关于146C零气泵控制器的设计与应用

梁永健

摘要：现主要针对146C动态气体校准仪的零气泵24小时常开问题而设计的一个外围控制器，实现零气泵与146C校准仪的动作跟随，从而达到延长仪器寿命与节省能源的目的。

关键词：146C零气泵控制器；设计；应用

1 前言

2006年1月1日起，国家颁布实施了《环境空气质量自动监测技术规范》，该标准的实施，进一步规范环境监测制度，对自动监测提出了更高的要求。连续长时间无故障运行和无人值守实现自动监测和校准、自动数据传输等监测技术已在广大监测领域运行使用，由于自动监测要求仪器设备长期连续运转，同时要求相关辅助设备长期运行来配合使用。这就对监测仪器和辅助设备的质量提出了更高的要求。但当初一些设计上的缺陷，诸如为实现无人值守而不得不常开的辅助设备所产生的能源消耗与设备耗损问题就有待我们去解决了。

2 针对146C配气泵常开问题的浅析

2.1 长期运行，耗费不必要的电量

零气泵作为146C的辅助设备，只有在146C进行零点、跨度等检查和校准时才需启动，其余时间都没有运行的必要，但由于零气泵是通过一条气路连接到146C的零气进气口，这条气路的各个环节均有漏气的可能，这样就算146C不工作，由于气压的慢慢减低，最终触使零气泵低于设定气压值时自动启动，而146C一天只工作1小时左右，其余23小时的电量损耗都是非必要的。

2.2 长期运行，增加零气泵泄水工作量

零气泵运行一段时间，由于气压发生改变，湿度大的空气容易在气缸里凝露，积少成多就会变成水，这些水如果达到某个程度而没有及时排掉就会影响零气泵的正常运行，这就需要子站运营维护的工作人员定期对气泵进行排水，所以24小时不间断运行势必增加工作人员巡检的频率和工作量。

2.3 频繁动作，电流冲击次数相应增加

零气泵在开通与关闭的瞬间都会对整个电路产生电流冲击，虽然这个电流冲击在配有稳压电源的子站里并没有造成致命的威胁，但长期的通断动作不可避免的会对电线电缆造成损耗，并对仪器的精密电子零件造成一些不必要的干扰。

2.4 运行过于频繁，缩短泵体寿命

凡是电气产品，在使用过程中就会产生自然损耗，这是由产品本身的电气特性决定的，长期不必要的运行或使用都会缩短仪器的使用寿命，零气泵本身在启动过程中就会产生电流冲击，造成对泵体的损耗，故此，频繁的动作必然会缩短零气泵的使用寿命。

3 零气泵控制器的设计

3.1 零气泵控制器的设计思路

我们的目的是让零气泵只有在146C工作时才运行，而其余时间处于非工作状态，所以我们可以从电源供给这方面入手，当146C工作时我们对零气泵供电，而在146C非工作状态时切断对零气泵的供电，这样一来就实现了我们要达到的效果。而对于电源的通断问题，使用现有开关继电器技术很容易就得到解决。现在问题就在于如何让继电器跟随146C的动作而动作呢，所以我们还是必须得从146C仪器本身着手，找出一个146C与开关继电器之间的关联信号便可解决问题。

3.2 146C输出信号的获取

经研究，146C本身具有一个EXRERNAL SOLENOIDS功能，这在146C仪器后面板上能看到上下两排共16个I/O针口，这是146C本身为驱动外围设备而预留的设计，只要在146C上把对应SOLENOID与Gas A，B，C，OZON，PER等关联，当146C进行某个项目的零点或跨度检查时对应的I/O口就会输出一个24V的直流电压。Solenoid与面板后点的针脚对应关系如图2。

在SERVICE的状态下进入EXTERANL SOLENOIDS菜单如图1，按照图1的指令设置，当146C对Gas A进行校准时，SOL1就会动作（大写字母表示动作，小写字母表示不动作），对应的PIN1与PIN9之间就会输出一个24V的直流电压，同样当146C对Gas B进行校准时，SOL2就会动作，这时PIN2与PIN10之间就会输出一个24V直流电压，按照这个原理，我们只需按照图1所示把SOL 8与ABCOP（大写字母）关联，这样无论146C对Gas A，B，C，OZON，PER任意一个进行校准，均会引起SOL 8的动作，对应的PIN8与PIN16之间就会输出24V的直流电压。此时，只要我们在PIN 8与PIN16之间引出两条导线作为信号线，那么146C的输出信号问题就解决了，剩下的就留给开关继电器电路的设计了。

3.3 开关继电器的电路设计

利用开关继电器设计一个电源开关并不难，只要我们针对现有条件选择一个适当的继电器，并按要求接好外围电路就行。基于我们从146C动作时能得到一个24V的直流电压输出，我们选取了一只直流固态继电器，规格是Input： 5V～32V（DC），Output：600V（AC）/50A。电路示意图如图3，当146C对某一个气体项目进行校准时，146C面板后面对应的I/O端输出一个24V电压，该电压连接到继电器的信号端并使继电器动作，常开开关闭合，电源接通。当146C停止工作，I/O输出电压为0，继电器开关断开，电源切断。至此，一个零气泵控制器就完成了。

4 实际应用与运行效果

该零气泵控制器自2009年6月在中山市各子站运行使用以来，均没有出现异常情况，对146C的正常校准工作完全没有影响，不动作或误动作的情况尚没有发现，表1是中山市各子站的校准情况统计，在现场安装时我们对每个控制器都进行了不下10次的测试，不动作或误动作率均为零，在长达两个月的运行情况来观察，零气泵控制器均能跟随146C正常动作，并没有出现因为零气泵的不动作而引起校准严重超上限的问题。而且安装该控制器后，零气泵的积水量较以前明显减少，使得维护人员的工作量大大减少。至于用电量的节省我们未能在子站月耗电量中以数字形式独立统计出来，但从直观的一天运行24小时到一天只运行1小时的改变来看，能源的节省是不可置否的。最重要的是大大延长了零气泵的使用寿命。

5 结束语

本设计的初衷本身就来自对自动监测技术在实际应用中产生的问题的一种思考，或者说是一种解答。环境监测的出发点就是时刻对大环境进行一个实时的观察和监督，当环境发生了不为人们察觉的变化时给予社会大众的一个提醒或预警信号，使得人们的生活与发展时刻能与环境和谐长远地共存。所以环境自动监测的出发点的正确的，但倘若在自动监测中产生了一些不必要的资源能源浪费，反过来污染了环境，那么就会本末倒置，有违初衷。本设计应用的都是基本的电路知识和通俗易懂的理论，在实现和推广方面都易于让业界接受，成本不大的投入却实现了资源优化配置，这在环境保护自动监测工作方面是具有积极意义的，如何在节省资源的前提下完成环境监测工作亦是环境保护应该要做到的。

参考文献

[1]Thermo Environmental Instruments.Model 146C Instruction Manual[Z].

[2]广东环保科技.第16卷第4期.