的加热功率P，以保证更换滤膜期间温度的稳定性，加热功率P的计算方法为：
P＝P0+a*l*(T0-T)+b*l2*(T0-T)-c*(T′-T0),
其中:P0为稳定在设定温度的主腔体(4)闭合时的加热功率；l为主腔体(4)距上端盖(5)的间距；a，b,c为待定系数；T0为主腔体(4)的设定温度，T为当前的室温,T′为主腔体(4)实际测量的温度。
5.根据权利要求4所述的一种振荡天平全自动开关腔体的控制方法，其特征在于，当主腔体(4)发生故障时，控制电路板(16)上的网络模块向操作人员的手机发送故障代码信号。
6.根据权利要求5所述的一种振荡天平全自动开关腔体的控制方法，其特征在于，当主腔体(4)开关超过设定时间时，提醒操作员校对温度环境是否被破坏。
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