[概 述 ]：
續(xù)上頁說明下面上海上自儀股份詳細為您分析水平安裝的金屬管轉子流量計的溫度、流量控制要求，該文對采樣器控制技術展開了深入的分析，提出了采樣器總體控制思路，然后分別從恒溫控制和恒流控制方面進行了技術解析，確定采樣器溫度、流量各個控制環(huán)節(jié)。從控制技術應用效果來看，溫度控制精度能夠達到0.3℃，流量控制誤差非常大不超過±1.5%，所以能夠滿足采樣器的恒溫、恒流控制要求。
通過加強技術應用保證采樣器能夠維持高精度運行，繼而為大氣污染防治提供可靠的技術支撐。
1 恒溫恒流連續(xù)水平安裝的金屬管轉子流量計概述
連續(xù)水平安裝的金屬管轉子流量計的設計，由于需要實現(xiàn)大氣環(huán)境連續(xù)監(jiān)測，所以需要保證采樣器工作的穩(wěn)定性和采集結果精確度，以便使采樣器能夠得到廣泛使用。而恒溫恒流連續(xù)金屬管浮子流量計用于實現(xiàn)大氣污染物采集，可以保持60~150L/min流量測量范圍，對照國家標準需要達到±2%的測量示值誤差[1]。在采樣器運行過程中，需要保證設備流量控制穩(wěn)定性不超過5%。在流量控制過程中，采樣分辨率應達到 0.01L/min。在溫度控制方面，國家規(guī)定精度標準為±2℃，采樣器溫控范圍在15℃~30℃之間，響應時間應控制在20min范圍內(nèi)[2]。因此相較于其他金屬管浮子流量計，該種連續(xù)金屬管浮子流量計需要達到恒溫、恒流控制要求。
2 恒溫恒流連續(xù)水平安裝的金屬管轉子流量計控制技術分析
2.1 總體控制分析
從采樣器的總體控制上來看，其由相應數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析處理模塊、驅動控制模塊構成，能夠利用數(shù)據(jù)采集模塊完成溫度、流量等參數(shù)的采集，然后經(jīng)由分析處理模塊實現(xiàn)各種參數(shù)分析，輸出相應動作控制信號，借助控制模塊實現(xiàn)對帕爾貼、抽氣泵等多種設備構成的控制單元的驅動控制，使采樣器能夠保持恒溫、恒流狀態(tài)。實際在數(shù)據(jù)采集模塊設計上，需要利用相應傳感器進行對應參數(shù)采集，然后將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)讲杉髦骺貑卧?，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析與處理。在具體設計中，一般采用單片機芯片實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理，能夠將采集到的模擬信號轉化為數(shù)字信號，經(jīng)過濾波、去噪等處理后完成數(shù)據(jù)分析，結合設定參數(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)運算，輸出相應驅動控制信號[3]。將信號傳遞給制冷片、制熱片，能夠實現(xiàn)采集器溫度調節(jié)控制，將信號傳遞給真空泵控制裝置，實現(xiàn)電機轉速調節(jié)，能夠達到恒流控制目標。
2.2 控制技術研究
2.2.1 恒溫控制技術
結合連續(xù)水平安裝的金屬管轉子流量計的溫度控制要求，需要在加強溫度采集的同時，實現(xiàn)溫度反饋調節(jié)，使采樣得到的污染物溫度得到有效控制，從而使采樣器測量結果保持穩(wěn)定輸出。
（1）溫度采集。
實際應用恒溫控制技術，還要做好溫度傳感器的選擇。伴隨著科學技術的快速發(fā)展，溫度傳感器種類日漸增多。在大氣采集器恒溫控制方面，測溫多采用熱電偶溫度器件，測溫范圍較寬，并且穩(wěn)定性較好，結構簡單，能夠對系統(tǒng)信號進行快速響應，實現(xiàn)4~20mA信號穩(wěn)定傳遞，有利于采樣器自動控制功能的實現(xiàn)。從測溫原理上來看，主要運用熱電效應，通過對兩種半導體進行連接構成閉合回路，根據(jù)接點位置差異化溫度促使回路產(chǎn)生熱電勢，從而將溫度轉換為電量實現(xiàn)溫度參數(shù)采集。
（2）溫度反饋。
結合采集到的溫度參數(shù)進行恒溫控制，采樣器采用了以ADN8831為核心的溫控電路，能夠利用比例積分微分調節(jié)網(wǎng)絡實現(xiàn)溫度調節(jié)控制。在控溫之前，需要完成目標溫度值的設定，然后將測量得到的溫度與設定值進行比較，實現(xiàn)輸出電流調節(jié)控制。采用PID控制方式，能夠使控制器迅速響應控制命令，同時能夠利用補償電路提高溫度控制參數(shù)精度。該種控制模式又被稱之為前饋復合控制模式，能夠結合溫度反饋進行控制參數(shù)輸出，達到實時調節(jié)溫度的目標。根據(jù)檢測到的環(huán)境溫度，可以實現(xiàn)溫度補償。根據(jù)PID反饋值，能夠使溫控單元保持運行穩(wěn)定性，獲得較好的溫度控制精度，因此能夠使采樣器的可靠性得到提高。
（3）溫度控制。
在控制器設計上，一般采用半導體技術，即利用帕爾貼效應實現(xiàn)制冷或加熱控制。實際 設計時，可以采用半導體材料制作成的P-N結，通過改變電流方向促使P-N結兩端制熱或吸熱，從而實現(xiàn)加熱或制冷。頻繁改變電流方向，容易影響制冷堆，造成儀器使用壽命受到影響。針對這一問題，還要采用冷藏箱對采集到的空氣污染物進行存儲，減少外界溫度變化給采集樣品的影響，使恒溫控制精度得到提高。采取上述控制技術，可以對箱內(nèi)溫度進行實時檢測，然后與溫度設定值進行比較，經(jīng)過信號處理后得到溫度調節(jié)信號，達到恒溫控制目標。在冷藏箱加熱方面，需要采用脈寬調制方法，利用PTC熱敏材料，在溫度提升時使材料電阻增加，達到居里點后消耗功率極低，能夠實現(xiàn)自我控溫。采用該種恒溫控制方法，能夠根據(jù)輸入和輸出電壓差值實現(xiàn)不同占空比的脈沖信號輸出，實現(xiàn)負載功率控制，因此能夠使采樣器整體溫控效果得到提高。經(jīng)過測試后可以發(fā)現(xiàn)，大氣連續(xù)采樣器的溫度控制精度能夠達到0.3℃，控制精度較高，遠超規(guī)定的±2℃，因此能夠達到恒溫控制要求。
2.2.2 恒流控制技術
對水平安裝的金屬管轉子流量計在測量大氣中污染物時，需要利用氣泵產(chǎn)生的負壓進行待檢測空氣的持續(xù)吸入。要想實現(xiàn)恒流控制，需要使吸入阻力變化范圍保持恒定，從而使空氣流量控制精度得到保證。在實際應用控制技術時，還應加強空氣流量參數(shù)采集，然后確定流量波動范圍，結合實際測量結果進行控制電流輸出，使氣泵運行得到有效控制，非常終達到恒流控制的目標。
（1）流量采集。
在恒流控制上，需要采用水平安裝的金屬管轉子流量計進行流量參數(shù)采集，即針對管道中不同流體的流量進行測量。根據(jù)采集到的結果，能夠實現(xiàn)流體體積計算。使在連續(xù)水平安裝的金屬管轉子流量計中，可以采用電子水平安裝的金屬管轉子流量計，運用法拉第電磁感應定律實現(xiàn)流量測量。該種流量計可以直接將模擬量轉換為數(shù)字量，同時可以抵抗外界干擾，所以可以保證測量結果的可靠性，擁有較高測量精度，流量測量范圍在1500∶1范圍內(nèi)，可以在較大的電源電壓范圍內(nèi)工作。測量原理為質量守恒定律，在流體碰到節(jié)流器件后依然能夠維持原本質量，所以能夠完成對應流速和壓力的檢測。
（2）流量調節(jié)。
在采樣器流量控制上，按照60~150L/min的工作流量展開分析，要想使水平安裝的金屬管轉子流量計波動范圍不超過額定值±2%，流量控制絕對誤差需要達到0.1L/min。結合這一要求，需要采用PI控制模式，將流量傳感器與PI運放組合在一起，構成采樣器流量閉環(huán)控制電路，實現(xiàn)對采樣器流量的無差調節(jié)。在控制電路設計上，包含比例部分、積分控制部分、檢測元件和執(zhí)行機構。PI部分由兩個高輸入阻抗線性放大器構成，能夠實現(xiàn)檢測信號輸入放大。連接三級線性放大
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（3）流量控制。
在系統(tǒng)流量控制上，需要采用抽氣泵，使采樣器保持較小體積，同時減小泵運行負載和產(chǎn)生的噪聲，使泵的使用壽命得到延長。采用真空泵實現(xiàn)空氣中污染物采集，采樣器抽氣速率較高，需要配備大功率電動機，需要通過電機驅動控制達到流量控制目標。具體來講，就是可以利用連續(xù)可調DC-AC調壓模塊實現(xiàn)電機電壓輸入控制，以便在采樣器流量偏移量發(fā)生改變時，對真空泵電機電壓進行調節(jié)，達到連續(xù)調節(jié)真空泵吸入氣流的目標。采取該種控制方式，能夠使控制電路保持較大阻力的同時，達到一定控制精度。從連續(xù)水平安裝的金屬管轉子流量計流量測量結果來看，平均流量偏差非常大為±1.5%，不超過規(guī)定的±2%，因此能夠保證流量的穩(wěn)定輸出，達到恒流控制目標。
3 結語
綜上所述，在連續(xù)大氣污染物監(jiān)測方面，使用采樣器還應保證采樣流量和測量溫度恒定，才能得到精確的測量結果，保證采樣器工作的穩(wěn)定性，減少頻繁使用過程中失誤的產(chǎn)生。因此，在實際設計連續(xù)金屬管浮子流量計時，需要加強恒溫、恒流控制技術的分析，從參數(shù)采集、分析調節(jié)到控制管理，還應達到一定測量控制精度，以便使采樣器測量精度能夠達到相關標準要求，有效實現(xiàn)大氣污染監(jiān)測。
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