专利名称：光电自动控流空气采样仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种采样仪，特别是一种光电自动控流空气采样仪。
现有的空气采样仪，实现稳流的手段是用比抽吸空气样品实际需要大得多的抽吸泵功率，将大部分能量消耗在高阻力器件上，由于高阻力器件的存在，其它器件的阻力发生小的波动对总的流路阻力影响不大，因而不会引起流量显著的变动。显然，这类空气采样仪除了造成很大的能量浪费，还造成抽吸泵在高负荷下运行使用寿命大大缩短，高阻力器件的作用很有限，离开及时的人工调控流量就无法保障采样作业质量，难以完成长期连续采样等等，这是一系列现场应用的极大不便和人力、物力浪费的问题。
人们经常用眼睛观察为转子的位置变化(位移)作出推理判断；例如流量计转子的位置，电表头指针的位置，温度计水银头的位置等等。而许多场合下有用的位移信息是界量方式的－－即高于或低于某一界线。如用一个光源向一个光敏器件照射，并让转子在它们之间移动，通过光敏器件的信号输出，判断光线是否被转子遮挡必须设法使光源自身和外界背景光的光强基本稳定；即便做到了这一点，但要判断转子出、入光路的方向，从而可靠地确定转子在光路以外的哪一边仍十分困难。即从检测信号中难以确定转子进入界限区的方向和过程。因而未能制造出能自动控流和稳流的空气采样仪。
本实用新型的目的在于避免上述现有技术的不足之处而提供一种利用光电感应能自动监控转子流量计的转子高度，从而可按指定流量自动控流和稳流完成采样作业，高效节能的光电自动控流空气采样仪。
本实用新型的目的可以通过以下措施来达到本实用新型包括转子、抽吸泵、电源、壳体、提手、装于面板上的第一路转子流量计、第二路转子流量计、运行方式选择键、定时器设置键盘、电源开关、定时器显示屏，其特征在于还有光敏器件、检测电路、分辨电路、逻辑分析电路、调制电路、驱动电路，光敏器件、置于光源的照射之中，其输出经由检测电路后成为互补差动信号送到分辨电路，分辨电路的输出经由逻辑分析电路送到调制电路，调制电路的输出通过驱动电路驱动抽吸泵。
本实用新型的目的还可以通过以下措施来达到光源、光敏器件、由透明塑料构件夹持套在转子流量计上的玻管外壁，并由蜗杆带动其升降，以调节采样流量大小，转子置于玻管内。光源是一只发光二极管LED1，光敏器件是两只光敏三极管U1、U2，发光二极管LED1发出的光可通过转子照射到光敏三极管U1、U2上，电阻R1、电位器W1与发光二极管LED1串联，光敏三极管U1、U2的集射极相串联，形成检测电路。光敏三极管U1的射极与U2的集电极相接，并与分辨电路里集成电路IC1中A1的3脚、A2的6脚相接，A1的1脚、A2的7脚分别和逻辑分析电路里集成电路IC2中Y1的6、4脚相接，A2的7脚与IC2中Y2的8脚相接，Y1的1脚与调制电路中集成电路IC3、IC4的1脚(U／D端)相接，Y2的10脚与IC3、IC4的9脚相接，调制电路里的双频脉冲振荡器中集成电路IC6的10脚与IC3、IC4的15脚相接。调制电路中由1R1～1R7、2R0～2R8组成的梯形电阻网络与电位器W4相接，W4的中点与IC1中A3的10脚相接，A3的8脚通过R8与IC1中A4的12脚相接。A4的14脚通过R12与集成电路IC7的1脚相接，IC7的4脚与抽吸泵及驱动电路中IC8的4脚相接。
图1为本实用新型的原理方框图；图2为本实用新型的外形结构立体图3为光源与光敏器件固定在转子流量计玻管外壁的结构图；图4为本实用新型的电原理图。
本实用新型下面将结合附图(实施例)作进一步详述参照图1、图2，本实用新型由光源1、光敏器件2、3、检测电路4、转子5、分辨电路6、逻辑分析电路7、调制电路8、驱动电路9、抽吸泵10、第一路转子流量计11、第二路转子流量计12、运行方式选择键13、定时器设置键盘14、电源开关15、定时器显示屏18、提手19、面板20、壳体21、电源22等组成。把光敏器件2、3置于同一光源1的照射之中，并通过检测电路4将2、3的信号输出形成互补差动关系，使得光源1本身及外界背景光的波动对检测电路4输出的扰动降低到不影响判断结果的程度。在这种情况下，转子5的位置与检测电路4的输出之间存在有如附表1的对应关系附表1
因此，可从检测电路4的输出中分辨出至少以下三种状态(1)光敏器件3被遮挡，转子5在B区(检测电路4为＋差动)；(2)光敏器件2被遮挡，转子5在D区(检测电路4为－差动)；(3)光敏器件2和3都未被遮挡或被等量地遮挡，转子5在A区或C区或E区(检测电路4为0差动)。
虽然转子5在A、C、E区只能得到同样的信号(0差动)，不能孤立地作出判断，但转子经光敏器件2或3入或出界限区的过程是能够准确可靠地指示它目前处在界限的哪一边；即转子5入B区而未到D区则必是仍在A、B、C区一边；转子5入D区而未到B区则必是仍在E、D、C区一边，等等。
当光源1、转子5、光敏器件2和3的结构、性能、系统的工作参数和它们之间的空间形式调整在某种匹配关系上时，可使转子5在界限区上、下的判断等效于在界限线上、下的判断，实现对转子5细少位移的监控。
面板20上左右对称装有第一、二路转子流量计11、12，中部装有定时器设置键盘14、定时器显示屏18、运行方式选择键13、电源开关15，壳体21上部装有提手19；第一、二路转子流量计11、12上分别装有第一、二流路流量调节旋钮16、17。
参照图3，光源1(即红外发光二极管LED1)与光敏器件2、3(即两只红外光敏三极管)由透明塑料构件23夹持套在转子流量计玻管24外壁，并由蜗杆25带动其升降以调节采样流量的大小。
光源1的光线透过流量计的管壁照射到光敏器件2和3，转子5的位置处在一只界视性的“眼睛”监视之中。检测电路4的输出信号经输入一状态分辨电路6识别出光敏器件2、3被转子5遮挡的过程，然后由逻辑解析电路7判断出转子5的当前位置，并指令调制电路8依流体流路特性调制驱动电路9，实时控制抽吸泵10抽力的增、减，使转子5落在光敏单元(包括光源1、光敏器件2、3)界定的流量计刻度读数之中；实现按预期流量进行自动控流、稳流作业。同样原理，沿流量计玻管壁移动光敏单元，改变由其界定的流量计刻度读数，就能改变采样流量，从而根据需要完成不同采样流量要求的作业。
参照图4，分辨电路6包括集成电路IC1中的两个运算放大器A1、A2等，逻辑分析电路7包括集成电路IC2等；调制电路8包括集成电路IC3、IC4、IC5、IC6、梯形电阻网络、集成电路IC1的两个运算放大器A3、A4、IC7等；驱动电路包括IC8等。
图4中，本设计采用简单地将两个红外线光敏三极管U1和U2串连的做法，使其输出等效于电源在U1和U2模拟电阻间的分压，从而获得互补差动输出。红外发光二极管LED1或外界背景光的变化对U1和U2的影响基本等量，U1和U2模拟电阻间的分压也就基本不变(互补作用)。当转子5遮挡U2，使其模拟电阻增大，U1保持不变，U1和U2模拟电阻间的分压拉向电源电压(Vcc)，光敏三极管U1、U2输出为十差动；反之，转子5遮挡U1，使其模拟电阻增大，而U2保持不变，U1和U2模拟电阻间的分压拉向地电平，光敏三极管U1和U2输出为一差动。调节电位器W1可改变流过红外发光二极管LED1的电流。
当电路通电，采样开始时，流量计转子5在预定流量以下(A区)；U1、U2输出为U0(约1／2Ucc)，A1输出高电平，A2输出低电平，Y1置位，IC3和IC4作加法计数，经由1R1～1R7、2R0～2R8组成的梯形电阻网络变换，A3缓冲，A4输出电平渐升，使IC7(LT)的模拟电阻减少，激励驱动电路(IC8)使抽吸泵10电机增速，抽力上升，流量加大；由于Y2至此仍保持上电复位状态，IC3和IC4以F1的频率计数(IC5中G1、G2等组成的脉冲振荡器振荡频率为F2，G3、G4组成的脉冲振荡器的振荡频率为F1，至于是选通F1或F2由Y2的置位及IC6中的与非门I1、I2、I3决定)，电机增速较快。转子5上升至B区光敏三极管U1、U2输出拉向电源电压Vcc，A1、A2输出不变，泵抽力继续增加。转子5升至C区U1、U2输出再为U0，A1、A2输出不变，泵抽力继续增加。转子5升至D区，U1、U2输出拉向地电平，A1和A2输出翻转，Y1复位，Y2置位，IC3和IC4以F2的频率慢速作减法计数，使IC7(LT)的模拟电阻增大，激励驱动电路(IC8)使抽吸泵10的电机减速，抽力下降，流量减少。当转子回落到C区，U1、U2输出又再为U0，A1和A2输出翻转，Y1置位，Y2不变，IC3和IC4以F2的频率慢速作加法计数，电机重新加速，转子5重新上升。如此反复循环。由于光敏三极管U1、U2非常敏感，加上IC3、IC4、IC7等构成附合流体流路特性的调制，转子5在C区与D区之间的允许波动尺度很少，远低于影响空气采样定量精度的水平，所以得到了稳定的采样流量。本采样仪还具自行纠错能力，当流路发生大的扰动使转子5误跳入E区，由于IC3和IC4的循环计数特点，电机会自行回到最低转速，转子5回落到C区以下，重新开始上述控流过程，使转子5回到指定刻度，恢复正常采样流量。
定时器设置键盘14和定时器显示屏18在图4中表示为TINER，接于电源开关与地之间，整个定时装置可在市场买到。
集成电路IC2的型号为LN324；IC2的型号为CD4013；IC3、IC4的型号为CD4516；IC5、IC6的型号为CD4001；IC7型号为4N25；IC8的型号为AN6651。
本实用新型相比现有技术具有如下优点1.可按指定流量自动控流、稳流完成采样作业；直接实时控制泵的抽吸力，无需采用传统的高阻稳流，显著地节省能源和提高泵的使用寿命。
2.操作简化、作业质量和效率大大提高，可进行长期连续采样。
3.结构简单、线路合理、性能稳定，可为用户的旧有型式空气采样仪加装自动控流功能。
权利要求1.一种光电自动控流空气采样仪，包括转子5、抽吸泵10、电源22、壳体21、提手19、装于面板20上的第一路转子流量计11、第二路转子流量计12、运行方式选择键13、定时器设置键盘14、电源开关15、定时器显示屏18，其特征在于还有光源1、光敏器件2、3、检测电路4、分辨电路6、逻辑分析电路7、调制电路8、驱动电路9，光敏器件2、3置于光源1的照射之中，其输出经由检测电路4后成为互补差动信号送到分辨电路6，分辨电路6的输出经由逻辑分析电路7送到调制电路8，调制电路8的输出通过驱动电路9驱动抽吸泵10。
2.根据权利要求1所述的采样仪，其特征在于光源1、光敏器件2、3由透明塑料构件23夹持套在转子流量计11、12上的玻管24外壁，并由蜗杆25带动其升降，以调节采样流量大小，转子5置于玻管24内。
3.根据权利要求1所述的采样仪，其特征在于光源1是一只发光二极管LED1，光敏器件2、3是两只光敏三极管U1、U2，发光二极管LED1发出的光可通过转子5照射到光敏三极管U1、U2上，电阻R1、电位器W1与发光二极管LED1串联，光敏三极管U1、U2的集射极相串联，形成检测电路4。
4.根据权利要求1所述的采样仪，其特征在于光敏三极管U1的射极与U2的集电极相接，并与分辨电路6里集成电路IC1中A1的3脚、A2的6脚相接，A1的1脚、A2的7脚分别和逻辑分析电路7里集成电路IC2中Y1的6、4脚相接，A2的7脚与IC2中Y2的8脚相接，Y1的1脚与调制电路8中集成电路IC3、IC4的1脚(U／D端)相接，Y2的10脚与IC3、IC4的9脚相接，调制电路8里的双频脉冲振荡器中集成电路IC6的10脚与IC3、IC4的15脚相接。
5.根据权利要求1所述的采样仪，其特征在于调制电路8中由1R1～1R7、2R0～2R8组成的梯形电阻网络与电位器W4相接，W4的中点与IC1中A3的10脚相接，A3的8脚通过R8与IC1中A4的12脚相接。A4的14脚通过R12与集成电路IC7的1脚相接，IC7的4脚与抽吸泵10及驱动电路9中IC8的4脚相接。
专利摘要本实用新型涉及一种光电自动控流空气采样仪，它由光源、两个光敏器件、检测电路、转子、分辨电路、逻辑分析电路、调制电路、驱动电路、抽吸泵、电源、转子流量计、定时器、面板、壳体等组成。由于把两个光敏器件置于光源的照射之中，并通过检测电路将光敏器件的信号输出形成互补差动关系，并通过与其它控制电路配合，故能自动监控转子流量计的转子高度，按指定流量自动控流、稳流完成采样作业。本实用新型高效节能，并可延长泵的使用寿命。
文档编号G01N1/24GK2109567SQ92200950
公开日1992年7月8日 申请日期1992年1月17日 优先权日1992年1月17日
发明者袁苏春 申请人:袁苏春