振蕩天平自動更換濾芯裝置結構與原理

樊海春 張濤 李勇

摘要：設計了一種自動更換濾芯裝置，它涉及大氣監測環保儀器研發領域。其待測氣體入口頂部通過導柱設置有移動橫梁，移動橫梁上設置有待測氣體入口，移動橫梁一側設置有工作盤驅動電機，工作盤驅動電機與工作盤相連，移動橫梁上還設置有新濾芯沖壓頭，新濾芯沖壓頭下方設置有濾芯沖壓座，工作盤上還設置有密封橡膠、臟濾芯粘取頭.密封橡膠與丟棄的臟濾芯吸出口相連，保溫殼體上部側板設置有濾芯卷輪驅動電機，濾芯卷輪驅動電機通過濾芯原料帶與濾芯卷輪相連。該裝置不需要人力的耗費，實現了資源的節約，也契合環保的理念。自動更換濾芯裝置具有相當高的效率，能在預先設定好的時間點完成濾芯的更換。

關鍵詞：自動更換濾芯;環境監測儀器

中圖分類號：TE973

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）14-0149-03

1 引言

在大氣環境監測領域中，基于振蕩天平技術檢測PM_2.5的裝置中目前有錐管微量振蕩天平（TEOM）和復合管微量振蕩天平（ CEOM）兩類技術，但是這兩類技術目前都沒有自動更換濾芯的裝置。以前人們主要是依靠手工的方式實現濾芯的更換，這樣就會帶來很多的不便。例如，必須在指定時間內安排人員去設備所在地點更換濾芯，這樣就會耗費更多的時間和人力。本論文的目的在于提供一種使檢測更為高效的裝置，在技術上可以實現濾芯更換的自動化，在功能上可以實現對人為更換的代替，一舉兩得。

目前錐形管振蕩天平技術使用人工更換濾芯，在一定的時間必須要打開濾芯和進氣口連接蓋，人工將事先準備好的濾芯安裝在設備上。由于人工安放，必然會存在很多不確定的因素。比如在安放的時間點和準確度上人為是不能保證的，安放的時間過晚或過早都可能導致測量的結果產生誤差，當安放的濾膜位置和錐形元件不吻合時也會導致最終結果產生誤差。

而且原有技術必須在通氣口和復合振子CEOM上蓋板之間設計一個開關裝置，當需要更換濾芯時，需要人工打開這個裝置，將舊的濾芯更換掉，這樣既耗時、耗力、而且在多次開關之后會影響儀器的密封性，因而可能會導致儀器出現測量誤差。

2 自動更換濾芯裝置結構

裝置的目的是在于提供一種自動更換濾芯裝置，不需要人力的耗費，實現資源的節約，也契合環保的理念。自動更換濾芯裝置具有相當高的效率，能在預先設定好的時間點完成濾芯的更換。

自動更換濾芯裝置，包括待測氣體入口、工作盤驅動電機、工作盤、導柱、移動橫梁、濾芯卷輪、保溫殼體、橫梁升降驅動電機、新濾芯沖壓頭、濾芯沖壓座、濾芯原料帶和濾芯卷輪驅動電機，待測氣體入口頂部通過導柱設置有移動橫梁，移動橫梁上設置有待測氣體人口，移動橫梁一側設置有工作盤驅動電機，工作盤驅動電機與工作盤相連，移動橫梁上還設置有新濾芯沖壓頭，新濾芯沖壓頭下方設置有濾芯沖壓座，工作盤上還設置有密封橡膠、臟濾芯粘取頭，密封橡膠與丟棄的臟濾芯吸出口相連，保溫殼體上部側板設置有濾芯卷輪驅動電機，濾芯卷輪驅動電機通過濾芯原料帶與濾芯卷輪相連，保溫殼體前側固定有橫梁升降驅動電機，橫梁升降驅動電機通過齒輪傳動機構與移動橫梁相連，保溫殼體底部設置有待測氣體出口。

所述的待測氣體入口包括進氣管、密封環，進氣管通過密封環與濾芯座相連，濾芯座與復合振子CEOM相連，復合振子CEOM與待測氣體出口相連。

待測氣體入口通過密封環和上蓋板罩在復合振子CEOM上，兩個氣體入口是用于實現氣體進入復合振子CEOM的通道;工作盤驅動電機用于驅動工作盤運轉;工作盤上設有兩個復合振子CEOM進氣密封環，一個新濾芯切割頭，一個新濾芯粘取頭，一個臟濾芯粘取頭;導柱是保證工作盤上下移動的關鍵;移動橫梁起支架作用;濾芯卷輪是濾芯原料帶運動的保證;保溫殼體是為了保證復合振子CEOM溫度的恒定;新濾芯沖壓頭和濾芯沖壓座是獲得新濾芯的保障。

本發明不需要人力的耗費，實現了資源的節約，也契合環保的理念。自動更換濾芯裝置具有相當高的效率，能在預先設定好的時間點完成濾芯的更換。

為了使該技術實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體實施方式，進一步加以闡述。

參照圖1～4，其具體實施方式采用以下技術方案：自動更換濾芯裝置，包括待測氣體入口1、工作盤驅動電機2、工作盤3、導柱4、移動橫梁5、濾芯卷輪6、保溫殼體7、橫梁升降驅動電機8、新濾芯沖壓頭9、濾芯沖壓座10、濾芯原料帶11和濾芯卷輪驅動電機12，待測氣體入口1頂部通過導柱4設置有移動橫梁5，移動橫梁5上設置有待測氣體人口1，移動橫梁5-側設置有工作盤驅動電機2，工作盤驅動電機2與工作盤3相連，移動橫梁5上還設置有新濾芯沖壓頭9，新濾芯沖壓頭9下方設置有濾芯沖壓座10，工作盤3上還設置有密封橡膠14、臟濾芯粘取頭15，密封橡膠14與丟棄的臟濾芯吸出口13相連，保溫殼體7上部側板設置有濾芯卷輪驅動電機1 2，濾芯卷輪驅動電機1 2通過濾芯原料帶11與濾芯卷輪6相連，保溫殼體7前側固定有橫梁升降驅動電機8，橫梁升降驅動電機8通過齒輪傳動機構與移動橫梁5相連，保溫殼體7底部設置有待測氣體出口16。

待測氣體入口l包括進氣管101、密封環102，進氣管101通過密封環102與濾芯座104相連，濾芯座104與復合振子CFOM 103相連，復合振子CEOM 103與待測氣體出口16相連所述的工作盤3上還設置有新濾芯切割頭30i，新濾芯切割頭301內設置有新濾芯粘取頭302，工作盤3外圈設置有齒形帶303。

濾芯沖壓座10上沒置有真空吸附環，真空吸附環為兩個半環結構：當濾芯粘取頭把沖壓下來的濾芯提起來時，真空吸附環將濾芯原料帶吸住使其不被組合濾芯沖壓粘取頭帶起來。

3工作原理

移動橫梁處于下壓狀態：用于正常工作狀態，粘取臟濾芯狀態，抽取臟濾芯狀態，沖壓新濾芯狀態和安放新濾芯狀態;移動橫梁處于上升狀態：靠彈簧的作用，工作盤下降3 mm，使進氣管與密封環脫離接觸，工作盤可以轉到不同的工位;正常工作狀態：密封橡膠罩在復合振子CEOM上，當工作盤轉到丟棄臟濾芯工位.橫梁下降使粘有臟濾芯的粘取頭進入真空抽吸口內。本具體實施方式當儀器正常工作時，兩個復合振子CEOM進氣密封環都足和下端的復合振子CEOM緊密貼緊的，當儀器運轉一段時間，待到需要更換濾芯時，工作盤就會在移動橫梁升降系統的作用下上升，移動橫梁升降系統中帶有彈簧，當轉軸下降時，彈簧會迫使工作盤回到原位;工作盤上升后在齒形帶的作用下工作盤旋轉一個角度β₁，使得臟濾芯粘取頭移動至密封環位置，然后下降工作盤，吸取走原位上的舊濾芯，再上升工作盤，再次移動一個角度β₂，將舊濾芯旋轉至帶有空氣抽氣泵的工位，用抽氣泵吸掉密封環上的舊濾芯并丟棄掉舊的濾芯，如此重復兩次就能把硼個臟濾芯全部換掉。

本具體實施方式的整個機械手臂和復合振子CEOM完美的結合在一起，密封性好，集成度高，儀器方便攜帶和安裝，在一定的時候只需要更換濾芯紙帶。更換濾芯的全部過程都是通過單片機控制電機和抽氣泵實現的，穩定性很高，比價可靠。設備測試數據如表1所示。