单片机在大气微尘测量中的应用

　　随着现代工业的发展,环境监测越来越重要.单位体积大气中微尘含量是衡量环境污染的一项重要指标.智能化微尘测量仪是测量该指标的智能化仪器.

　　1　工作原理

　　智能化微尘测量仪使用涡街传感器检测流过该传感器的大气容积,计量从该大气中滤出的微尘,计算出两者的比值,即可确定单位容积的大气中的微尘含量.涡街传感器根据流体力学原理设计而成,基本原理如下:

　　当在流动的液体中垂直插入直径为d的圆柱形物体时,在圆柱体左右两侧会产生流体旋涡,并向下流交替发出,形成有规律的卡门涡街.涡街两侧的涡群构成两列平行涡(如图1).

　　Th.Von Krarman[1]曾经从理论上证明,稳定的涡街满足下式:

式中h为涡街两侧涡群中心连线间的间隔;l为涡街同侧相邻两涡中心间的距离.

　　由(1)式可得

或

　　涡街两侧的涡具有大小相等,方向相反的环量强度.其绝对值#应为流体旋涡中一条闭合曲线c上的流体的切向速度分量在该曲线上的积分:

　　式中v是矢量速度,rotv是速度矢量的旋度.由于涡群的相互作用,使涡街向上流移动.其推进速度为

　　所以涡街移动的实际速度为v-u.1 s内圆柱体的一侧发出涡数为

　　由实验得到

　　考虑到(2)式得

  (8)

　　从(8)式看出当圆柱体直径一定时,旋涡频率与流体速度成正比,或者说单位时间内旋涡的数目与通过涡街传感器的大气流量成正比.通过检测一定时间内旋涡的数目即可确定通过涡街传感器的大气流量.

　　2　旋涡检测电路

　　图2示出了将旋涡数转换为对应的电脉冲数的电路框图.图中四臂电桥由涡街传感器内的铂金丝电阻与外部的3个阻值固定的电阻构成.直流电压加在电桥的一组对角线上,电桥的另一组对角线上的输出送到差分放大器的两输入端.

　　当没有大气流过涡街传感器时,铂金丝的温度仅比大气温度高一个恒定值,铂金丝阻值固定,电桥输出的电位差也固定,差分放大器的输出随之固定.当大气流过涡街传感器时产生的旋涡使通电加热的铂金丝冷却,铂金丝阻值变化,电桥和差分放大器输出相应变化.其变化次数对应于旋涡数.将差分放大器输出信号滤波整形便得到具有TTL电平的脉冲信号,而脉冲数等于涡街传感器中的旋涡数.

　　3　测量仪的硬件框图

　　图3示出了测量仪的硬件框图.涡街传感器与具有抽风功能的交流电机同轴密封安装,当电机运行时大气不断地流过涡街传感器,大气流量依赖于电机转速.涡街传感器上安装一个漏斗式金属罩,斗中排列丝网,网上平放一层滤纸过滤将进入涡街传感器的大气中的微尘.