一種基于單擺原理的微重測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于單擺原理的微重測量方法，屬于粒子濃度檢測技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 用鐘擺周期變化的來測量擺上質(zhì)量的變化量。用這種新的稱重法來對濾膜進行稱 重，來解決顆粒物直讀采樣過程中的稱重問題，實現(xiàn)顆粒物直讀采樣?，F(xiàn)有方法有射線法、 震蕩天平法，光學法等。射線法對采樣人員、操作人員及生產(chǎn)調(diào)試人員有輻射危害；震蕩天 平其核心部件加工藝難度較大，國內(nèi)尚未普及；光學法部件成本，尤其核心部件成本昂貴。 [0003]目前，為了應對、解決因為工業(yè)生產(chǎn)和人居生活方式所造成的環(huán)境污染問題，尤其 是危害嚴重的灰霾問題，需要對大氣顆粒物質(zhì)量濃度進行連續(xù)、精確、廣泛的監(jiān)測；因而在 遍布各地、數(shù)量巨大、體系復雜的環(huán)境空氣自動監(jiān)測站點，都把大氣顆粒物質(zhì)量濃度作為主 要的監(jiān)測項目。
[0004] 本發(fā)明涉及鐘擺法大氣顆粒物質(zhì)量濃度監(jiān)測，是涉及一種直讀大氣顆粒物質(zhì)量濃 度采樣器。該產(chǎn)品可應用于環(huán)境監(jiān)測、安全檢查、應急檢測、氣體分析、生物、化工、科學實驗 等諸多領(lǐng)域，特別是環(huán)境監(jiān)測中的一種直讀式大氣顆粒物采樣器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述問題，本發(fā)明提供了 一種基于單擺原理的微重測量方法，利用鐘擺周 期特性，多次采樣和稱重濾膜上的大氣顆粒物質(zhì)，得到精確的大氣顆粒物質(zhì)的質(zhì)量。
[0006] 一種基于單擺原理的微重測量方法，稱重儀器包括采樣器和采樣器驅(qū)動器，采樣 器包括下錐拖體和外殼罩；還包括升降體、濾膜壓環(huán)、擺桿組、輕型濾膜托架、采樣器頭、0 型圈、橡膠定位圈、光電對射管、凸輪電機組、壓簧；下錐拖體內(nèi)設(shè)置有漏斗型腔體，腔體上 方設(shè)置有輕型濾膜托架安裝槽，并設(shè)置有多個環(huán)形整列的小孔；所述輕型濾膜托架安裝在 下錐拖體的安裝槽內(nèi)；輕型濾膜托架最外圍的一圈通過濾膜壓環(huán)將輕型濾膜托架固定在安 裝槽內(nèi)；所述0型圈安裝在下錐拖體的卡槽內(nèi)；所述外殼罩內(nèi)設(shè)置有安裝橡膠定位圈的環(huán) 形突壁，橡膠定位圈安裝在環(huán)形突壁上，在橡膠定位圈上設(shè)置有兩處錐形凹槽；擺桿組頂端 的連桿放置于橡膠定位圈上的錐形凹槽上；擺桿組底端和輕型濾膜托架通過激光焊接在一 起；所述凸輪電機組安裝在升降體的安裝架上，升降體通過擺桿組頂端的連桿穿過采樣器 頭中間的小孔固定；所述光電對射管安裝在升降體外側(cè)，并將擺桿組的垂直連桿穿過光電 對射管的對射區(qū)域；所述壓簧安裝在采樣器頭和升降體配合后的L型空腔內(nèi)，壓簧頂在采 樣器頭和升降體之間；并通過以下步驟測量采樣中所含顆粒物質(zhì)量：
[0007] Sl :給予擺桿組一個微小動力，擺桿組帶動輕型濾膜托架上的濾膜物質(zhì)一起擺 動；
[0008] S2:通過光電對射管捕捉濾膜物質(zhì)的擺動周期，并利用以下公式計算擺長的周 期： ?/9
[0009] T =，其中ω為角速度，Θ為擺幅，T為擺的周期； ω
[0010] S3 :根據(jù)擺的模型，計算擺上新增顆粒物的轉(zhuǎn)動慣量，通過以下公式計算：
[0011] δ I = Δ rnl2,其中：Δ I為采樣顆粒物在本模型的擺上的轉(zhuǎn)動慣量，Δ m是本次所 采樣中所含顆粒物質(zhì)量，1為擺長；
[0012] S4 :根據(jù)能量守恒定律計算采樣中所含顆粒物質(zhì)量：
變換后得到：
角速度，Q1為當前擺動中的角速度；[0015] 帶入上述求解得到： 其中，I。為擺的原始轉(zhuǎn)動慣量，ω。為原始擺動中的 9
[0017] S5 :計算得到的Am為最終需要求得的采樣中所含大氣顆粒物質(zhì)量。
[0018] 進一步的，凸輪電機組的帶動，升降體在自身重力和凸輪電機組輔助壓力下、壓縮 壓簧，開始下降，直到升降體壓緊濾膜壓環(huán)過密封介質(zhì)〇型圈和下錐拖體把輕型濾膜托架 上面的濾膜形成密封環(huán)境。
[0019] 進一步的，在采樣一定時間段，采樣驅(qū)動器停止采樣，等待采樣器內(nèi)氣流、氣壓穩(wěn) 定后，通過采樣器驅(qū)動器控制凸輪電機組，壓縮壓簧利用采樣器頭的支撐平臺提供彈力，在 凸輪電機組的作用下使升降體緩慢為平穩(wěn)上升，升降體上升到擺桿組的高度，托著擺桿組 繼續(xù)上升，直到擺桿組下端連接的輕型濾膜托架距離下錐拖體的高度足夠擺動空間，給予 擺桿組一個微小動力，擺桿組帶動輕型濾膜托架上的濾膜物質(zhì)一起參與擺動，根據(jù)光電對 射管捕捉的擺動周期，計算出新的質(zhì)量，與之前的質(zhì)量求差即可得到采樣質(zhì)量。
[0020] 進一步的，所述輕型濾膜托架（6)包括三個同心圓，同心圓之間通過4根連接桿固 定。
[0021] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明將為顆粒物直讀采樣提供一種新的采樣方式，將極大 的擺脫了因為現(xiàn)有加工工藝及技術(shù)能力所限而采用射線法等對采樣人員有害的采樣方法； 并且本采樣方法將作為一種新的采樣方法應用于顆粒物采樣，與現(xiàn)有的顆粒物采樣器對比 將極大的提高了采樣人員的工作效率，節(jié)省了回實驗室進行烘干稱重等一系列的操作，更 不需要考慮在從采樣點回實驗室途中的樣品保存問題，還可遠程控制和數(shù)據(jù)傳輸直接實現(xiàn) 了一個采樣人員完成整個實驗室十數(shù)個人人甚至數(shù)十個人的工作
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明的采樣器結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0023] 圖2為本發(fā)明的未安裝外殼罩時采樣器結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0024] 圖3為本發(fā)明的未安裝外殼罩時采樣器結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0025] 如圖1、圖2和圖3所示，采樣器包括下錐拖體⑴和外殼罩（2);還包括升降體 (3) 、濾膜壓環(huán)（4)、擺桿組（5)、輕型濾膜托架（6)、采樣器頭（7)、0型圈（8)、橡膠定位圈 (9)、光電對射管（10)、凸輪電機組（11)、壓簧（12);下錐拖體（1)內(nèi)設(shè)置有漏斗型腔體， 腔體上方設(shè)置有輕型濾膜托架（6)安裝槽，并設(shè)置有多個環(huán)形整列的小孔；所述輕型濾膜 托架（6)安裝在下錐拖體（1)的安裝槽內(nèi)；輕型濾膜托架（6)最外圍的一圈通過濾膜壓環(huán) (4) 將輕型濾膜托架（6)固定在安裝槽內(nèi)；所述0型圈（8)安裝在下錐拖體（1)的卡槽內(nèi)； 所述外殼罩（2)內(nèi)設(shè)置有安裝橡膠定位圈（9)的環(huán)形突壁（21)，橡膠定位圈（9)安裝在環(huán) 形突壁（21)上，在橡膠定位圈（9)上設(shè)置有兩處錐形凹槽（91);擺桿組（5)頂端的連桿放 置于橡膠定位圈（9)上的錐形凹槽（91)上；擺桿組（5)底端和輕型濾膜托架（6)通過激 光焊接在一起；所述凸輪電機組（11)安裝在升降體（3)的安裝架上，升降體（3)通過擺桿 組（5)頂端的連桿穿過采樣器頭（7)中間的小孔固定；所述光電對射管（10)安裝在升降體 ⑶外側(cè)，并將擺桿組（5)的垂直連桿穿過光電對射管（10)的對射區(qū)域；所述壓簧（12)安 裝在采樣器頭（7)和升降體（3)配合后的L型空腔內(nèi)，壓簧（12)頂在采樣器頭（7)和升降 體（3)之間；所述采樣器驅(qū)動器和凸輪電機組（11)連接；所述輕型濾膜托架（6)包括三個 同心圓，同心圓之間通過4根連接桿固定。
[0026] 通過外接的采樣器驅(qū)動器，帶動凸輪電機組（11)，