本实用新型专利技术涉及一种环境监测或劳动卫生检测用采样泵（器）的流量自动控制装置。其技术特征是：利用电枢电压负反馈和电流正反馈构成以采样流量为控制参数的速度随动系统，当抽气阻力在规定的范围内变化时，该装置能够自动地保持采样流量瞬时变化不超过设定值的±５％。可作为呼吸性粉尘采样器的核心部分，也是提高现行的普通采样器采样精度的有效途径。将该装置串接于普通采样器的直流供电装置（或电池）与直流恒激磁电动机之间，即可使之成为恒流量采样器。（*该技术在2002年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种环境监测用采样泵（器）的流量自动控制装置。目前国内生产的各种流量规格的便携式采样泵（器）均不具有流量自动控制功能，此缺陷会引起以下两个问题：1.总采气量不准。因为总采气量的计算式为：V＝Qt。式中Q－单位时间内采气体积，即体积流量，升／分；t－总采样时间，分。随着被采集物（如：粉尘）在滤料上的积累，抽气阻力不断上升，电动机转速因负载增加而降低，致使采气流量下降，Q值不能保持在所要求的范围内，因此，总采气量的计算值与实际值之间必然出现误差。补救办法是取采样流量初始读数与终止读数的算术均值。这样处理的结果不仅给采样工作带来诸多不便，而且不可避免的会引入误差；2.不能用来采集可吸入性粉尘或呼吸性粉尘。因为在这种情况下需要在采样头上附加粉尘粒径分级器，以期将总粉尘分级，这就要求含尘气体流速恒定，最大变化幅度≤5％，超出此范围将导致分级结果无意义。有些产品的设计试图采用电动机稳速或稳定电枢电压的措施来解决采样泵的恒流量控制问题，但是，稳速不能恒流。这是因为泵的吸入口位于阻力（采样头）之后，即处在负压下，随着抽气阻力的升高，空气的密度也逐渐减小。在这种情况下即使控制了电动机的转速恒定，也只能保持泵在单位时间内的抽气次数和吸入或排出的几何容积不变，但实际的抽气量较之常压下已有相当差异，尤其在采用薄膜泵结构时，膜片在负压下还会发生变形，更不能保持常压下的抽气量。国外虽有带流量控制的采样泵，但多用于个体采样，最大流量不超过4.5升／分。在环境监测常用范围（5～80升／分）内的恒流量采样泵（器），国内外均未见报道（「查新证明」附后）。由此可见，采样泵（器）的恒流量控制装置，是解决现代环境监测和劳动保护检测的关键技术之一。本技术的目的是提供一种由直流永磁式电动机拖动的采样泵的恒流量控制装置，所采取的控制策略是：随着抽气阻力的增加，电动机的转速和转矩也随之增加，从而保持实际抽气量在额定值的允许变化范围内。-->1）永磁式直流电动机的机电模型（图1）电枢由电阻Ra和电感La串联模拟，Vg为电枢电压，ω为角速度，Tg为电磁转矩，T1、Tj和Tf分别表示负载转矩、惯性转矩和摩擦转矩，电枢回路电压方程为：Vin（t）＝Ra≠Ia（t）＋La［di（t）／dt］＋Vg（t） ┈┈┈（1）式中（1）写成Laplace变换式：Vin（s）＝（Ra＋LaS）Ia（s）＋Ke≠Ω（s） ┈┈┈（2）由此得电机转速方程为：Ω（s）＝Vin（s）／Ke＋（Ra＋LaS）≠Ia（s）／Ke ┈┈┈(3)式（3）说明：在无测速元件的情况下，可由电压和电流来反映速度信息。2）.速度负反馈控制系统由电压负反馈和电流正反馈构成，图3为方框图，图中电压负反馈环可简化成具有传递函数为A（s）＝K（s）／1＋A（s）≠K（s）的环节。当线性放大器的增益足够大时，A（s）≠K（s）>>1，A（s）＝1／α（s）。应用Mason′s准则推导出系统的传递函数：电机转速与转速设定值之间Tl（s）（4）电机转速与负载扰动之间T2（s）＝电机转速作为系统的参数方程T（s）＝T1（s）≠Ωin＋T2（s）≠T1（s）＝(Kt≠A(s)≠Ωin-［R+LaS-A(s)≠β(s)］≠Tl(s))/(Kt≠Ke+(SJ+D)［R+LaS-A(s)≠β(s)］)（6）-->从式中不难看出，欲使转速对于负载的敏感度最低（即：具有不变性），电压与电流的反馈比应等于A（s）≠β（s），且尽可能接近Ra＋LaS之值，使［Ra＋La－A（s）≠β（s）］最小。3）按上述原则设计的控制系统，属于转速对于负载转矩具有不变性的范畴，仍为稳速控制，故必须在此基础上附加按上升的阻力值提高转速、转矩的给定分量，构成增速控制系统，向电动机增供的这部分能量，恰用来弥补气体状态变化而导致实际流量不足的部分，实现增速的方法是在上述原则的基础上，增加β（s）中的正反馈量，使得式（6）中的分子项在负载转矩T1增加时出现正的增量，作为增速之用，具体实现措施是选取合适的Rs值。根据图2的电路原理和推导出的方框图（图3），选取Rs的步骤分两步：第一步，按转速对负载不变原则计算Rs的理论值，过程如下：∵A（s）＝((Rf+Zf)×270)/(R2≠Rf)，β（s）＝(R2≠Rs)/270，∴A（s）≠β（s）＝Ra＋Rs＋SLa，略去La值，则Rs＝(Ra≠Rf)/(2f)，按计算的理论值取精密电阻的标准值；第二步，在此基础上再提高一档取值，R＝0.2Ω。例：本技术的实施方案中有一组参数为：Zf＝5600Ω，Rf＝75Ω，Ra＝10Ω，则Rs＝(10×75)/5600＝0.13Ω，取标准值0.15Ω，再提高一档，取0.2Ω，Rs选定后，正反馈作用不可能恰到好处，须由平衡正负反馈作用和给定作用的电位器2来调整。附图1--3符号说明：1┄外加电源，Vin 2┄电枢电流，Ia 3┄电枢等效电阻，Ra4┄电枢等效电感，La 5┄直流恒磁式电动机， 6┄电枢端电压，Vg 7┄电动机电磁转矩，Tg 8┄电动机负载转矩，T1-->9┄电动机转动部分惯性转矩，Tj 10┄电动机摩擦力矩，Tf 11┄EFM反馈阻抗网络，Zf 12┄EMF反馈反压比电阻，Rf 13┄电枢电流取样电阻，Rs 14┄输入电阻，270 15┄正反馈量调节电位器，R2 16┄给定电位器，Ri 17┄限流电阻， R18┄基极电阻，270 19┄偏置电阻，2.2K 20┄功率器件 21┄主电路电流，Ⅰ 22┄比较放大器，K2 23┄EMF反馈电压，V24┄给定电压，Ui25┄调节环节传递函数，A（s）＝（Rf＋Zf）270／R2Rf 26┄电机电枢等效传递函数，1／Ra＋SLa 27┄电动机转矩常数，Km 28┄转动惯量，1／J1S＋D 29┄泵体转动惯量，1／J2S＋B 30┄电动机反电势系数，Ke 31┄正反馈环节传递函数，β（s）＝R2≠Rs／270本文档来自技高网...
【技术保护点】
本实用新型涉及一种环境监测或劳动卫生检测用采样泵（器）的流量自动控制装置。其技术特征是：利用电枢电压负反馈和电流正反馈构成以采样流量为控制参数的速度随动系统，当抽气阻力在规定的范围内变化时，该装置能够自动地保持采样流量瞬时变化不超过设定值的±５％。可作为呼吸性粉尘采样器的核心部分，也是提高现行的普通采样器采样精度的有效途径。将该装置串接于普通采样器的直流供电装置（或电池）与直流恒激磁电动机之间，即可使之成为恒流量采样器。
【技术特征摘要】
1、本实用新型涉及一种环境监测用的、由直流恒激磁电动机拖动的采样泵恒流量控制装置，其特征是：利用电枢电压负反馈和负载电流正反馈构成以流量为测控参数、抽气阻力为扰动量的速度随动控制系统。2、根据权利要求1所述装置，其特征是：由负载电流取样电阻取出的正反馈信号和正反馈强度调节电位器的合理匹配，使得控制电路的输出在抽气阻...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕武轩，王志民，杨薇，储艳杰，
申请(专利权)人：劳动部劳动保护科学研究所，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]
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