专利名称:微机测尘仪的制作方法
本实用新型提出一种劳动保护及环境监测用的便携测尘仪器。
目前国内外常用的测尘方法有称重法、光吸收法、光散射法、晶振法和β射线吸收法等。其中β射线吸收法具有测量快速、准确且与粉尘的物理、化学性质无关等突出优点，为先进的便携式测尘仪采用。目前应用较广的KCY－1型微机测尘仪就采用了β射线吸收法，但其探测元件为卤素计数管，灵敏度低，仪器采样和测量合为一体比较笨重，必须两人操作，量程小，测量时间偏长，一般要2～3分钟，采样噪声大，采样泵和主机的部分电路要交流供电，使用不方便，且不能在易燃易爆的场所使用。
本实用新型的目的就是提出一种轻便，快速、噪音小，兼有防爆功能的微机测尘仪。
微机测尘仪是以微型计算机处理、运算滤膜采集粉尘前后对β射线吸收的变化，直接显示出粉尘的浓度，它包括碳14β射线源、滤膜、探测器、微型计算机和采样器。
本实用新型设计的微机测尘仪的特征在于探测器是塑料闪烁体和光电倍增管组成的塑料闪烁探测器，微型计算机是专用的Z－80小底板单板微机，采样器是包括直流电机、刮板泵、玻璃转子流量计和电子定时器的电动采样器，还有唧筒式手动采样器 及专用的交连片式采样夹、测量仪器、电动采样器、手动采样器为分立结构，三者均可独立使用，特别是手动采样器可以在易燃易爆现场采样，从而使本实用新型兼有防爆功能。
本实用新型提出的微机测尘仪的测量仪器中β射线源是用商品碳14经过化学处理胶结在金属托盘上制成，滤膜选用PR－Ⅱ型商品滤膜，探测器是由ST401塑料闪烁体和GDB－20光电倍增管组合而成，其灵敏度较现有测尘仪用的卤素计数管高一倍以上，微型计算机是专门设计的，包括程序存贮容量为4K，随机存贮容量为2K的Z－80微机和接口电路，自行设计软件完成数据的采集、处理、运算和显示。
微机测尘仪的电动采样器由40ZyW9永磁型直流电机驱动双叶刮板泵，玻璃转子流量计控制流量，通过CMOS电子定时器，对空气进行定时定流量采样。
微机测尘仪的手动采样器为唧筒式结构，唧筒的前端设有固定采样夹的采样头，手动抽气采样，拉动一次采空气样0.5升，适用于易燃易爆现场采样。
微机测尘仪的交连片式采样夹用来夹取采样滤膜，它由上下两片长方形塑料片组成，一端通过交连结合，设计了相应的几何位置相等的空白和采样测孔，可使粉尘浓度测量一次完成，采样夹插入采样器的采样头采样，插入测量仪器的测量腔测量。
为了便于携带到各种现场使用，本实用新型提出的微机测尘仪的测量仪器和电动采样器均以直流电池供电。
下面结合图1微机测尘仪测量仪器框图图2电动采样器框图图3单板微型计算机原理图图4微机接口线路图(W2)和显示板线路图(W3)
图5高压电源线路图(W4)、闪烁探头线路图(W5)、采样控制和充电控制线路图(W6)、充电器线路图(W7)。
图6手动采样器结构示意图图7采样夹示意图本实用新型提出的微机测尘仪测量仪器的框图见图1，其中14C源是活性区为φ8mm的面源，強度为10000～15000Bq(贝克勒尔)，滤膜测量腔用于放置采样夹，14C源放出的β射线通过空白和采样膜吸收经塑料闪烁探头转换成电脉冲信号，模拟信号处理装置对其信号进行放大，鉴别和成形，成形后脉冲通过微机接口送入专用微机中，微型计算机对此脉冲进行采集，处理和运算后再通过微机接口在发光二极管显示器上显示出粉尘浓度值，操作键用于实现人机对话，测量仪器的电源为7节1号电池，经模拟电源和数字电源分路提供模拟电路和数字电路，高压电源提供闪烁探头所需高压，为了能及时察觉电池的供电能力，专门设计了电池不足报警器，以提示操作者及时更换电池。
单板微机，微机接口，显示板线路，高压电源线路和闪烁探头工作原理分别叙述如下图3(W1)是专门设计的单板微型计算机电原理图。图中U2为Z－80中央处理器。U5是存贮容量为4K的只读存贮器，由它固化本实用新型提出的微机测尘仪的软件。U4是存贮容量为2K的随机存贮器。U3为Z－80系列计数器／定时器芯片，由它实现与测量信号接口。U1为Z－80系列并行输入／输出接口芯片，本实用新型提出的微机测尘仪中，本芯片不用，因而无需插接。U9是存贮地址译码器。U8是通道地址译码器。U6、U7构成时钟源电路，产生2MHZ时钟信号供全机使用。本单板微型计算机采用小底板微型计算机尺寸(16.5cm×11.4cm)，引脚为72线(双面板，每面36线)。
图4中的W－2是接口板电原理图。闪烁探测器输出信号输至本板的B3引脚，经T1跟随，U1中两个非门构成的CMOS放大电路放大，U1中四个非门构成的脉冲幅度鉴别电路鉴别和U2单稳态触发器整形后，自本板A2引脚输出至图3中的B15引脚。图中U6为数码锁存译码器，U7为数位锁存器，U8、U11 U12为数位驱动门，它们是图3微型计算机与显示器的接口电路。图中的U9为线接收器，它是量程开关K2和操作键AN2、AN3与图3微型计算机的接口电路。此外，图中的U3构成电池不足报警电路，U4为模拟电源稳压块，U5为数字电源稳压块。
图4中的W－3是发光二极管显示板电原理图，它的各引出端分别与上述显示接口电路的对应输出端相连接。
图5中的W－4为高压电源电路图。它由T1、B1构成的阻塞振荡器，D1～D4、C1～C5构成的四倍压整流滤波电路和W1电晕稳压管组成。它将5V低压变换成稳定的900V高压供闪烁探测器使用。
图5中的W－5为闪烁探测器电原理图，它由ST－401型塑料闪烁体，GDB－20型光电信增管、R1－12电阻分压器及R13负载电阻组成。闪烁探测器所需高压(－HV)由W－4供给。闪烁探测器能将闪烁体接收到的β射线转换成电脉冲信号自GDB／A引脚输出，送至图4的W－2板的对应脚。
本实用新型提出的微机测尘仪的电动采样器工作原理框图如图2，由3GM－8型密封胶体蓄电池 带动40ZyW9永磁直流电机，驱动双叶式刮板泵，将空气经采样夹和采样头吸入泵体，由玻璃转子流量计计量空气的流量，直流马达的启动与停止是由定时器通过启／停控制电路来实现的，为保证采样器的正常运转，也设计了电池不足报警线路，以提醒操作人员及时对蓄电池充电。充电是由AC－DC换流器将交流电变为直流电，通过充电控制电路的控制对蓄电池充电，充足电后便立即切断电源。
图5中的W－6为电动采样器控制线路图。图中U1、T1、T2、J1构成采样启／停控制线路，由U2构成的电子定时器按1′，4′，16′，32′(对应10升、40升、160升，320升量程)分别控制采样。W－7为充电器线路图，8V蓄电池由W－7中的AC－DC换流器经W－6中的稳压块U3充电。电池充足后，由U4、T3、J2构成的过压保护线路将充电回路自动切断，U5构成电池不足报警线路。
本实用新型提出的微机测尘仪的手动采样器以唧筒式结构为特征如图6所示，圆筒形中空的泵体〔8〕两端有螺纹连接圆形前端盖〔3〕和后端盖〔11〕，泵体〔8〕里有通过连杆和泵体外的手柄〔13〕相连的涡圈式活塞〔6〕，活塞〔6〕上有塑料出气膜〔7〕，前端盖〔3〕上有塑料进气膜〔4〕和保护进气膜的金属护膜套〔5〕，前端盖〔3〕中心有圆孔可插入固定采样夹〔2〕的管状采样弯头〔1〕，后端盖〔11〕有齿轮形的计数装置——拨数轮〔9〕，计数盘〔10〕和读数窗〔12〕，拉动手柄〔13〕采样时，空气通过采样头〔1〕上的采样夹〔2〕中的滤膜，粉尘留在滤膜上，气流打开前端盖〔3〕上的进气膜〔4〕进入泵体〔8〕，同时封闭了活塞〔6〕上的出气膜〔7〕，把净化的空气抽入泵体中，当活塞〔6〕移至后端盖〔11〕时，撞动拨数轮〔9〕，拨数轮〔9〕的轮齿动一下，计数盘〔10〕计数进1，每1计数对应的采样体积为0.5升。计数显示在读数窗〔12〕上。当向前推动手柄〔13〕时，泵体〔8〕中的空气把进气膜〔4〕封闭，同时把出气膜〔7〕打开，以排出泵体中的空气，保持一定气压，为下次采样作好准备。
本实用新型提出的微机测尘仪的交连片式采样夹如图7所示，它是大小相同的两个短形塑料片上片〔15〕和下片〔14〕，末端通过交连结合在一起，上片〔15〕上有两个大小完全相同的圆孔，测1孔〔16〕和测2孔〔18〕，有为保证测量精度，固定其位置的定位口〔17〕，还有一长方形的记录窗〔19〕，下片〔14〕上有和上片〔15〕上相等的两个圆孔测1孔〔16〕和测2孔〔18〕，上片〔15〕和下片〔14〕以交连为轴可以活动，中间供夹取采样的滤膜，采样夹插入电动采样器或手动采样器的固定位置采样，采得粉尘样后，取出采样夹插入测量仪器的测量腔，由测1孔〔16〕和测2孔〔18〕分别测量射线通过空白滤膜和采样滤膜的強度变化，供微机处理给出粉尘的浓度。
本实用新型提出的微机测尘仪可分别按下述两种程序操作。当使用电动采样器时，将装好滤膜的采样夹插入采样弯头，选定采样量程，按下“采样”按纽，泵即启动，调定流量为10升／分，当量程预定的采样时间结束时泵自动停止，取下采样夹插入测量仪器的测量腔，并将测1孔(空白滤膜)对准测量口，选定量程与采样量程对应，打开仪器，预热1分钟，按下“测1”按纽，16秒后显示出“····”提示符，表示空白滤膜已测量完毕。推进采样夹，使测2孔(采尘滤膜)对准测量口，按下“测2”按纽，16秒后便显示出粉尘浓度值(mg／m3)。
使用手动采样器时，将装好滤膜的采样夹插入采样弯头内，将计数盘复零。当测点粉尘浓度在仪器量程范围内时，手动抽取一定的次数，使采样体积与测量仪器某一量程档对应，此后取下采样夹插入测量仪器的测量腔中，按前述操作过程测出其浓度值。若测点粉尘浓度高于仪器量程范围时，则抽取次数可酌情减少，使采样体积少于10升。如抽取两次，即采样1升空气，测量仪器用10升量程档，此时显示的浓度值乘以10即为测点的实际浓度值。按此法可将微机测尘仪量程上限扩大十倍。即上限扩展至5000mg／m3。亦可按实际情况由手动采样器将仪器的量程上限扩大其他倍数，如抽取4次，则扩大5倍，抽取10次则扩大2倍。
本实用新型提出的微机测尘仪有下列优点采用分立的测量仪器，电动采样器和手动采样器，使用方便。直流电池供电，工作时不受电源条件的限制。手动采样器具有防爆功能，能在易燃、易爆的工作场所如煤矿井下采样测尘。该仪器应用闪烁探测器比现用的卤素计数管灵敏度提高1倍，微机的均值程序处理一次性测量的结果，测量时间短还提高了结果的精度。
此外本实用新型提出的微机测尘仪，在仪器的总体重量、噪声、量程范围，适用环境等均有改进，全部测量工作可由1人完成。
权利要求
1.一种微机测尘仪，包括β射线源、滤膜、探测器、微机和采样器，本实用新型的特征在于探测器是由塑料闪烁体和光电倍增管组成的塑料闪烁探测器，微型计算机是专用的Z-80小底板单板微机，采样器是电动采样器或喞筒式的手动采样器，电动采样器包括直流电机，刮板泵、转子流量计和电子定时器，还有与采样器配套使用的交连片式采样夹。
2.根据权利要求
1所述的微机测尘仪其特征在于所述的唧筒式手动采样器包括圆筒形的中空的两端有螺纹的泵体〔8〕，泵体〔8〕内有通过连杆和泵体外的手柄〔13〕相连的涡圈式活塞〔6〕泵体〔8〕两端通过螺纹结合有圆形前端盖〔3〕和后端盖〔11〕，前端盖〔3〕上近泵体内侧有塑料进气膜〔4〕和保护进气膜〔4〕的金属护膜套〔5〕，前端盖〔3〕外侧中心有圆孔，可插接固定采样夹〔2〕的管状采样弯头〔1〕，后端盖〔11〕近泵体〔8〕内侧有齿轮形的拨数轮〔9〕，连有圆形的计数盘〔10〕和方形的读数窗〔12〕，活塞〔6〕上有塑料出气膜〔7〕。
3.根据权利要求
1所述的微机测尘仪其特征在于所述的交连片式采样夹是通过交连连接的大小相等的矩形塑料片上片〔15〕和下片〔14〕，上片〔15〕上有两个面积完全相同的圆形测1孔〔16〕和测2孔〔18〕，还有一定位口〔17〕和长方形的记录孔〔19〕，下片〔14〕上有和上片〔15〕上位置对应，大小相等的圆形测1孔〔16〕和测2孔〔18〕，上片〔15〕和下片〔14〕可以交连为轴活动。
专利摘要
一种微机测尘仪。该仪器由分立的主机、电动采样器或手动采样器等组成。它基于β射线吸收原理，采用高灵敏的闪烁探测器，微机处理，直接给出测点粉尘浓度值。本实用新型提出的微机测尘仪体积小，重量轻，测量快速，现场直读，精度高，量程宽，直流供电，兼有防爆功能，用于各种非放射性粉尘浓度的监测，特别适合于煤矿井下等易燃、易爆场所粉尘浓度的测定。
文档编号G01N15/06GK87204329SQ87204329
公开日1988年6月15日 申请日期1987年10月29日
发明者王庆国, 王武玉, 刘德忠, 吴博文, 刘加树 申请人:核工业部中南地勘局230研究所, 长沙劳动保护监测仪器厂导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan