一種串聯(lián)差分電遷移率分析儀控制系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境分析儀控制系統(tǒng)領(lǐng)域，具體是一種串聯(lián)差分電遷移率分析儀控制系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，環(huán)境污染問(wèn)題事關(guān)國(guó)計(jì)民生，因此，大氣顆粒物已成為環(huán)境監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)指標(biāo)之一，對(duì)于大氣污染形成機(jī)理的研究刻不容緩，相關(guān)研究方法、研究?jī)x器也在不斷發(fā)展。大氣顆粒物揮發(fā)性和吸濕性是反映顆粒物理化性質(zhì)的重要指標(biāo)，揮發(fā)性和吸濕性研究對(duì)深入了解顆粒物的環(huán)境和健康效應(yīng)具有重要的意義。V-TDMA (揮發(fā)性串聯(lián)差分電遷移率分析儀)可用于研究溫度對(duì)大氣顆粒物組分中揮發(fā)性物質(zhì)(例如NH4C1、NH4N03等)揮發(fā)速率的影響，探討揮發(fā)機(jī)制；通過(guò)測(cè)量加熱前后顆粒物的粒譜分布，獲得其揮發(fā)因子；H-TDMA (吸濕性串聯(lián)差分電遷移率分析儀)是典型的大氣顆粒物吸濕性分析方法，可以測(cè)量顆粒物在不同濕度前后的粒譜分布，獲得吸濕增長(zhǎng)因子。H-TDMA系統(tǒng)是在大氣氣溶膠流動(dòng)狀態(tài)下對(duì)其吸濕性進(jìn)行測(cè)量，能夠較好的反應(yīng)真實(shí)大氣中氣溶膠的吸濕情況。顆粒物的揮發(fā)塌縮因子和吸濕增長(zhǎng)因子直接反映了顆粒物的混合態(tài)，如果將氣溶膠飛行時(shí)間質(zhì)譜儀與V/H-TDMA系統(tǒng)聯(lián)機(jī)實(shí)驗(yàn)，就可以獲得氣溶膠不同粒徑的不同揮發(fā)/吸濕因子對(duì)應(yīng)的組分?？傊琕H-TDMA是現(xiàn)今研究氣溶膠混合態(tài)的重要方法之一。
[0003]串聯(lián)差分電遷移率分析儀(TandemDifferential Mobility Analyzer, TDMA)技術(shù)作為目前測(cè)量氣溶膠揮發(fā)性/吸濕性的主流技術(shù)，其基本原理是串聯(lián)使用兩臺(tái)差分電遷移率分析儀(Differential Mobility Analyzer, DMA),并結(jié)合冷凝顆粒物計(jì)數(shù)器(Condensat1n Particle Counter, CPC)測(cè)量顆粒物經(jīng)過(guò)物理變化(吸濕或者揮發(fā))前后的粒徑變化。
[0004]目前市場(chǎng)上沒(méi)有成套的V/H-TDMA系統(tǒng)，一般是科研單位自行搭建，而且在檢測(cè)方法上采用H-TDMA技術(shù)中溫度的控制精確度低，所以本發(fā)明所述的系統(tǒng)中集成商用的DMA及CPC等測(cè)量?jī)x器，并使用可調(diào)精確的溫控系統(tǒng)保證工作環(huán)境溫度穩(wěn)定，這樣既可以減少開(kāi)發(fā)周期，又保證了儀器的精度，所以有必要提供一種一體式解決方案，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明的目的是提供一種串聯(lián)差分電遷移率分析儀控制系統(tǒng)及控制方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
一種串聯(lián)差分電遷移率分析儀控制系統(tǒng)，其特征在于:包括主控制電路板、顯示及按鍵電路板、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路板和相應(yīng)的軟件構(gòu)成，以及分立的溫度控制系統(tǒng)，包括溫控電路板、半導(dǎo)體制冷片、PID溫度控制軟件及與上位機(jī)通信軟件。
[0007]所述的一種串聯(lián)差分電遷移率分析儀控制系統(tǒng)，其特征在于:包括主控制電路板，主控制電路板由多個(gè)雙刀雙擲繼電器、供電模塊、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換芯片、通信芯片和單片微控制器構(gòu)成；該電路板通過(guò)雙刀雙擲繼電器控制電動(dòng)三通電磁閥、通過(guò)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換芯片控制質(zhì)量流量控制器來(lái)調(diào)節(jié)濕度、通過(guò)通信芯片與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)板通信。
[0008]所述的一種串聯(lián)差分電遷移率分析儀控制系統(tǒng)，其特征在于:還包括顯示及按鍵面板，顯示及按鍵面板有多個(gè)輕觸按鍵、LED指示燈、三位七段數(shù)碼管和單片微控制器構(gòu)成；該電路板與主控制電路板通過(guò)IIC通信，用于設(shè)置系統(tǒng)各種工作參數(shù)、顯示及按鍵面板。
[0009]所述的一種串聯(lián)差分電遷移率分析儀控制系統(tǒng)，其特征在于:還包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路板，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路板由時(shí)鐘芯片和文件管理控制芯片構(gòu)成；該電路板通過(guò)主控制電路板通信，獲得系統(tǒng)工作過(guò)程中各項(xiàng)參數(shù)，并讀取時(shí)鐘芯片內(nèi)部實(shí)時(shí)時(shí)間數(shù)據(jù)，通過(guò)文件管理控制芯片離線存儲(chǔ)所需的數(shù)據(jù)。
[0010]所述的一種串聯(lián)差分電遷移率分析儀控制系統(tǒng)，其特征在于:還包括控制軟件，控制軟件根據(jù)用戶(hù)設(shè)置的各項(xiàng)參數(shù)完成相應(yīng)的功能，包括開(kāi)關(guān)機(jī)、模式選擇、濕度設(shè)置，切換加熱管等操作。
[0011]所述的一種串聯(lián)差分電遷移率分析儀控制系統(tǒng)，其特征在于:還包括分立的溫控系統(tǒng)，由半導(dǎo)體制冷片、溫控電路板及溫控PID調(diào)節(jié)軟件構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)溫度穩(wěn)定在25T±1T。
[0012]所述的一種串聯(lián)差分電遷移率分析儀控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:包括以下過(guò)程:
過(guò)程一、關(guān)閉電動(dòng)三通電磁閥和電動(dòng)三通電磁閥，氣溶膠經(jīng)過(guò)干燥管、中和劑、DMA1、電動(dòng)三通電磁閥、電動(dòng)三通電磁閥、到達(dá)CPC，可以進(jìn)行粒譜分析；
過(guò)程二、關(guān)閉電動(dòng)三通電磁閥，開(kāi)啟電動(dòng)三通電磁閥，并且電動(dòng)三通電磁閥對(duì)循環(huán)間隔一段時(shí)間開(kāi)啟一對(duì)，氣溶膠經(jīng)過(guò)干燥管、中和劑、DMAU電動(dòng)三通電磁閥、電動(dòng)三通電磁閥對(duì)、DMA2、CPC,進(jìn)行揮發(fā)特性分析；
過(guò)程三、關(guān)閉電動(dòng)三通電磁閥，開(kāi)啟電動(dòng)三通電磁閥，氣溶膠經(jīng)過(guò)干燥管、中和劑、DMA、電動(dòng)三通電磁閥、Naf1n tubel、電動(dòng)三通電磁閥、電動(dòng)三通電磁閥、Naf1n tube、電動(dòng)三通電磁閥、DMA、CPC,可進(jìn)行吸濕特性分析；
過(guò)程四、關(guān)閉電動(dòng)三通電磁閥，開(kāi)啟電動(dòng)三通電磁閥、，氣溶膠經(jīng)過(guò)干燥管、中和劑、DMA、電動(dòng)三通電磁閥、電動(dòng)三通電磁閥對(duì)、加熱管、電動(dòng)三通電磁閥、電動(dòng)三通電磁閥、Naf1n tube、電動(dòng)三通電磁閥、DMA、CPC,可進(jìn)行揮發(fā)特性-吸濕特性分析。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明為自行搭建的V/H-TDMA系統(tǒng)提供一體式系統(tǒng)集成控制方案，穩(wěn)定性好，可以實(shí)現(xiàn)顆粒物揮發(fā)性和吸濕性的分析功能。
[0014]2、本發(fā)明采用輔助的加熱系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)不同溫度(六根加熱管溫度分別為25 °C、100 °C、150 °C、200 °C、300 °C、350°C)條件下對(duì)溫度調(diào)節(jié)，濕度調(diào)節(jié)采用高精密質(zhì)量流量控制器及快速穩(wěn)定的濕度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)0-95%的相對(duì)濕度調(diào)節(jié)范圍；
3、本發(fā)明所采用DMA和CPC商用儀器可以對(duì)30nm-400nm范圍內(nèi)顆粒物吸濕性、揮發(fā)性等特性進(jìn)行測(cè)量；
4、本發(fā)明使用分立的溫控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)儀器工作所處環(huán)境溫度可調(diào)并且穩(wěn)定。
[0015]4、本發(fā)明通過(guò)通信模塊與電腦相連，通過(guò)上位機(jī)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析處理功倉(cāng)泛;
5、本發(fā)明針對(duì)外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)情況，通過(guò)數(shù)據(jù)離線存儲(chǔ)功能可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)事后處理功能；
6、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的一體式控制系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、使用方便。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明所述的V/H-TDMA裝置結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖2為V/H-TDMA裝置示意框圖。
[0018]圖3為V/H-TDMA裝置整體流向圖。
[0019]圖4為V/H-TDMA裝置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖5為V/H-TDMA裝置功能模塊劃分圖。
[0020]圖6為揮發(fā)性控制模塊電路原理圖。
[0021 ] 圖7為吸濕性控制模塊電路原理圖。
[0022]圖8為按鍵及顯示模塊電路原理圖。
[0023]圖9為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊電路原理圖。
[0024]圖10為本發(fā)明測(cè)得的六根加熱管溫控效果圖。
[0025]圖11為本發(fā)明測(cè)得的H-TDMA控制效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]如圖4-圖9所示，一種串聯(lián)差分電遷移率分析儀控制系統(tǒng)，如圖4所示主要包括主控制電路板、顯示及按鍵電路板、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路板和相應(yīng)的軟件構(gòu)成。
[0027]所述的一種串聯(lián)差分電遷移率分析儀控制系統(tǒng)，包括主控制電路板，如圖4所示，主控制電路板由多個(gè)雙刀雙擲繼電器、供電模塊、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換芯片、通信芯片和單片微控制器構(gòu)成；如圖5所示，該電路板中雙刀雙擲繼電器組連接V/H-TDMA裝置中的電動(dòng)三通電磁閥，每根加熱管上下各接一個(gè)電動(dòng)三通電磁閥，六根加熱管分別接六對(duì)電動(dòng)三通電磁閥，每根加熱管加熱溫度不一樣，通過(guò)每次控制開(kāi)啟一對(duì)電動(dòng)三通電磁閥的開(kāi)啟，樣氣通過(guò)該對(duì)電動(dòng)三通電磁閥對(duì)應(yīng)的加熱管，從而快速實(shí)現(xiàn)不同溫度的加熱揮發(fā)；該電路板中使用16位數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換芯片AD5422輸出0~5V電壓外接質(zhì)量流量控制器KoFloC3660，通過(guò)控制KoFloc3660開(kāi)度調(diào)節(jié)鼓泡法輸出的濕氣流量與干氣混合調(diào)節(jié)經(jīng)過(guò)Naf1n tube2的樣氣濕度；該電路板中使用型號(hào)為ADM3251E的RS232收發(fā)芯片與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)板通信，傳輸實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要保存的各項(xiàng)參數(shù)；該電路板還包括微控制器，使用美國(guó)微芯公司的PIC16F874A芯片，完成軟件控制。
[0028]所述的一種串聯(lián)差分電遷移率分析儀控制系統(tǒng)，其特征在于:還包括顯示及按鍵面板，顯示及按鍵面板有多個(gè)輕觸按鍵、LED指示燈、三位七段數(shù)碼管和單片微控制器構(gòu)成；該電路板與主控制電路板通過(guò)IIC通信，用于設(shè)置系統(tǒng)各種工作參數(shù)、顯示及按鍵面板；該電路板還包括微控制器，采用微芯公司的PIC16F873A芯片。
[0029]所述的一種串聯(lián)差分電遷移率分析儀控制系統(tǒng)，其特征在