振荡天平自动更换滤芯装置结构与原理

樊海春 张涛 李勇

摘要：设计了一种自动更换滤芯装置，它涉及大气监测环保仪器研发领域。其待测气体入口顶部通过导柱设置有移动横梁，移动横梁上设置有待测气体入口，移动横梁一侧设置有工作盘驱动电机，工作盘驱动电机与工作盘相连，移动横梁上还设置有新滤芯冲压头，新滤芯冲压头下方设置有滤芯冲压座，工作盘上还设置有密封橡胶、脏滤芯粘取头.密封橡胶与丢弃的脏滤芯吸出口相连，保温壳体上部侧板设置有滤芯卷轮驱动电机，滤芯卷轮驱动电机通过滤芯原料带与滤芯卷轮相连。该装置不需要人力的耗费，实现了资源的节约，也契合环保的理念。自动更换滤芯装置具有相当高的效率，能在预先设定好的时间点完成滤芯的更换。

关键词：自动更换滤芯;环境监测仪器

中图分类号：TE973

文献标识码：A

文章编号：1674-9944（2018）14-0149-03

1 引言

在大气环境监测领域中，基于振荡天平技术检测PM_2.5的装置中目前有锥管微量振荡天平（TEOM）和复合管微量振荡天平（ CEOM）两类技术，但是这两类技术目前都没有自动更换滤芯的装置。以前人们主要是依靠手工的方式实现滤芯的更换，这样就会带来很多的不便。例如，必须在指定时间内安排人员去设备所在地点更换滤芯，这样就会耗费更多的时间和人力。本论文的目的在于提供一种使检测更为高效的装置，在技术上可以实现滤芯更换的自动化，在功能上可以实现对人为更换的代替，一举两得。

目前錐形管振荡天平技术使用人工更换滤芯，在一定的时间必须要打开滤芯和进气口连接盖，人工将事先准备好的滤芯安装在设备上。由于人工安放，必然会存在很多不确定的因素。比如在安放的时间点和准确度上人为是不能保证的，安放的时间过晚或过早都可能导致测量的结果产生误差，当安放的滤膜位置和锥形元件不吻合时也会导致最终结果产生误差。

而且原有技术必须在通气口和复合振子CEOM上盖板之间设计一个开关装置，当需要更换滤芯时，需要人工打开这个装置，将旧的滤芯更换掉，这样既耗时、耗力、而且在多次开关之后会影响仪器的密封性，因而可能会导致仪器出现测量误差。

2 自动更换滤芯装置结构

装置的目的是在于提供一种自动更换滤芯装置，不需要人力的耗费，实现资源的节约，也契合环保的理念。自动更换滤芯装置具有相当高的效率，能在预先设定好的时间点完成滤芯的更换。

自动更换滤芯装置，包括待测气体入口、工作盘驱动电机、工作盘、导柱、移动横梁、滤芯卷轮、保温壳体、横梁升降驱动电机、新滤芯冲压头、滤芯冲压座、滤芯原料带和滤芯卷轮驱动电机，待测气体入口顶部通过导柱设置有移动横梁，移动横梁上设置有待测气体人口，移动横梁一侧设置有工作盘驱动电机，工作盘驱动电机与工作盘相连，移动横梁上还设置有新滤芯冲压头，新滤芯冲压头下方设置有滤芯冲压座，工作盘上还设置有密封橡胶、脏滤芯粘取头，密封橡胶与丢弃的脏滤芯吸出口相连，保温壳体上部侧板设置有滤芯卷轮驱动电机，滤芯卷轮驱动电机通过滤芯原料带与滤芯卷轮相连，保温壳体前侧固定有横梁升降驱动电机，横梁升降驱动电机通过齿轮传动机构与移动横梁相连，保温壳体底部设置有待测气体出口。

所述的待测气体入口包括进气管、密封环，进气管通过密封环与滤芯座相连，滤芯座与复合振子CEOM相连，复合振子CEOM与待测气体出口相连。

待测气体入口通过密封环和上盖板罩在复合振子CEOM上，两个气体入口是用于实现气体进入复合振子CEOM的通道;工作盘驱动电机用于驱动工作盘运转;工作盘上设有两个复合振子CEOM进气密封环，一个新滤芯切割头，一个新滤芯粘取头，一个脏滤芯粘取头;导柱是保证工作盘上下移动的关键;移动横梁起支架作用;滤芯卷轮是滤芯原料带运动的保证;保温壳体是为了保证复合振子CEOM温度的恒定;新滤芯冲压头和滤芯冲压座是获得新滤芯的保障。

本发明不需要人力的耗费，实现了资源的节约，也契合环保的理念。自动更换滤芯装置具有相当高的效率，能在预先设定好的时间点完成滤芯的更换。

为了使该技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步加以阐述。

参照图1～4，其具体实施方式采用以下技术方案：自动更换滤芯装置，包括待测气体入口1、工作盘驱动电机2、工作盘3、导柱4、移动横梁5、滤芯卷轮6、保温壳体7、横梁升降驱动电机8、新滤芯冲压头9、滤芯冲压座10、滤芯原料带11和滤芯卷轮驱动电机12，待测气体入口1顶部通过导柱4设置有移动横梁5，移动横梁5上设置有待测气体人口1，移动横梁5-侧设置有工作盘驱动电机2，工作盘驱动电机2与工作盘3相连，移动横梁5上还设置有新滤芯冲压头9，新滤芯冲压头9下方设置有滤芯冲压座10，工作盘3上还设置有密封橡胶14、脏滤芯粘取头15，密封橡胶14与丢弃的脏滤芯吸出口13相连，保温壳体7上部侧板设置有滤芯卷轮驱动电机1 2，滤芯卷轮驱动电机1 2通过滤芯原料带11与滤芯卷轮6相连，保温壳体7前侧固定有横梁升降驱动电机8，横梁升降驱动电机8通过齿轮传动机构与移动横梁5相连，保温壳体7底部设置有待测气体出口16。

待测气体入口l包括进气管101、密封环102，进气管101通过密封环102与滤芯座104相连，滤芯座104与复合振子CFOM 103相连，复合振子CEOM 103与待测气体出口16相连所述的工作盘3上还设置有新滤芯切割头30i，新滤芯切割头301内设置有新滤芯粘取头302，工作盘3外圈设置有齿形带303。

滤芯冲压座10上没置有真空吸附环，真空吸附环为两个半环结构：当滤芯粘取头把冲压下来的滤芯提起来时，真空吸附环将滤芯原料带吸住使其不被组合滤芯冲压粘取头带起来。

3工作原理

移动横梁处于下压状态：用于正常工作状态，粘取脏滤芯状态，抽取脏滤芯状态，冲压新滤芯状态和安放新滤芯状态;移动横梁处于上升状态：靠弹簧的作用，工作盘下降3 mm，使进气管与密封环脱离接触，工作盘可以转到不同的工位;正常工作状态：密封橡胶罩在复合振子CEOM上，当工作盘转到丢弃脏滤芯工位.横梁下降使粘有脏滤芯的粘取头进入真空抽吸口内。本具体实施方式当仪器正常工作时，两个复合振子CEOM进气密封环都足和下端的复合振子CEOM紧密贴紧的，当仪器运转一段时间，待到需要更换滤芯时，工作盘就会在移动横梁升降系统的作用下上升，移动横梁升降系统中带有弹簧，当转轴下降时，弹簧会迫使工作盘回到原位;工作盘上升后在齿形带的作用下工作盘旋转一个角度β₁，使得脏滤芯粘取头移动至密封环位置，然后下降工作盘，吸取走原位上的旧滤芯，再上升工作盘，再次移动一个角度β₂，将旧滤芯旋转至带有空气抽气泵的工位，用抽气泵吸掉密封环上的旧滤芯并丢弃掉旧的滤芯，如此重复两次就能把硼个脏滤芯全部换掉。

本具体实施方式的整个机械手臂和复合振子CEOM完美的结合在一起，密封性好，集成度高，仪器方便携带和安装，在一定的时候只需要更换滤芯纸带。更换滤芯的全部过程都是通过单片机控制电机和抽气泵实现的，稳定性很高，比价可靠。设备测试数据如表1所示。