CN107436269B - 一种挥发性颗粒物浓度检测装置、控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种挥发性颗粒物浓度检测装置、控制系统及方法，所述装置包括气体样品输送系统、颗粒物捕集系统、自动换膜系统、挥发性颗粒物补偿系统、控制系统，其通过气体样品输送系统输送气体，然后在颗粒物捕集系统中对气体中的颗粒物进行采集，然后通过自动换膜系统实现滤膜连续、自动的更换，最后通过挥发性颗粒物补偿系统对被采集完毕颗粒物的气体进行采集，且在整个过程中，通过控制系统对装置的各部分进行控制。通过自动换膜系统能够实时更换滤膜，在挥发性颗粒物补偿系统中采用的多级冲击式采样器，其内部形成多级空腔，冷却水能够最大限度的对异型孔内空气进行冷却，能够避免挥发性颗粒物冷却凝结在异型孔的内壁上，保证测量结果的准确性。

Description

一种挥发性颗粒物浓度检测装置、控制系统及方法

技术领域：

本发明涉及一种颗粒物检测装置，具体涉及一种挥发性颗粒物浓度检测装置、控制系统及方法。

背景技术：

在生产生活的许多领域中，空气颗粒物的污染日益严重，威胁着大气能见度和人们的身体健康，准确监测是对其进行治理的前提。例如工厂烟道中排放的颗粒物的检测；环境中大气粉尘的检测；矿下易燃易爆粉尘的检测；以及商用或者家用的空气净化设备的颗粒物传感器等。

为此，越来越多的研究者致力于开发室内空气中颗粒物去除的技术与产品。空气颗粒物质量浓度检测方法主要有震荡天平法、Beta射线法和Beta射线光浊度法。为了减小空气温度湿度对测量结果的影响，各检测方法均通过动态加热系统。其中，空气部分颗粒物质本身性质不稳定，易挥发。采用加热方法会造成气体中挥发性颗粒物的损失，使测量结果值偏低，对实验测量结果准确度造成很大影响。

目前，我国企业开发的空气颗粒物浓度检测装置对挥发性颗粒物补偿方案鲜有设计，或已有的补偿方案不能很好的实现会挥发性颗粒物的收集。比如，授权公告号为CN202886349U、名称为大气颗粒物监测中可挥发性颗粒物监测补偿装置的中国发明专利公开技术方案一种通过大气颗粒物监测仪器按与样品空气采样周期一样的周期且保持一致的采样流量采样纯净氮气，在氮气选通周期内颗粒物质量的损失将反射出上一个样品空气采样周期所采集颗粒物的挥发性损失，将氮气采样周期内颗粒物质量的减少量作为可挥发性颗粒物损失补偿给上一个样品空气采样周期所采集的颗粒物质量。其仍然存在对空气颗粒物测量不准确，误差较大的问题，尤其是对空气中挥发性颗粒物浓度的检测。

因此，需要研发一种更实用的挥发性颗粒物浓度检测装置、控制系统及方法，以解决上述问题。

发明内容：

针对以上现有技术所述存在的问题，本发明提供了一种挥发性颗粒物浓度检测装置、控制系统及方法，不仅能检测出所测气体中挥发性颗粒物的浓度，还能够实现连续、自动的采样。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种挥发性颗粒物浓度检测装置，包括：箱体，所述箱体内部设置有上电磁吸盘，和设置在其下部的下电磁吸盘，所述上电磁吸盘和下电磁吸盘相互配合，所述上电磁吸盘上方依次设置有空气入口过滤器、PM2.5切割器、气体流量计和加热套筒，且所述空气入口过滤器和PM2.5切割器设置在箱体上方，所述空气入口过滤器和PM2.5切割器、所述PM2.5切割器和气体流量计及所述气体流量计和上电磁吸盘之间均通过管道连接，在所述气体流量计和上电磁吸盘之间的管道上套装有加热套筒，在加热套筒下方设置有自动换膜系统，所述自动换膜系统包括第一滤膜架，所述第一滤膜架上设置有滤膜夹，所述滤膜夹上用以夹持滤膜，所述第一滤膜架下端设置有第一轴，所述第一轴上套设有第一齿轮，所述第一齿轮啮合连接有第二齿轮，所述第二齿轮套设于第二轴一端，其另一端连接于步进电机，所述第一滤膜架的一端延伸至箱体外部，所述下电磁吸盘下端通过管道连接有第一采样器，在所述第一采样器下端通过管道连接于抽气泵，其上端通过管道连接于所述下电磁吸盘的下端，所述第一采样器为柱形筒体结构，在所述柱形筒体结构的上端开设有注水口，其下端开设有换水口，在所述柱形筒体结构的内部的中心位置沿竖向开设有第二通孔，在筒壁上开设有第二滤膜架孔，所述第二滤膜架孔通过管道与所述第二通孔连通，第二滤膜架穿过所述第二滤膜架孔插设在所述管道中，所述第二滤膜架上设置有滤膜夹，所述滤膜夹上用以夹持滤膜，所述温度传感器设置在所述柱形筒体结构的内壁，所述抽气泵连接有尾气输出管，所述尾气输出管延伸至箱体外部，所述箱体上还设置有控制板和显示屏，所述控制板内部设置有电路板，电路板电性连接于所述上、下电磁吸盘、加热套筒、抽气泵、温度传感器、显示屏及步进电机。

所述第一采样器还并联连接有第二采样器，所述第一采样器和第二采样器结构相同，均为多级冲击采样器，在所述第一采样器和第二采样器的上端设置有换向阀，其下端设置有三通管，所述第一采样器和第二采样器的上端分别通过管道连接于换向阀的第一端和第二端，所述换向阀的第三端通过管道连接于所述下电磁吸盘的下端，所述第一采样器和第二采样器的下端分别连接于三通管的第一接口和第二接口，所述抽气泵则连接于所述三通管的第三接口。

所述第一滤膜架为十字形支架，十字形支架的四个叶片端部分别开设有第一通孔，所述第一通孔上设置有滤膜夹，所述第一滤膜架的一个叶片插设在所述上电磁吸盘和下电磁吸盘之间，其对称的另一个叶片通过箱体上开设的第一滤膜架孔伸出至箱体外部。

所述第二通孔为异型孔，其上端为V型结构，在所述V型结构下部顺次连接有多个漏斗状结构。

所述注水口和换水口呈中心对称。

所述下电磁吸盘上设置有弹簧，在弹簧外部套设有弹簧套筒。

所述加热套筒为筒状结构，在所述筒状结构内壁设置有加热片。

所述管道为橡胶管或者铝管。

上述一种挥发性颗粒物浓度检测装置的控制系统，包括集成于所述电路板上的单片机控制电路、上电磁吸盘控制电路、下电磁吸盘控制电路、加热套筒控制电路、抽气泵控制电路、温度传感器控制电路、显示屏控制电路和步进电机控制电路，所述上电磁吸盘控制电路、下电磁吸盘控制电路、加热套筒控制电路、抽气泵控制电路、温度传感器控制电路、显示屏控制电路和步进电机控制电路的输入端和所述单片机控制电路的输出端连接，并由所述单片机控制电路控制运行，所述上、下电磁吸盘控制电路控制所述上、下电磁吸盘的吸合和断开，所述加热套筒控制电路控制所述加热套筒的加热，所述抽气泵控制电路控制所述抽气泵的开启和关闭，所述温度传感器控制电路控制所述温度传感器的启动和关闭，所述显示屏控制电路控制显示屏上数据的显示，所述步进电机控制电路控制所述步进电机的启动和关闭。

所述单片机控制电路包括5v直流电，单片机AT89C52，电阻R1，电容C1，电容C2，电容C3，步进电机驱动器ULN2003A，电感X1，其中5v直流电的正极接电容C3的第一端，5v直流电的负极接地，C3的第二端接单片机的RST引脚和电阻R1的第一端，电阻R1的第二端接地；单片机AT89C52上的XTAL1接电感X1和电容C2，单片机AT89C52上的XTAL2接电感X1和电容C1，电容C1和电容C2接一起后接地；单片机AT89C52上的P2.0到P2.3引脚接步进电机驱动器ULN2003A。

所述上电磁吸盘控制电路包括12v直流电，电阻R9，电阻R10，电磁铁sw3，二极管D2，三极管Q4，电机DM1，其中12v直流电的正极连接于电磁铁sw3的第一端，12v直流电的负极接地，电机DM1的第一端连接于电磁铁sw3的第二端，电机DM1的第二端接地，在电磁铁sw3上并联一个二极管D2，电磁体sw3的第二端连接三极管Q4的第一极，三极管的第二极接电阻R9的第一端和电阻R10的第一端，电阻R9的第二端接单片机引脚27，电阻R10的第二端和三极管Q4的第三极一起接地。

所述下电磁吸盘控制电路包括12v直流电，电阻R11，电阻R12，电磁铁sw4，二极管D1，三极管Q2，电机DM2，其中12v直流电的正极连接于电磁铁sw4的第一端，12v直流电的负极接地，电机DM2的第一端连接于电磁铁sw4的第二端，电机DM2的第二端接地，在电磁铁SW4上并联一个二极管D1，电磁体sw4的第二端连接三极管Q2的第一极，三极管的第二极接电阻R11的第一端和电阻R12的第一端，电阻R11的第二端接单片机引脚28，电阻R12的第二端和三极管Q2的第三极一起接地。

所述加热套筒控制电路包括5v直流电，电阻R6，电阻R7，电阻R8，继电器sw2，加热片BM，光电耦合器MOC3021，其中5v直流电的正极连接于电阻R6的第一端，5v直流电的负极接地，电阻R6的第一端接光电耦合器MOC3021的第一端，光电耦合器MOC3021的第二端接单片机引脚26，光电耦合器MOC3021的第三端接电阻R7的第一端和电阻R8的第一端，光电耦合器MOC3021的第四端接地，电阻R7的第二端接12v直流电，电阻R8的第二端接三极管Q3的第一极，三极管Q3的第二极接继电器sw2的第一端，三极管Q3的第三极接地，继电器sw2的第二端接加热片BM。

所述抽气泵控制电路包括5v直流电，电阻R3，电阻R4，电阻R5，继电器sw1，抽气泵M，光电耦合器MOC3021，其中5v直流电的正极连接于电阻R3的第一端，5v直流电的负极接地，电阻R3的第一端接光电耦合器MOC3021的第一端，光电耦合器MOC3021的第二端接单片机引脚25，光电耦合器MOC3021的第三端接电阻R4的第一端和电阻R5的第一端，光电耦合器MOC3021的第四端接地，电阻R4的第二端接12v直流电，电阻R5的第二端接三极管Q1的第一极，三极管Q1的第二极接继电器sw1的第一端，三极管Q1的第三极接地，继电器sw1的第二端接接抽气泵M。

所述温度传感器控制电路包括5v直流电，电阻R13，传感器DS18B20，其中5v直流电的正极和电阻R13的第一端相连，5v直流电的正极和传感器DS18B20的VCC端相连，传感器DS18B20的DQ端接单片机引脚39，传感器DS18B20的GND端接地。

所述显示屏控制电路包括LCD1，排阻RP1，其中LCD1和排阻RP1的引脚一一对应接好，且LCD1的一端接控制器的P1.0到P1.7，LCD的VEE端接电阻R2的第一端，电阻R2的第二端和LCD的VSS端一起接地。

采用上述控制系统检测挥发性颗粒物浓度的方法，具体步骤如下：

步骤一：在所述第一滤膜架的滤膜夹上装设滤膜；

步骤二：将所述控制系统接通电源，并打开所述步进电机控制电路，启动所述步进电机，通过所述步进电机带动所述第一滤膜架转动，使得装设的滤膜插设在所述上电磁吸盘和下电磁吸盘之间；

步骤三：打开所述上电磁吸盘控制电路和下电磁吸盘控制电路，使得上电磁吸盘和下电磁吸盘相互吸合；

步骤四：打开加热套筒控制电路，对加热套筒内管道中的空气进行加热，且此时显示屏显示加热套筒内空气的温度，当观察到显示屏上显示的温度高于设定的最高温度时，通过第一滤膜架的滤膜对加热套筒内管道中空气进行取样，同时开始计时；

步骤五：打开所述抽气泵控制电路，使得加热套筒内管道中空气在抽气泵作用下流通至取样装置中；

步骤六：打开所述温度传感器控制电路，此时显示屏显示第一采样器内气体的温度，打开第一采样器的注水口和换水口，并向所述注水口通入冷水，对第一采样器内空气进行冷凝，当观察显示屏上显示的温度低于设定的最低温度时，通过第二滤膜架的滤膜对第一采样器内气体进行取样，并结束计时，完成第一次取样；

步骤七：通过天平称量从第一滤膜架和第二滤膜架上卸下的滤膜的质量，并计算得到两个滤膜的质量差，进而计算得到该段时间内被测空气的挥发性颗粒物浓度，计算公式为：

式中：C-挥发性颗粒物浓度，

Δm-两个滤膜的质量差，

q-通过流量计读取得到的被测气体样品的流量，

t-记录的采样时间；

步骤八：重复上述步骤一～七，进行多次取样，并计算得到多个挥发性颗粒物浓度值，取平均值，得到最终结果。

在步骤一中，使用的第一滤膜架为十字形支架，十字形支架的四个叶片端部分别开设有第一通孔，所述第一通孔上设置有滤膜夹，所述滤膜夹上夹持有滤膜，所述第一滤膜架的一个叶片插设在所述上电磁吸盘和下电磁吸盘之间，其对称的另一个叶片通过箱体上开设的第一滤膜架孔伸出至箱体外部，在采样结束后，关闭所述上电磁吸盘控制电路和下电磁吸盘控制电路，使得上电磁吸盘和下电磁吸盘相互打开，启动所述步进电机，通过所述步进电机带动所述第一滤膜架旋转90°，叶片运动至箱体外部，将取样结束的滤膜送出箱体外部，同时其相邻叶片插设到所述上电磁吸盘和下电磁吸盘之间，打开所述上电磁吸盘控制电路和下电磁吸盘控制电路，使得上电磁吸盘和下电磁吸盘相互吸合，进行下一次取样，每一个取样结束后的滤膜旋转180°时，将取样结束的滤膜从滤膜夹上卸下保存，并更换上新的滤膜。

在步骤六中，将所述第一采样器并联连接有第二采样器，所述第一采样器和第二采样器结构相同，在所述第一采样器和第二采样器的上端设置有换向阀，其下端设置有三通管，所述第一采样器和第二采样器的上端分别通过管道连接于换向阀的第一端和第二端，所述换向阀的第三端通过管道连接于所述下电磁吸盘的下端，所述第一采样器和第二采样器的下端分别连接于三通管的第一接口和第二接口，所述抽气泵则连接于所述三通管的第三接口，在完成取样后，继续通水对第一采样器进行清洗，并通过单片机控制电路将换向阀调至第二采样器，在第二采样器中进行下一次取样。

本发明一种挥发性颗粒物浓度检测装置、控制系统及方法的有益效果：装置的全部控制电路均通过单片机控制，实现了采样的自动化，所述第一滤膜架的端部伸至箱体外，可以通过控制所述第一滤膜架旋转相应角度，使其能够实时更换滤膜，保证采样的连续性，同时采用并联设置的两个采样器，轮换进行更换滤膜并采样，进一步保证采样的连续性，且采样器是采用的多级冲击式采样器，其内部的异型孔形成多级空腔，同时异型孔和采样器内壁之间也形成多级空腔，冷却水能够最大限度的对异型孔内空气进行冷却，能够避免挥发性颗粒物冷却凝结在异型孔的内壁上，最大程度的保证测量结果的准确性，在采样过程中，还可以通过单片机控制器实时检测采样器中冷却水的温度，来提示需要更换冷却水，保证挥发性颗粒物均能冷却凝结，进一步保证测量结果的准确性。

附图说明：

图1为本发明挥发性颗粒物浓度检测装置的整体结构示意图；

图2为本发明挥发性颗粒物浓度检测装置的内部结构示意图；

图3是本发明挥发性颗粒物浓度检测装置的自动换膜系统的结构示意图；

图4为采样器的整体结构示意图；

图5为采样器的内部结构示意图；

图6为采样器另一角度的内部结构示意图；

图7为本发明挥发性颗粒物浓度检测装置的控制系统的电路原理图；

图中，1-空气入口过滤器，2-PM2.5切割器，3-气体流量计，4-加热套筒，5-上电磁吸盘，6-第一滤膜架，7-滤膜夹，8-第一轴，9-第一齿轮，10-第二齿轮，11-第二轴，12-步进电机，13-抽气泵，14-尾气输出管，15-三通管，16-下电磁吸盘，17-换向阀，18-橡胶管，19-第一采样器，20-第二采样器，21-第一滤膜架孔，22-箱体，23-控制板，23-1下电磁吸盘控制电路，23-4-上电磁吸盘控制电路，23-2-步进电机控制电路，23-3-温度传感器控制电路，23-5-单片机控制电路，23-6-显示屏控制电路，23-7-加热套筒控制电路，23-8-抽气泵控制电路，24-显示屏，25-第二滤膜架，26-注水口，27-水冷箱，28-换水口，29-温度传感器，30-弹簧，31-弹簧套筒，32-第一通孔，33-第二通孔，34-第二滤膜架孔。

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的一部分实施例，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作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。

本发明的一种挥发性颗粒物浓度检测装置，包括气体样品输送系统、颗粒物捕集系统、自动换膜系统、挥发性颗粒物补偿系统、智能控制系统，其通过所述气体样品输送系统输送气体，然后在所述颗粒物捕集系统中对气体中的颗粒物进行采集，然后通过自动换膜系统实现滤膜连续、自动的更换，最后通过挥发性颗粒物补偿系统对被采集完毕颗粒物的气体进行采集，且在整个过程中，通过智能控制系统对装置的各部分进行控制，所述气体样品输送系统主要包括抽气泵13和管道，所述颗粒物颗粒物捕集系统主要包括上、下电磁吸盘、第一滤膜架6、滤膜夹7、弹簧30、弹簧套筒31，所述自动换膜系统主要包括第一轴8、第一齿轮9、第二齿轮10、第二轴11、步进电机12，所述挥发性颗粒物补偿系统主要包括第一采样器19，所述智能控制系统主要包括温度传感器29、显示屏24、控制板23及集成于控制板23内电路板上的各部分控制电路。

实施例一：

在本实施例中，根据图1～图2所示，具体来说，一种挥发性颗粒物浓度检测装置，包括：箱体22，所述箱体22内部设置有上电磁吸盘5，和设置在其下部的下电磁吸盘16，所述上电磁吸盘5和下电磁吸盘16相互配合，所述上电磁吸盘5上方依次设置有空气入口过滤器1、PM2.5切割器2、气体流量计3和加热套筒4，所述加热套筒4为筒状结构，在所述筒状结构内壁设置有加热片，可对加特套管内管道中的空气进行加热处理，且所述空气入口过滤器1和PM2.5切割器2设置在箱体22上方，所述空气入口过滤器1和PM2.5切割器2、所述PM2.5切割器2和气体流量计3及所述气体流量计3和上电磁吸盘5之间均通过管道连接，在所述气体流量计3和上电磁吸盘5之间的管道上套装有加热套筒4，在加热套筒4下方设置有自动换膜系统，如图3所示，所述自动换膜系统包括第一滤膜架6，所述第一滤膜架6上设置有滤膜夹7，所述滤膜夹7上用以夹持滤膜，所述第一滤膜架6下端设置有第一轴8，所述第一轴8上套设有第一齿轮9，所述第一齿轮9啮合连接有第二齿轮10，所述第二齿轮10套设于第二轴11一端，其另一端连接于步进电机12，所述第一滤膜架6的一端延伸至箱体22外部；所述下电磁吸盘16下端通过管道连接有第一采样器19，在所述下电磁吸盘16上设置有弹簧30，在弹簧30外部套设有弹簧套筒31，在所述第一采样器19下端通过管道连接于抽气泵13，其上端通过管道连接于所述下电磁吸盘16的下端，如图4～图6所示，所述第一采样器19为柱形筒体结构，在所述柱形筒体结构的上端开设有注水口26，其下端开设有换水口28，为使得冷却水在第一采样器19内流经的面积最大化，所述注水口26和换水口28呈中心对称设置，在所述柱形筒体结构的内部的中心位置沿竖向开设有第二通孔33，在筒壁上开设有第二滤膜架孔34，所述第二滤膜架孔34通过管道与所述第二通孔33连通，所述第二通孔33为异型孔，其上端为V型结构，在所述V型结构下部顺次连接有多个漏斗状结构，使得所述第一采样器19内部形成多级空腔，同时异型孔和第一采样器19内壁之间也形成多级空腔，形成水冷箱27结构，冷却水能够最大限度的对异型孔内空气进行冷却，能够避免挥发性颗粒物冷却凝结在异型孔的内壁上，最大程度的保证测量结果的准确性，第二滤膜架25穿过所述第二滤膜架孔34插设在所述管道中，所述第二滤膜架25上设置有滤膜夹7，所述滤膜夹7上用以夹持滤膜，所述温度传感器29设置在所述柱形筒体结构的内壁，用以实时监测水冷箱27中冷却水的温度，进而监测第二通孔33中空气的温度，所述抽气泵13连接有尾气输出管14，所述尾气输出管14延伸至箱体22外部，所述箱体22上还设置有控制板23和显示屏24，所述控制板23内部设置有电路板，电路板电性连接于所述上、下电磁吸盘、加热套筒4、抽气泵13、温度传感器29、显示屏24及步进电机12，且在本实施例中，所有涉及到的管道均为橡胶管18或者铝管，在本实施例中，是采用的橡胶管18。

如图2和图3所示，在本实施例中，所述第一滤膜架6为十字形支架，十字形支架的四个叶片端部分别开设有第一通孔32，所述第一通孔32上设置有滤膜夹7，所述第一滤膜架6的一个叶片插设在所述上电磁吸盘5和下电磁吸盘16之间，其对称的另一个叶片通过箱体22上开设的第一滤膜架孔21伸出至箱体22外部，当然在其他实施例中，第一滤膜架6还可以是其他结构。

上述一种挥发性颗粒物浓度检测装置的控制系统，包括集成于所述电路板上的单片机控制电路23-5、上电磁吸盘控制电路23-4、下电磁吸盘控制电路23-1、加热套筒控制电路23-7、抽气泵控制电路23-8、温度传感器控制电路23-3、显示屏控制电路23-6和步进电机控制电路23-2，所述上电磁吸盘控制电路23-4、下电磁吸盘控制电路23-1、加热套筒控制电路23-7、抽气泵控制电路23-8、温度传感器控制电路23-3、显示屏控制电路23-6和步进电机控制电路23-2的输入端和所述单片机控制电路23-5的输出端连接，具体地，所述单片机控制电路23-5通过引脚27连接上电磁吸盘控制电路23-4，通过引脚28连接下电磁吸盘控制电路23-1，通过引脚26连接加热套筒控制电路23-7，通过引脚25连接抽气泵控制电路23-8，通过引脚39连接温度传感器控制电路23-3，通过引脚A、B、C、D连接步进电机控制电路23-2，上述各控制电路均由所述单片机控制电路23-5控制运行，所述上、下电磁吸盘控制电路控制所述上、下电磁吸盘的吸合和断开，所述加热套筒控制电路23-7控制所述加热套筒4的加热，所述抽气泵控制电路23-8控制所述抽气泵13的开启和关闭，所述温度传感器控制电路23-3控制所述温度传感器29的启动和关闭，所述显示屏控制电路23-6控制显示屏24上数据的显示，所述步进电机控制电路23-2控制所述步进电机12的启动和关闭。

所述单片机控制电路23-5包括5v直流电，单片机AT89C52，电阻R1，电容C1，电容C2，电容C3，步进电机12驱动器ULN2003A，电感X1，其中5v直流电的正极接电容C3的第一端，5v直流电的负极接地，C3的第二端接单片机的RST引脚和电阻R1的第一端，电阻R1的第二端接地；单片机AT89C52上的XTAL1接电感X1和电容C2，单片机AT89C52上的XTAL2接电感X1和电容C1，电容C1和电容C2接一起后接地；单片机AT89C52上的P2.0到P2.3引脚接步进电机12驱动器ULN2003A。

所述上电磁吸盘控制电路23-4包括12v直流电，电阻R9，电阻R10，电磁铁sw3，二极管D2，三极管Q4，电机DM1，其中12v直流电的正极连接于电磁铁sw3的第一端，12v直流电的负极接地，电机DM1的第一端连接于电磁铁sw3的第二端，电机DM1的第二端接地，在电磁铁sw3上并联一个二极管D2，电磁体sw3的第二端连接三极管Q4的第一极，三极管的第二极接电阻R9的第一端和电阻R10的第一端，电阻R9的第二端接单片机引脚27，电阻R10的第二端和三极管Q4的第三极一起接地。

所述下电磁吸盘控制电路23-1包括12v直流电，电阻R11，电阻R12，电磁铁sw4，二极管D1，三极管Q2，电机DM2，其中12v直流电的正极连接于电磁铁sw4的第一端，12v直流电的负极接地，电机DM2的第一端连接于电磁铁sw4的第二端，电机DM2的第二端接地，在电磁铁SW4上并联一个二极管D1，电磁体sw4的第二端连接三极管Q2的第一极，三极管的第二极接电阻R11的第一端和电阻R12的第一端，电阻R11的第二端接单片机引脚28，电阻R12的第二端和三极管Q2的第三极一起接地。

所述加热套筒控制电路23-7包括5v直流电，电阻R6，电阻R7，电阻R8，继电器sw2，加热片BM，光电耦合器MOC3021，其中5v直流电的正极连接于电阻R6的第一端，5v直流电的负极接地，电阻R6的第一端接光电耦合器MOC3021的第一端，光电耦合器MOC3021的第二端接单片机引脚26，光电耦合器MOC3021的第三端接电阻R7的第一端和电阻R8的第一端，光电耦合器MOC3021的第四端接地，电阻R7的第二端接12v直流电，电阻R8的第二端接三极管Q3的第一极，三极管Q3的第二极接继电器sw2的第一端，三极管Q3的第三极接地，继电器sw2的第二端接加热片BM。

所述抽气泵控制电路23-8包括5v直流电，电阻R3，电阻R4，电阻R5，继电器sw1，抽气泵13M，光电耦合器MOC3021，其中5v直流电的正极连接于电阻R3的第一端，5v直流电的负极接地，电阻R3的第一端接光电耦合器MOC3021的第一端，光电耦合器MOC3021的第二端接单片机引脚25，光电耦合器MOC3021的第三端接电阻R4的第一端和电阻R5的第一端，光电耦合器MOC3021的第四端接地，电阻R4的第二端接12v直流电，电阻R5的第二端接三极管Q1的第一极，三极管Q1的第二极接继电器sw1的第一端，三极管Q1的第三极接地，继电器sw1的第二端接接抽气泵13M。

所述温度传感器控制电路23-3包括5v直流电，电阻R13，传感器DS18B20，其中5v直流电的正极和电阻R13的第一端相连，5v直流电的正极和传感器DS18B20的VCC端相连，传感器DS18B20的DQ端接单片机引脚39，传感器DS18B20的GND端接地。

所述显示屏控制电路23-6包括LCD1，排阻RP1，其中LCD1和排阻RP1的引脚一一对应接好，且LCD1的一端接控制器的P1.0到P1.7，LCD的VEE端接电阻R2的第一端，电阻R2的第二端和LCD的VSS端一起接地。

采用上述控制系统检测挥发性颗粒物浓度的方法，具体步骤如下：

步骤一：在所述第一滤膜架6的滤膜夹7上装设滤膜；

步骤二：将所述控制系统接通电源，并打开所述步进电机控制电路23-2，启动所述步进电机12，通过所述步进电机12带动所述第一滤膜架6转动，使得装设的滤膜插设在所述上电磁吸盘5和下电磁吸盘16之间；

步骤三：打开所述上电磁吸盘控制电路23-4和下电磁吸盘控制电路23-1，使得上电磁吸盘5和下电磁吸盘16相互吸合；

步骤四：打开加热套筒控制电路23-7，对加热套筒4内管道中的空气进行加热，且此时显示屏24显示加热套筒4内空气的温度，当观察到显示屏24上显示的温度高于设定的最高温度时，通过第一滤膜架6的滤膜对加热套筒4内管道中空气进行取样，同时开始计时；

步骤五：打开所述抽气泵控制电路23-8，使得加热套筒4内管道中空气在抽气泵13作用下流通至第一采样器19中；

步骤六：打开所述温度传感器控制电路23-3，此时显示屏24显示第一采样器19内气体的温度，打开第一采样器19的注水口26和换水口28，并向所述注水口26通入冷水，对第一采样器19内空气进行冷凝，当观察显示屏24上显示的温度低于设定的最低温度时，通过第二滤膜架25的滤膜对第一采样器19内气体进行取样，并结束计时，完成第一次取样；

步骤七：关闭所述上电磁吸盘控制电路23-4和下电磁吸盘控制电路23-1，使得上电磁吸盘5和下电磁吸盘16相互打开，启动所述步进电机12，通过所述步进电机12带动所述第一滤膜架6旋转90°，叶片运动至箱体22外部，将取样结束的滤膜送出箱体22外部，同时其相邻叶片插设到所述上电磁吸盘5和下电磁吸盘16之间；

步骤八：打开所述上电磁吸盘控制电路23-4和下电磁吸盘控制电路23-1，使得上电磁吸盘5和下电磁吸盘16相互吸合，再次进行取样，同时开始计时，且在每一个取样结束后的滤膜旋转180°时，将取样结束的滤膜从滤膜夹7上卸下保存，并更换上新的滤膜；

步骤九：将第二滤膜架25上取样结束的滤膜从滤膜夹7上卸下保存，并更换上新的滤膜，将第二滤膜架25插设至第一采样器19中，对第一采样器19内气体进行取样，并结束计时，完成第二次取样；

步骤十：重复步骤七～步骤八，在上、下电磁吸盘之间的管道内完成连续采样，并开始计时；

步骤十一：将第二滤膜架25上取样结束的滤膜从滤膜夹7上卸下保存，并更换上新的滤膜，将第二滤膜架25插设至第一采样器19中，对第一采样器19内气体进行取样，并结束计时，完成第三次连续取样；

步骤十二：通过天平称量每次从第一滤膜架6和第二滤膜架25上卸下的滤膜的质量，并计算得到两个滤膜每次的质量差，进而计算得到对应时间内被测空气的挥发性颗粒物浓度，计算公式为：

式中：C-挥发性颗粒物浓度，

Δm-两个滤膜的质量差，

q-通过流量计读取得到的被测气体样品的流量，

t-记录的采样时间；

步骤十三：对计算得到的两个挥发性颗粒物浓度值进行取平均值，得到最终的浓度值结果，在本实施例中，是以三次取样为例，在实际作业过程中，可以进行多次取样，然后取平均值，以使得结果更加精确。

实施例二：

在本实施例中，根据图1～图2所示，具体来说，一种挥发性颗粒物浓度检测装置，包括：箱体22，所述箱体22内部设置有上电磁吸盘5，和设置在其下部的下电磁吸盘16，所述上电磁吸盘5和下电磁吸盘16相互配合，所述上电磁吸盘5上方依次设置有空气入口过滤器1、PM2.5切割器2、气体流量计3和加热套筒4，所述加热套筒4为筒状结构，在所述筒状结构内壁设置有加热片，可对加特套管内管道中的空气进行加热处理，且所述空气入口过滤器1和PM2.5切割器2设置在箱体22上方，所述空气入口过滤器1和PM2.5切割器2、所述PM2.5切割器2和气体流量计3及所述气体流量计3和上电磁吸盘5之间均通过管道连接，在所述气体流量计3和上电磁吸盘5之间的管道上套装有加热套筒4，在加热套筒4下方设置有自动换膜系统，如图3所示，所述自动换膜系统包括第一滤膜架6，所述第一滤膜架6上设置有滤膜夹7，所述滤膜夹7上用以夹持滤膜，所述第一滤膜架6下端设置有第一轴8，所述第一轴8上套设有第一齿轮9，所述第一齿轮9啮合连接有第二齿轮10，所述第二齿轮10套设于第二轴11一端，其另一端连接于步进电机12，所述第一滤膜架6的一端延伸至箱体22外部；所述下电磁吸盘16下端通过管道连接有第一采样器19，在所述下电磁吸盘16上设置有弹簧30，在弹簧30外部套设有弹簧套筒31，在所述第一采样器19下端通过管道连接于抽气泵13，其上端通过管道连接于所述下电磁吸盘16的下端，如图4～图6所示，所述第一采样器19为柱形筒体结构，在所述柱形筒体结构的上端开设有注水口26，其下端开设有换水口28，为使得冷却水在第一采样器19内流经的面积最大化，所述注水口26和换水口28呈中心对称设置，在所述柱形筒体结构的内部的中心位置沿竖向开设有第二通孔33，在筒壁上开设有第二滤膜架孔34，所述第二滤膜架孔34通过管道与所述第二通孔33连通，所述第二通孔33为异型孔，其上端为V型结构，在所述V型结构下部顺次连接有多个漏斗状结构，使得所述第一采样器19内部形成多级空腔，同时异型孔和第一采样器19内壁之间也形成多级空腔，形成水冷箱27结构，冷却水能够最大限度的对异型孔内空气进行冷却，能够避免挥发性颗粒物冷却凝结在异型孔的内壁上，最大程度的保证测量结果的准确性，第二滤膜架25穿过所述第二滤膜架孔34插设在所述管道中，所述第二滤膜架25上设置有滤膜夹7，所述滤膜夹7上用以夹持滤膜，所述温度传感器29设置在所述柱形筒体结构的内壁，用以实时监测水冷箱27中冷却水的温度，进而监测第二通孔33中空气的温度，所述抽气泵13连接有尾气输出管14，所述尾气输出管14延伸至箱体22外部，所述箱体22上还设置有控制板23和显示屏24，所述控制板23内部设置有电路板，电路板电性连接于所述上、下电磁吸盘、加热套筒4、抽气泵13、温度传感器29、显示屏24及步进电机12，且在本实施例中，所有涉及到的管道均为橡胶管18或者铝管，在本实施例中，是采用的铝管。

根据图2所示，所述第一采样器19还并联连接有第二采样器20，所述第一采样器19和第二采样器20结构相同，均为多级冲击采样器，在所述第一采样器19和第二采样器20的上端设置有换向阀17，其下端设置有三通管15，所述第一采样器19和第二采样器20的上端分别通过管道连接于换向阀17的第一端和第二端，所述换向阀17的第三端通过管道连接于所述下电磁吸盘16的下端，所述第一采样器19和第二采样器20的下端分别连接于三通管15的第一接口和第二接口，所述抽气泵13则连接于所述三通管15的第三接口。

上述一种挥发性颗粒物浓度检测装置的控制系统，包括集成于所述电路板上的单片机控制电路23-5、上电磁吸盘控制电路23-4、下电磁吸盘控制电路23-1、加热套筒控制电路23-7、抽气泵控制电路23-8、温度传感器控制电路23-3、显示屏控制电路23-6和步进电机控制电路23-2，所述上电磁吸盘控制电路23-4、下电磁吸盘控制电路23-1、加热套筒控制电路23-7、抽气泵控制电路23-8、温度传感器控制电路23-3、显示屏控制电路23-6和步进电机控制电路23-2的输入端和所述单片机控制电路23-5的输出端连接，具体地，所述单片机控制电路23-5通过引脚27连接上电磁吸盘控制电路23-4，通过引脚28连接下电磁吸盘控制电路23-1，通过引脚26连接加热套筒控制电路23-7，通过引脚25连接抽气泵控制电路23-8，通过引脚39连接温度传感器控制电路23-3，通过引脚A、B、C、D连接步进电机控制电路23-2，上述各控制电路均由所述单片机控制电路23-5控制运行，所述上、下电磁吸盘控制电路23-1控制所述上、下电磁吸盘的吸合和断开，所述加热套筒控制电路23-7控制所述加热套筒4的加热，所述抽气泵控制电路23-8控制所述抽气泵13的开启和关闭，所述温度传感器控制电路23-3控制所述温度传感器29的启动和关闭，所述显示屏控制电路23-6控制显示屏24上数据的显示，所述步进电机控制电路23-2控制所述步进电机12的启动和关闭。

所述单片机控制电路23-5包括5v直流电，单片机AT89C52，电阻R1，电容C1，电容C2，电容C3，步进电机12驱动器ULN2003A，电感X1，其中5v直流电的正极接电容C3的第一端，5v直流电的负极接地，C3的第二端接单片机的RST引脚和电阻R1的第一端，电阻R1的第二端接地；单片机AT89C52上的XTAL1接电感X1和电容C2，单片机AT89C52上的XTAL2接电感X1和电容C1，电容C1和电容C2接一起后接地；单片机AT89C52上的P2.0到P2.3引脚接步进电机12驱动器ULN2003A。

所述上电磁吸盘控制电路23-4包括12v直流电，电阻R9，电阻R10，电磁铁sw3，二极管D2，三极管Q4，电机DM1，其中12v直流电的正极连接于电磁铁sw3的第一端，12v直流电的负极接地，电机DM1的第一端连接于电磁铁sw3的第二端，电机DM1的第二端接地，在电磁铁sw3上并联一个二极管D2，电磁体sw3的第二端连接三极管Q4的第一极，三极管的第二极接电阻R9的第一端和电阻R10的第一端，电阻R9的第二端接单片机引脚27，电阻R10的第二端和三极管Q4的第三极一起接地。

所述下电磁吸盘控制电路23-1包括12v直流电，电阻R11，电阻R12，电磁铁sw4，二极管D1，三极管Q2，电机DM2，其中12v直流电的正极连接于电磁铁sw4的第一端，12v直流电的负极接地，电机DM2的第一端连接于电磁铁sw4的第二端，电机DM2的第二端接地，在电磁铁SW4上并联一个二极管D1，电磁体sw4的第二端连接三极管Q2的第一极，三极管的第二极接电阻R11的第一端和电阻R12的第一端，电阻R11的第二端接单片机引脚28，电阻R12的第二端和三极管Q2的第三极一起接地。

所述加热套筒控制电路23-7包括5v直流电，电阻R6，电阻R7，电阻R8，继电器sw2，加热片BM，光电耦合器MOC3021，其中5v直流电的正极连接于电阻R6的第一端，5v直流电的负极接地，电阻R6的第一端接光电耦合器MOC3021的第一端，光电耦合器MOC3021的第二端接单片机引脚26，光电耦合器MOC3021的第三端接电阻R7的第一端和电阻R8的第一端，光电耦合器MOC3021的第四端接地，电阻R7的第二端接12v直流电，电阻R8的第二端接三极管Q3的第一极，三极管Q3的第二极接继电器sw2的第一端，三极管Q3的第三极接地，继电器sw2的第二端接加热片BM。

所述抽气泵控制电路23-8包括5v直流电，电阻R3，电阻R4，电阻R5，继电器sw1，抽气泵13M，光电耦合器MOC3021，其中5v直流电的正极连接于电阻R3的第一端，5v直流电的负极接地，电阻R3的第一端接光电耦合器MOC3021的第一端，光电耦合器MOC3021的第二端接单片机引脚25，光电耦合器MOC3021的第三端接电阻R4的第一端和电阻R5的第一端，光电耦合器MOC3021的第四端接地，电阻R4的第二端接12v直流电，电阻R5的第二端接三极管Q1的第一极，三极管Q1的第二极接继电器sw1的第一端，三极管Q1的第三极接地，继电器sw1的第二端接接抽气泵13M。

所述温度传感器控制电路23-3包括5v直流电，电阻R13，传感器DS18B20，其中5v直流电的正极和电阻R13的第一端相连，5v直流电的正极和传感器DS18B20的VCC端相连，传感器DS18B20的DQ端接单片机引脚39，传感器DS18B20的GND端接地。

所述显示屏控制电路23-6包括LCD1，排阻RP1，其中LCD1和排阻RP1的引脚一一对应接好，且LCD1的一端接控制器的P1.0到P1.7，LCD的VEE端接电阻R2的第一端，电阻R2的第二端和LCD的VSS端一起接地。

采用上述控制系统检测挥发性颗粒物浓度的方法，具体步骤如下：

步骤一：在所述第一滤膜架6的滤膜夹7上装设滤膜；

步骤二：将所述控制系统接通电源，并打开所述步进电机控制电路23-2，启动所述步进电机12，通过所述步进电机12带动所述第一滤膜架6转动，使得装设的滤膜插设在所述上电磁吸盘5和下电磁吸盘16之间；

步骤三：打开所述上电磁吸盘控制电路23-4和下电磁吸盘控制电路23-1，使得上电磁吸盘5和下电磁吸盘16相互吸合；

步骤四：打开加热套筒控制电路23-7，对加热套筒4内管道中的空气进行加热，且此时显示屏24显示加热套筒4内空气的温度，当观察到显示屏24上显示的温度高于设定的最高温度时，通过第一滤膜架6的滤膜对加热套筒4内管道中空气进行取样，同时开始计时；

步骤五：打开所述抽气泵控制电路23-8，使得加热套筒4内管道中空气在抽气泵13作用下流通至第一采样器19中；

步骤六：打开所述温度传感器控制电路23-3，此时显示屏24显示第一采样器19内气体的温度，打开第一采样器19的注水口26和换水口28，并向所述注水口26通入冷水，对第一采样器19内空气进行冷凝，当观察显示屏24上显示的温度低于设定的最低温度时，通过第二滤膜架25的滤膜对第一采样器19内气体进行取样，并结束计时，完成第一次取样；

步骤七：关闭所述上电磁吸盘控制电路23-4和下电磁吸盘控制电路23-1，使得上电磁吸盘5和下电磁吸盘16相互打开，启动所述步进电机12，通过所述步进电机12带动所述第一滤膜架6旋转90°，将所述第一滤膜架6送至箱体22外部，将取样结束的滤膜从滤膜夹7上卸下保存，并更换上新的滤膜；

步骤八：通过所述步进电机12带动所述第一滤膜架6继续旋转，将所述第一滤膜架6送至箱体22内部，打开所述上电磁吸盘控制电路23-4和下电磁吸盘控制电路23-1，使得上电磁吸盘5和下电磁吸盘16相互吸合，再次进行取样，同时开始计时；

步骤九：将第二滤膜架25上取样结束的滤膜从滤膜夹7上卸下保存，并更换上新的滤膜，将第二滤膜架25插设至第一采样器19中，对第一采样器19内气体进行取样，并结束计时，完成第二次取样；

步骤十：重复步骤七～步骤八，在上、下电磁吸盘之间的管道内完成连续采样，并开始计时；

步骤十一：关闭对第一采样器19的注水口26，将第二滤膜架25上取样结束的滤膜从滤膜夹7上卸下保存，并更换上新的滤膜，将第二滤膜架25插设至第二采样器20中，并继续通水对第二采样器20进行清洗，并通过单片机控制电路23-5将换向阀17调至第一采样器19，在第一采样器19中进行取样，并结束计时，完成第三次连续取样；

步骤十二：通过天平称量每次从第一滤膜架6和第二滤膜架25上卸下的滤膜的质量，并计算得到两个滤膜每次的质量差，进而计算得到对应时间内被测空气的挥发性颗粒物浓度，计算公式为：

式中：C-挥发性颗粒物浓度，

Δm-两个滤膜的质量差，

q-通过流量计读取得到的被测气体样品的流量，

t-记录的采样时间；

步骤十三：对计算得到的两个挥发性颗粒物浓度值进行取平均值，得到最终的浓度值结果，在本实施例中，是以三次取样为例，在实际作业过程中，可以进行多次取样，然后取平均值，以使得结果更加精确。

实施例三：

在本实施例中，根据图1～图2所示，具体来说，一种挥发性颗粒物浓度检测装置，包括：箱体22，所述箱体22内部设置有上电磁吸盘5，和设置在其下部的下电磁吸盘16，所述上电磁吸盘5和下电磁吸盘16相互配合，所述上电磁吸盘5上方依次设置有空气入口过滤器1、PM2.5切割器2、气体流量计3和加热套筒4，所述加热套筒4为筒状结构，在所述筒状结构内壁设置有加热片，可对加特套管内管道中的空气进行加热处理，且所述空气入口过滤器1和PM2.5切割器2设置在箱体22上方，所述空气入口过滤器1和PM2.5切割器2、所述PM2.5切割器2和气体流量计3及所述气体流量计3和上电磁吸盘5之间均通过管道连接，在所述气体流量计3和上电磁吸盘5之间的管道上套装有加热套筒4，在加热套筒4下方设置有自动换膜系统，如图3所示，所述自动换膜系统包括第一滤膜架6，所述第一滤膜架6上设置有滤膜夹7，所述滤膜夹7上用以夹持滤膜，所述第一滤膜架6下端设置有第一轴8，所述第一轴8上套设有第一齿轮9，所述第一齿轮9啮合连接有第二齿轮10，所述第二齿轮10套设于第二轴11一端，其另一端连接于步进电机12，所述第一滤膜架6的一端延伸至箱体22外部；所述下电磁吸盘16下端通过管道连接有第一采样器19，在所述下电磁吸盘16上设置有弹簧30，在弹簧30外部套设有弹簧30套筒，在所述第一采样器19下端通过管道连接于抽气泵13，其上端通过管道连接于所述下电磁吸盘16的下端，如图4～图6所示，所述第一采样器19为柱形筒体结构，在所述柱形筒体结构的上端开设有注水口26，其下端开设有换水口28，为使得冷却水在第一采样器19内流经的面积最大化，所述注水口26和换水口28呈中心对称设置，在所述柱形筒体结构的内部的中心位置沿竖向开设有第二通孔33，在筒壁上开设有第二滤膜架孔34，所述第二滤膜架孔34通过管道与所述第二通孔33连通，所述第二通孔33为异型孔，其上端为V型结构，在所述V型结构下部顺次连接有多个漏斗状结构，使得所述第一采样器19内部形成多级空腔，同时异型孔和第一采样器19内壁之间也形成多级空腔，形成水冷箱27结构，冷却水能够最大限度的对异型孔内空气进行冷却，能够避免挥发性颗粒物冷却凝结在异型孔的内壁上，最大程度的保证测量结果的准确性，第二滤膜架25穿过所述第二滤膜架孔34插设在所述管道中，所述第二滤膜架25上设置有滤膜夹7，所述滤膜夹7上用以夹持滤膜，所述温度传感器29设置在所述柱形筒体结构的内壁，用以实时监测水冷箱27中冷却水的温度，进而监测第二通孔33中空气的温度，所述抽气泵13连接有尾气输出管14，所述尾气输出管14延伸至箱体22外部，所述箱体22上还设置有控制板23和显示屏24，所述控制板23内部设置有电路板，电路板电性连接于所述上、下电磁吸盘、加热套筒4、抽气泵13、温度传感器29、显示屏24及步进电机12，且在本实施例中，所有涉及到的管道均为橡胶管18或者铝管，在本实施例中，是采用的橡胶管18。

根据图2所示，所述第一采样器19还并联连接有第二采样器20，所述第一采样器19和第二采样器20结构相同，均为多级冲击采样器，在所述第一采样器19和第二采样器20的上端设置有换向阀17，其下端设置有三通管15，所述第一采样器19和第二采样器20的上端分别通过管道连接于换向阀17的第一端和第二端，所述换向阀17的第三端通过管道连接于所述下电磁吸盘16的下端，所述第一采样器19和第二采样器20的下端分别连接于三通管15的第一接口和第二接口，所述抽气泵13则连接于所述三通管15的第三接口。

如图2和图3所示，在本实施例中，所述第一滤膜架6为十字形支架，十字形支架的四个叶片端部分别开设有第一通孔32，所述第一通孔32上设置有滤膜夹7，所述第一滤膜架6的一个叶片插设在所述上电磁吸盘5和下电磁吸盘16之间，其对称的另一个叶片通过箱体22上开设的第一滤膜架孔21伸出至箱体22外部，当然在其他实施例中，第一滤膜架6还可以是其他结构。

上述一种挥发性颗粒物浓度检测装置的控制系统，如图7所示，包括集成于所述电路板上的单片机控制电路23-5、上电磁吸盘控制电路23-4、下电磁吸盘控制电路23-1、加热套筒控制电路23-7、抽气泵控制电路23-8、温度传感器控制电路23-3、显示屏控制电路23-6和步进电机控制电路23-2，所述上电磁吸盘控制电路23-4、下电磁吸盘控制电路23-1、加热套筒控制电路23-7、抽气泵控制电路23-8、温度传感器控制电路23-3、显示屏控制电路23-6和步进电机控制电路23-2的输入端和所述单片机控制电路23-5的输出端连接，具体地，所述单片机控制电路23-5通过引脚27连接上电磁吸盘控制电路23-4，通过引脚28连接下电磁吸盘控制电路23-1，通过引脚26连接加热套筒控制电路23-7，通过引脚25连接抽气泵控制电路23-8，通过引脚39连接温度传感器控制电路23-3，通过引脚A、B、C、D连接步进电机控制电路23-2，上述各控制电路均由所述单片机控制电路23-5控制运行，所述上、下电磁吸盘控制电路23-1控制所述上、下电磁吸盘的吸合和断开，所述加热套筒控制电路23-7控制所述加热套筒4的加热，所述抽气泵控制电路23-8控制所述抽气泵13的开启和关闭，所述温度传感器控制电路23-3控制所述温度传感器29的启动和关闭，所述显示屏控制电路23-6控制显示屏24上数据的显示，所述步进电机控制电路23-2控制所述步进电机12的启动和关闭。

所述单片机控制电路23-5包括5v直流电，单片机AT89C52，电阻R1，电容C1，电容C2，电容C3，步进电机12驱动器ULN2003A，电感X1，其中5v直流电的正极接电容C3的第一端，5v直流电的负极接地，C3的第二端接单片机的RST引脚和电阻R1的第一端，电阻R1的第二端接地；单片机AT89C52上的XTAL1接电感X1和电容C2，单片机AT89C52上的XTAL2接电感X1和电容C1，电容C1和电容C2接一起后接地；单片机AT89C52上的P2.0到P2.3引脚接步进电机12驱动器ULN2003A。

所述上电磁吸盘控制电路23-4包括12v直流电，电阻R9，电阻R10，电磁铁sw3，二极管D2，三极管Q4，电机DM1，其中12v直流电的正极连接于电磁铁sw3的第一端，12v直流电的负极接地，电机DM1的第一端连接于电磁铁sw3的第二端，电机DM1的第二端接地，在电磁铁sw3上并联一个二极管D2，电磁体sw3的第二端连接三极管Q4的第一极，三极管的第二极接电阻R9的第一端和电阻R10的第一端，电阻R9的第二端接单片机引脚27，电阻R10的第二端和三极管Q4的第三极一起接地。

所述下电磁吸盘控制电路23-1包括12v直流电，电阻R11，电阻R12，电磁铁sw4，二极管D1，三极管Q2，电机DM2，其中12v直流电的正极连接于电磁铁sw4的第一端，12v直流电的负极接地，电机DM2的第一端连接于电磁铁sw4的第二端，电机DM2的第二端接地，在电磁铁SW4上并联一个二极管D1，电磁体sw4的第二端连接三极管Q2的第一极，三极管的第二极接电阻R11的第一端和电阻R12的第一端，电阻R11的第二端接单片机引脚28，电阻R12的第二端和三极管Q2的第三极一起接地。

所述加热套筒控制电路23-7包括5v直流电，电阻R6，电阻R7，电阻R8，继电器sw2，加热片BM，光电耦合器MOC3021，其中5v直流电的正极连接于电阻R6的第一端，5v直流电的负极接地，电阻R6的第一端接光电耦合器MOC3021的第一端，光电耦合器MOC3021的第二端接单片机引脚26，光电耦合器MOC3021的第三端接电阻R7的第一端和电阻R8的第一端，光电耦合器MOC3021的第四端接地，电阻R7的第二端接12v直流电，电阻R8的第二端接三极管Q3的第一极，三极管Q3的第二极接继电器sw2的第一端，三极管Q3的第三极接地，继电器sw2的第二端接加热片BM。

所述抽气泵控制电路23-8包括5v直流电，电阻R3，电阻R4，电阻R5，继电器sw1，抽气泵13M，光电耦合器MOC3021，其中5v直流电的正极连接于电阻R3的第一端，5v直流电的负极接地，电阻R3的第一端接光电耦合器MOC3021的第一端，光电耦合器MOC3021的第二端接单片机引脚25，光电耦合器MOC3021的第三端接电阻R4的第一端和电阻R5的第一端，光电耦合器MOC3021的第四端接地，电阻R4的第二端接12v直流电，电阻R5的第二端接三极管Q1的第一极，三极管Q1的第二极接继电器sw1的第一端，三极管Q1的第三极接地，继电器sw1的第二端接接抽气泵13M。

所述温度传感器控制电路23-3包括5v直流电，电阻R13，传感器DS18B20，其中5v直流电的正极和电阻R13的第一端相连，5v直流电的正极和传感器DS18B20的VCC端相连，传感器DS18B20的DQ端接单片机引脚39，传感器DS18B20的GND端接地。

所述显示屏控制电路23-6包括LCD1，排阻RP1，其中LCD1和排阻RP1的引脚一一对应接好，且LCD1的一端接控制器的P1.0到P1.7，LCD的VEE端接电阻R2的第一端，电阻R2的第二端和LCD的VSS端一起接地。

采用上述控制系统检测挥发性颗粒物浓度的方法，具体步骤如下：

步骤一：在第一滤膜架6的每个叶片端部的滤膜夹7上都夹持有滤膜，在第一采样器19和第二采样器20的第二滤膜架25的滤膜夹7上都夹持有滤膜；

步骤二：将所述控制系统接通电源，并打开所述步进电机控制电路23-2，启动所述步进电机12，通过所述步进电机12带动所述第一滤膜架6转动，使得装设的滤膜的一个叶片的端部插设在所述上电磁吸盘5和下电磁吸盘16之间；

步骤三：打开所述上电磁吸盘控制电路23-4和下电磁吸盘控制电路23-1，使得上电磁吸盘5和下电磁吸盘16相互吸合；

步骤四：打开加热套筒控制电路23-7，对加热套筒4内管道中的空气进行加热，且此时显示屏24显示加热套筒4内空气的温度，当观察到显示屏24上显示的温度高于设定的最高温度时，通过第一滤膜架6的滤膜对加热套筒4内管道中空气进行取样，同时开始计时；

步骤五：打开所述抽气泵控制电路23-8，使得加热套筒4内管道中空气在抽气泵13作用下流通至第一采样器19中；

步骤六：打开所述温度传感器控制电路23-3，此时显示屏24显示第一采样器19内气体的温度，打开第一采样器19的注水口26和换水口28，并向所述注水口26通入冷水，对第一采样器19内空气进行冷凝，当观察显示屏24上显示的温度低于设定的最低温度时，通过第二滤膜架25的滤膜对第一采样器19内气体进行取样，并结束计时，完成一次取样；

步骤七：关闭所述上电磁吸盘控制电路23-4和下电磁吸盘控制电路23-1，使得上电磁吸盘5和下电磁吸盘16相互打开，启动所述步进电机12，通过所述步进电机12带动所述第一滤膜架6旋转90°，叶片运动至箱体22外部，将取样结束的滤膜送出箱体22外部，同时其相邻叶片插设到所述上电磁吸盘5和下电磁吸盘16之间；

步骤八：打开所述上电磁吸盘控制电路23-4和下电磁吸盘控制电路23-1，使得上电磁吸盘5和下电磁吸盘16相互吸合，再次进行取样，同时开始计时，且在每一个取样结束后的滤膜旋转180°时，将取样结束的滤膜从滤膜夹7上卸下保存，并更换上新的滤膜；

步骤九：将第二滤膜架25上取样结束的滤膜从滤膜夹7上卸下保存，并更换上新的滤膜，将第二滤膜架25插设至第一采样器19中，继续通水对第一采样器19进行清洗，并通过单片机控制电路23-5将换向阀17调至第二采样器20，在第二采样器20中进行取样，并结束计时；

步骤十：重复步骤七～步骤八，在上、下电磁吸盘之间的管道内完成连续采样，并开始计时；

步骤十一：关闭对第一采样器19的注水口26，将第二滤膜架25上取样结束的滤膜从滤膜夹7上卸下保存，并更换上新的滤膜，将第二滤膜架25插设至第二采样器20中，并继续通水对第二采样器20进行清洗，并通过单片机控制电路23-5将换向阀17调至第一采样器19，在第一采样器19中进行取样，并结束计时，完成第三次连续取样；

步骤十二：通过天平称量每次从第一滤膜架6和第二滤膜架25上卸下的滤膜的质量，并计算得到每次取样的两个滤膜的质量差，进而计算得到对应时间内被测空气的挥发性颗粒物浓度，计算公式为：

式中：C-挥发性颗粒物浓度，

Δm-两个滤膜的质量差，

q-通过流量计读取得到的被测气体样品的流量，

t-记录的采样时间；

步骤十三：对计算得到的三个挥发性颗粒物浓度值进行取平均值，得到最终的浓度值结果，在本实施例中，是以三次取样为例，在实际作业过程中，可以进行多次取样，然后取平均值，以使得结果更加精确。

如以60-70℃来进行测量，则设定的最高温度为70℃，设定的最低温度为60℃，在加热套筒中对空气加热，使挥发性颗粒物挥发掉，然后进行取样，此时取得的滤膜样品中是不含有挥发性颗粒物的，在第一取样器或者第二取样器中对空气进行冷却，挥发性颗粒物凝结固体，然后进行取样，此时取得的滤膜样品中是含有挥发性颗粒物的，将两次取样的滤膜测得重量后相减，则得到了挥发性颗粒物的重量，将此重量除以流量和采样时间，则得到了挥发性颗粒物浓度，通过多测测量，取平均值，使得结果更加准确。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种挥发性颗粒物浓度检测装置，其特征在于：包括：箱体，所述箱体内部设置有上电磁吸盘，和设置在其下部的下电磁吸盘，所述上电磁吸盘和下电磁吸盘相互配合，所述上电磁吸盘上方依次设置有空气入口过滤器、PM2.5切割器、气体流量计和加热套筒，且所述空气入口过滤器和PM2.5切割器设置在箱体上方，所述空气入口过滤器和PM2.5切割器、所述PM2.5切割器和气体流量计及所述气体流量计和上电磁吸盘之间均通过管道连接，在所述气体流量计和上电磁吸盘之间的管道上套装有加热套筒，在加热套筒下方设置有自动换膜系统，所述自动换膜系统包括第一滤膜架，所述第一滤膜架上设置有滤膜夹，所述滤膜夹上用以夹持滤膜，所述第一滤膜架下端设置有第一轴，所述第一轴上套设有第一齿轮，所述第一齿轮啮合连接有第二齿轮，所述第二齿轮套设于第二轴一端，其另一端连接于步进电机，所述第一滤膜架的一端延伸至箱体外部，所述下电磁吸盘下端通过管道连接有第一采样器，在所述第一采样器下端通过管道连接于抽气泵，其上端通过管道连接于所述下电磁吸盘的下端，所述第一采样器为柱形筒体结构，在所述柱形筒体结构的上端开设有注水口，其下端开设有换水口，在所述柱形筒体结构的内部的中心位置沿竖向开设有第二通孔，在筒壁上开设有第二滤膜架孔，所述第二滤膜架孔通过管道与所述第二通孔连通，第二滤膜架穿过所述第二滤膜架孔插设在所述管道中，所述第二滤膜架上设置有滤膜夹，所述滤膜夹上用以夹持滤膜，温度传感器设置在所述柱形筒体结构的内壁，所述抽气泵连接有尾气输出管，所述尾气输出管延伸至箱体外部，所述箱体上还设置有控制板和显示屏，所述控制板内部设置有电路板，电路板电性连接于所述上电磁吸盘、下电磁吸盘、加热套筒、抽气泵、温度传感器、显示屏及步进电机；

所述第二通孔为异型孔，其上端为V型结构，在所述V型结构下部顺次连接有多个漏斗状结构，使得所述第一采样器内部形成多级空腔，同时异型孔和第一采样器内壁之间也形成多级空腔，形成水冷箱结构。

2.根据权利要求1所述的一种挥发性颗粒物浓度检测装置，其特征在于：所述第一采样器还并联连接有第二采样器，所述第一采样器和第二采样器结构相同，均为多级冲击采样器，在所述第一采样器和第二采样器的上端设置有换向阀，其下端设置有三通管，所述第一采样器和第二采样器的上端分别通过管道连接于换向阀的第一端和第二端，所述换向阀的第三端通过管道连接于所述下电磁吸盘的下端，所述第一采样器和第二采样器的下端分别连接于三通管的第一接口和第二接口，所述抽气泵则连接于所述三通管的第三接口。

3.根据权利要求1所述的一种挥发性颗粒物浓度检测装置，其特征在于：所述第一滤膜架为十字形支架，十字形支架的四个叶片端部分别开设有第一通孔，所述第一通孔上设置有滤膜夹，所述第一滤膜架的一个叶片插设在所述上电磁吸盘和下电磁吸盘之间，其对称的另一个叶片通过箱体上开设的第一滤膜架孔伸出至箱体外部。

4.根据权利要求1所述的一种挥发性颗粒物浓度检测装置，其特征在于：所述第二通孔为异型孔，其上端为V型结构，在所述V型结构下部顺次连接有多个漏斗状结构，且所述注水口和换水口呈中心对称。

5.根据权利要求1所述的一种挥发性颗粒物浓度检测装置，其特征在于：所述下电磁吸盘上设置有弹簧，在弹簧外部套设有弹簧套筒。

6.根据权利要求1所述的一种挥发性颗粒物浓度检测装置，其特征在于：所述加热套筒为筒状结构，在所述筒状结构内壁设置有加热片；所述管道为橡胶管或者铝管。

7.权利要求1所述的一种挥发性颗粒物浓度检测装置的控制系统，其特征在于：包括集成于所述电路板上的单片机控制电路、上电磁吸盘控制电路、下电磁吸盘控制电路、加热套筒控制电路、抽气泵控制电路、温度传感器控制电路、显示屏控制电路和步进电机控制电路，所述上电磁吸盘控制电路、下电磁吸盘控制电路、加热套筒控制电路、抽气泵控制电路、温度传感器控制电路、显示屏控制电路和步进电机控制电路的输入端和所述单片机控制电路的输出端连接，并由所述单片机控制电路控制运行，所述上、下电磁吸盘控制电路控制所述上、下电磁吸盘的吸合和断开，所述加热套筒控制电路控制所述加热套筒的加热，所述抽气泵控制电路控制所述抽气泵的开启和关闭，所述温度传感器控制电路控制所述温度传感器的启动和关闭，所述显示屏控制电路控制显示屏上数据的显示，所述步进电机控制电路控制所述步进电机的启动和关闭；

所述单片机控制电路包括5v直流电，单片机AT89C52，电阻R1，电容C1，电容C2，电容C3，步进电机驱动器ULN2003A，电感X1，其中5v直流电的正极接电容C3的第一端，5v直流电的负极接地，C3的第二端接单片机的RST引脚和电阻R1的第一端，电阻R1的第二端接地；单片机AT89C52上的XTAL1接电感X1和电容C2，单片机AT89C52上的XTAL2接电感X1和电容C1，电容C1和电容C2接一起后接地；单片机AT89C52上的P2.0到P2.3引脚接步进电机驱动器ULN2003A；

所述上电磁吸盘控制电路包括12v直流电，电阻R9，电阻R10，电磁铁sw3，二极管D2，三极管Q4，电机DM1，其中12v直流电的正极连接于电磁铁sw3的第一端，12v直流电的负极接地，电机DM1的第一端连接于电磁铁sw3的第二端，电机DM1的第二端接地，在电磁铁sw3上并联一个二极管D2，电磁体sw3的第二端连接三极管Q4的第一极，三极管的第二极接电阻R9的第一端和电阻R10的第一端，电阻R9的第二端接单片机引脚27，电阻R10的第二端和三极管Q4的第三极一起接地；

所述下电磁吸盘控制电路包括12v直流电，电阻R11，电阻R12，电磁铁sw4，二极管D1，三极管Q2，电机DM2，其中12v直流电的正极连接于电磁铁sw4的第一端，12v直流电的负极接地，电机DM2的第一端连接于电磁铁sw4的第二端，电机DM2的第二端接地，在电磁铁SW4上并联一个二极管D1，电磁体sw4的第二端连接三极管Q2的第一极，三极管的第二极接电阻R11的第一端和电阻R12的第一端，电阻R11的第二端接单片机引脚28，电阻R12的第二端和三极管Q2的第三极一起接地；

所述加热套筒控制电路包括5v直流电，电阻R6，电阻R7，电阻R8，继电器sw2，加热片BM，光电耦合器MOC3021，其中5v直流电的正极连接于电阻R6的第一端，5v直流电的负极接地，电阻R6的第一端接光电耦合器MOC3021的第一端，光电耦合器MOC3021的第二端接单片机引脚26，光电耦合器MOC3021的第三端接电阻R7的第一端和电阻R8的第一端，光电耦合器MOC3021的第四端接地，电阻R7的第二端接12v直流电，电阻R8的第二端接三极管Q3的第一极，三极管Q3的第二极接继电器sw2的第一端，三极管Q3的第三极接地，继电器sw2的第二端接加热片BM；

所述抽气泵控制电路包括5v直流电，电阻R3，电阻R4，电阻R5，继电器sw1，抽气泵M，光电耦合器MOC3021，其中5v直流电的正极连接于电阻R3的第一端，5v直流电的负极接地，电阻R3的第一端接光电耦合器MOC3021的第一端，光电耦合器MOC3021的第二端接单片机引脚25，光电耦合器MOC3021的第三端接电阻R4的第一端和电阻R5的第一端，光电耦合器MOC3021的第四端接地，电阻R4的第二端接12v直流电，电阻R5的第二端接三极管Q1的第一极，三极管Q1的第二极接继电器sw1的第一端，三极管Q1的第三极接地，继电器sw1的第二端接接抽气泵M；

所述温度传感器控制电路包括5v直流电，电阻R13，传感器DS18B20，其中5v直流电的正极和电阻R13的第一端相连，5v直流电的正极和传感器DS18B20的VCC端相连，传感器DS18B20的DQ端接单片机引脚39，传感器DS18B20的GND端接地；

所述显示屏控制电路包括LCD1，排阻RP1，其中LCD1和排阻RP1的引脚一一对应接好，且LCD1的一端接控制器的P1.0到P1.7，LCD的VEE端接电阻R2的第一端，电阻R2的第二端和LCD的VSS端一起接地。