一種串聯差分電遷移率分析儀控制系統及控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及環境分析儀控制系統領域，具體是一種串聯差分電遷移率分析儀控制系統及控制方法。
【背景技術】
[0002]近年來，環境污染問題事關國計民生，因此，大氣顆粒物已成為環境監測的重點指標之一，對于大氣污染形成機理的研究刻不容緩，相關研究方法、研究儀器也在不斷發展。大氣顆粒物揮發性和吸濕性是反映顆粒物理化性質的重要指標，揮發性和吸濕性研究對深入了解顆粒物的環境和健康效應具有重要的意義。V-TDMA (揮發性串聯差分電遷移率分析儀)可用于研究溫度對大氣顆粒物組分中揮發性物質(例如NH4C1、NH4N03等)揮發速率的影響，探討揮發機制；通過測量加熱前后顆粒物的粒譜分布，獲得其揮發因子；H-TDMA (吸濕性串聯差分電遷移率分析儀)是典型的大氣顆粒物吸濕性分析方法，可以測量顆粒物在不同濕度前后的粒譜分布，獲得吸濕增長因子。H-TDMA系統是在大氣氣溶膠流動狀態下對其吸濕性進行測量，能夠較好的反應真實大氣中氣溶膠的吸濕情況。顆粒物的揮發塌縮因子和吸濕增長因子直接反映了顆粒物的混合態，如果將氣溶膠飛行時間質譜儀與V/H-TDMA系統聯機實驗，就可以獲得氣溶膠不同粒徑的不同揮發/吸濕因子對應的組分。總之，VH-TDMA是現今研究氣溶膠混合態的重要方法之一。
[0003]串聯差分電遷移率分析儀(TandemDifferential Mobility Analyzer, TDMA)技術作為目前測量氣溶膠揮發性/吸濕性的主流技術，其基本原理是串聯使用兩臺差分電遷移率分析儀(Differential Mobility Analyzer, DMA),并結合冷凝顆粒物計數器(Condensat1n Particle Counter, CPC)測量顆粒物經過物理變化(吸濕或者揮發)前后的粒徑變化。
[0004]目前市場上沒有成套的V/H-TDMA系統，一般是科研單位自行搭建，而且在檢測方法上采用H-TDMA技術中溫度的控制精確度低，所以本發明所述的系統中集成商用的DMA及CPC等測量儀器，并使用可調精確的溫控系統保證工作環境溫度穩定，這樣既可以減少開發周期，又保證了儀器的精度，所以有必要提供一種一體式解決方案，實現系統的控制功能。
[0005]
【發明內容】
本發明的目的是提供一種串聯差分電遷移率分析儀控制系統及控制方法，以解決現有技術存在的問題。
[0006]為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為:
一種串聯差分電遷移率分析儀控制系統，其特征在于:包括主控制電路板、顯示及按鍵電路板、數據存儲電路板和相應的軟件構成，以及分立的溫度控制系統，包括溫控電路板、半導體制冷片、PID溫度控制軟件及與上位機通信軟件。
[0007]所述的一種串聯差分電遷移率分析儀控制系統，其特征在于:包括主控制電路板，主控制電路板由多個雙刀雙擲繼電器、供電模塊、數字模擬轉換芯片、通信芯片和單片微控制器構成；該電路板通過雙刀雙擲繼電器控制電動三通電磁閥、通過數字模擬轉換芯片控制質量流量控制器來調節濕度、通過通信芯片與數據存儲板通信。
[0008]所述的一種串聯差分電遷移率分析儀控制系統，其特征在于:還包括顯示及按鍵面板，顯示及按鍵面板有多個輕觸按鍵、LED指示燈、三位七段數碼管和單片微控制器構成；該電路板與主控制電路板通過IIC通信，用于設置系統各種工作參數、顯示及按鍵面板。
[0009]所述的一種串聯差分電遷移率分析儀控制系統，其特征在于:還包括數據存儲電路板，數據存儲電路板由時鐘芯片和文件管理控制芯片構成；該電路板通過主控制電路板通信，獲得系統工作過程中各項參數，并讀取時鐘芯片內部實時時間數據，通過文件管理控制芯片離線存儲所需的數據。
[0010]所述的一種串聯差分電遷移率分析儀控制系統，其特征在于:還包括控制軟件，控制軟件根據用戶設置的各項參數完成相應的功能，包括開關機、模式選擇、濕度設置，切換加熱管等操作。
[0011]所述的一種串聯差分電遷移率分析儀控制系統，其特征在于:還包括分立的溫控系統，由半導體制冷片、溫控電路板及溫控PID調節軟件構成，可以實現溫度穩定在25T±1T。
[0012]所述的一種串聯差分電遷移率分析儀控制系統的控制方法，其特征在于:包括以下過程:
過程一、關閉電動三通電磁閥和電動三通電磁閥，氣溶膠經過干燥管、中和劑、DMA1、電動三通電磁閥、電動三通電磁閥、到達CPC，可以進行粒譜分析；
過程二、關閉電動三通電磁閥，開啟電動三通電磁閥，并且電動三通電磁閥對循環間隔一段時間開啟一對，氣溶膠經過干燥管、中和劑、DMAU電動三通電磁閥、電動三通電磁閥對、DMA2、CPC,進行揮發特性分析；
過程三、關閉電動三通電磁閥，開啟電動三通電磁閥，氣溶膠經過干燥管、中和劑、DMA、電動三通電磁閥、Naf1n tubel、電動三通電磁閥、電動三通電磁閥、Naf1n tube、電動三通電磁閥、DMA、CPC,可進行吸濕特性分析；
過程四、關閉電動三通電磁閥，開啟電動三通電磁閥、，氣溶膠經過干燥管、中和劑、DMA、電動三通電磁閥、電動三通電磁閥對、加熱管、電動三通電磁閥、電動三通電磁閥、Naf1n tube、電動三通電磁閥、DMA、CPC,可進行揮發特性-吸濕特性分析。
[0013]本發明的有益效果是:
1、本發明為自行搭建的V/H-TDMA系統提供一體式系統集成控制方案，穩定性好，可以實現顆粒物揮發性和吸濕性的分析功能。
[0014]2、本發明采用輔助的加熱系統可以實現不同溫度(六根加熱管溫度分別為25 °C、100 °C、150 °C、200 °C、300 °C、350°C)條件下對溫度調節，濕度調節采用高精密質量流量控制器及快速穩定的濕度調節控制系統，可以實現0-95%的相對濕度調節范圍；
3、本發明所采用DMA和CPC商用儀器可以對30nm-400nm范圍內顆粒物吸濕性、揮發性等特性進行測量；
4、本發明使用分立的溫控系統，實現儀器工作所處環境溫度可調并且穩定。
[0015]4、本發明通過通信模塊與電腦相連，通過上位機可以實現數據實時分析處理功倉泛;
5、本發明針對外場實驗情況，通過數據離線存儲功能可以實現數據事后處理功能；
6、本發明實現的一體式控制系統操作簡單、使用方便。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明所述的V/H-TDMA裝置結構圖。
[0017]圖2為V/H-TDMA裝置示意框圖。
[0018]圖3為V/H-TDMA裝置整體流向圖。
[0019]圖4為V/H-TDMA裝置控制系統結構圖圖5為V/H-TDMA裝置功能模塊劃分圖。
[0020]圖6為揮發性控制模塊電路原理圖。
[0021 ] 圖7為吸濕性控制模塊電路原理圖。
[0022]圖8為按鍵及顯示模塊電路原理圖。
[0023]圖9為數據存儲模塊電路原理圖。
[0024]圖10為本發明測得的六根加熱管溫控效果圖。
[0025]圖11為本發明測得的H-TDMA控制效果圖。
【具體實施方式】
[0026]如圖4-圖9所示，一種串聯差分電遷移率分析儀控制系統，如圖4所示主要包括主控制電路板、顯示及按鍵電路板、數據存儲電路板和相應的軟件構成。
[0027]所述的一種串聯差分電遷移率分析儀控制系統，包括主控制電路板，如圖4所示，主控制電路板由多個雙刀雙擲繼電器、供電模塊、數字模擬轉換芯片、通信芯片和單片微控制器構成；如圖5所示，該電路板中雙刀雙擲繼電器組連接V/H-TDMA裝置中的電動三通電磁閥，每根加熱管上下各接一個電動三通電磁閥，六根加熱管分別接六對電動三通電磁閥，每根加熱管加熱溫度不一樣，通過每次控制開啟一對電動三通電磁閥的開啟，樣氣通過該對電動三通電磁閥對應的加熱管，從而快速實現不同溫度的加熱揮發；該電路板中使用16位數字模擬轉換芯片AD5422輸出0~5V電壓外接質量流量控制器KoFloC3660，通過控制KoFloc3660開度調節鼓泡法輸出的濕氣流量與干氣混合調節經過Naf1n tube2的樣氣濕度；該電路板中使用型號為ADM3251E的RS232收發芯片與數據存儲板通信，傳輸實驗過程中需要保存的各項參數；該電路板還包括微控制器，使用美國微芯公司的PIC16F874A芯片，完成軟件控制。
[0028]所述的一種串聯差分電遷移率分析儀控制系統，其特征在于:還包括顯示及按鍵面板，顯示及按鍵面板有多個輕觸按鍵、LED指示燈、三位七段數碼管和單片微控制器構成；該電路板與主控制電路板通過IIC通信，用于設置系統各種工作參數、顯示及按鍵面板；該電路板還包括微控制器，采用微芯公司的PIC16F873A芯片。
[0029]所述的一種串聯差分電遷移率分析儀控制系統，其特征在