浅析空气采样泵泵体的工作原理

摘要：本文对空气采样泵泵体做了详细的描述，包括泵体的组装过程及注意事项和主要元器件功能，对泵体的工作原理，及整个泵的工作流程也做了充分的介绍。

关键词：泵体 电机 采样 流量

空气采样泵由泵体、电路板、外接采样器、锂电池组成。工作时还需要有个定标仪，事先定标决定采样的空气流速，定好标之后，设置采样时间，就可以开始工作了。要根据采集的室内和室外空气的活性微生物选择外接的采样器，活性微生物包括细菌和真菌。

一、泵体的组成

泵体包括电机。我们用的电机是偏心轮电机，偏心轮电机的工作原理是：电机带动偏心轮转动，通过机械装置使泵内部的空气隔膜做往复式运动，从而对固定容积的泵腔内的空气进行压缩、拉伸形成真空(负压)，在泵进气口处与外界大气压产生压力差，在压力差的作用下，将气体吸入泵腔，再从排气口排出，吸入气体的流速是靠电机转速的快慢来控制的，在出气管处安装一压力传感器来感测出气管的压力。电机转动轴带动偏心轮匀速转动，偏心越大，泵的行程就越大，每次抽的气就越多，启动的力矩就越大，所以要找到合适的电机与偏心距离才能兼顾到最低流速与最高流速。根据电机的参数，转速、扭矩、电压选择电机。我们用的电机的型号是236661，20W，12V时4660rpm。用的偏心轮偏心距离有0.8mm，1.0mm，1.5mm，1.6mm，2.5mm。

为了避免电机转速太大有可能空转，把电机转动轴打了个缺口，把转动轴固定在偏心轮上，保证电机带动偏心轮一起转动，然后再把带动两边的泵膜上下运动的轴承固定在偏心轮上。注意：

（1）装轴承时注意要平着上，再按压，之后还要找个平台，找平上好。之后当把轴承装到偏心轮上时，要注意轴承是对着放的，要找好位置，也要找平，让两个轴承的中心一致（成一条直线）。有自螺丝的那面留出来，在上面，下面是两个相对的轴承，之后则要用游标卡尺量一下总直径，再分别量一下两边的半径，看看轴承的中心找准没，调节好了最后还要用胶固定一下轴承。

（2）当把偏心轮安到电机的杆上时（要将轴承杆放到两边），可以看到杆上有个斜口的台儿，这时要对准台把偏心轮上的自螺钉拧上去，固定好。

（3）中心准了，再把两边的平盖安到轴承杆上，注意要套平了再安上，由于连着偏心轮，所以轴承杆是来回动的，所以不要没上好就把一端压在底下，这样很容易让两个轴承的中心偏离，须把两头的黑片全都安在轴承上，之后再以一头支撑固定在轴承上，两头都是这样固定，防止把电机的转动轴给压歪了，损坏电机。

（4）平盖上面还要放上胶膜和铝平台，用螺钉拧好后，把胶膜的边顺到模具边沿里面，以免压到或是密封不好。

之后装进气出气仓和顶盖。注意：

（1）进气出气盖上面有两个小薄膜片，一个用来进气，一个用来出气，按的时候从中间按，要按平，按严实，不能有支起部位，否则漏气，再安缓冲膜，注意大小腔，别安反。缓冲膜也要从中间按，按严实，不能漏气。

（2）抽气一侧腔室大于排气一侧，外壳上也有层膜，外壳的这个腔室和膜起到缓冲作用，一旦抽气或排气有暂时的堵，不畅通时，它就可以帮助缓冲（即让压力报警有个范围，不是固定的，变值就报警，它的缓冲可以在之后的抽气或排气时补偿回来）。

两边的盖子是一样的，但是隔离层不一样，有一端是有个长的抽气口和短的排气口的；另一端则没有。安装时注意要看好隔离层和盖子，因为分大小所以一定要对准了再上，不然就起不到隔离的作用了，合上之前要确认好，在一侧的两边的两个黑色胶垫圈在不在，这个胶垫圈容易弹开，所以在挂好螺钉后，用手紧压住有垫圈一侧，再拧螺钉。

螺丝要匀着拧，最后带紧，看看拧完的盖子是否平整，是否还有漏气的地方。但注意最好不要拧上后再回拧，这样容易造成漏气。

（3）给盖子和隔离层安密封膜：要很细心，密封的好坏是关键。

盖子上的密封膜先上中间的棱，再上平行于它的两边的棱，之后将垂直于中间的上下的棱上好，也是本着从中间往两边赶着上的原则。

隔离层的膜是两个小长方形的膜，一面深（尽量放大小合适的，没有飞边的膜，以免漏气），一面浅，都由三根杆来固定的。先将膜套到杆儿上，之后用一字改锥从中间往两边按压杆两侧，让膜套进去，之后顺着压中间粗实的地方，再在光下看看有没有贴合的不紧密的地方（压同时有光的变化）。

图2-17 动力泵机械结构简图

如上图所示：泵采用的是双泵膜结构：让有进出头的一侧在上面，当偏心轮向下运动，上面隔离层大腔室的膜（相当于一个单向阀）打开时，就会抽气（形成负压），当偏心轮向上运动，上面的小腔室一侧的膜打开，是排气（正压大，推动隔离层原来开的膜关闭，推开反方向的膜打开）；当偏心轮向下运动，下面隔离层小腔室的膜打开时，就会排气，当偏心轮向上运动，隔离层大腔室的膜打开，就会抽气（形成负压）。轴承向下运动时，上面的盖从进气口进气，出气口盖不开，下面的盖从出气口出气，进气口不开，这样便保证了进气的时候是连续的，出气的时候也是连续的。

如果只有一侧的盖，出气和进气不能同时进行，采样的时候间断吸气，如下图所示：

图2-18 示意图

图2-19示意图

因为是双泵膜，抵消脉动效应，使得进出气连续不间断，如下图所示。

图2-20 进出气示意图

缓冲膜的原理：增大进气仓和出气仓的空间，如果出气管路发生阻塞不能正常出气时可以缓冲一下出气仓；如果进气流速太大时，可以缓冲进气仓。

二、采样泵的功能描述

根据软件内容和流程确定硬件系统。

系统的软件要求能够显示运行时间，能够对采样模式,标定模式进行设定，同时能够定时开机，以最大限度的实现自动化。软件结构如图下所示。在标定的时候,操作者通过键盘上下键调节，通过反馈电路来升压降压，从而调节气体流量，并通过流量计读出流量，标定结束后屏幕进入待机状态。把仪器带到实地采样的时候，启动仪器，仪器将显示运行的时间，也可以预定机器的运行时间。运行结束后系统显示运行时间5min，而后进入低功耗的待机状态，直到下一次有按键按下，则再次进入标定,采样的循环。争取达到的效果如下所示：

1、设定流量和定标

（1）、将校准流量计连接于泵。

（2）、按下CAL并保持2秒，输入定标模式（泵将开始运行）。

（3）、按上或下来改变数值，直至校准器上显示所需流速（流速值不显示在LED上）。

（4）、按✹键，LED上显示Stor按 [] 保存设置或按✹取消。2、定时运行。

定时运行模式是为预先决定采样时间为1-999分钟（预设）的采样所设计的，使用者使泵运行，至采样时间结束后泵自动停止。

（1）按或滚动至所需运行时间设置。

（2）按[]选择所需设置，泵将开始运行，LED上不停显示数值递减至零 (运行时间降至1分钟后以秒计)，泵停止并发出嘟嘟声，屏幕显示闪烁的Done。

（3）按✹返回运行时间预设显示。如果需要重复采样，按[]。

在定时采样期间可观察电池状态，按✹显示值在5秒后或再次按✹后返回。

保持模式，当采样时按[]使泵和计时器固定（Hold）。剩余运行时间和Hold交替出现，当Hold时按下[]泵将继续运行。

3、连续运行和人工停止。连续运行模式可执行1-999分钟的采样，然后自动重新计数0直至999直到使用者人工停止泵。

4、采样完成后，将过滤膜拿到实验室化验，便可以得到关于空气质量的鉴

定。具体软件流程图如下图所示：

图2-21 系统软件流程图

参考文献

1.袁建平,袁寿其,李红,汤跃;双吸离心泵叶轮无损反求设计研究[J];中国农村水利水电;2005年05期

2. 张辉东《大气环境监测中KB-120D空气采样泵流量控制的几个问题》

3. 石光源《机械制图》(第三版) 高等教育出版社2000.4

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。