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　　【专利摘要】一种可调速微型气体采样泵，属于机电一体化和气体采集【技术领域】。本实用新型包括壳体，在壳体内设置有电机、微型罗茨泵及电源；微型罗茨泵，包括泵腔体和盖板，泵腔体与盖板通过紧固螺丝固定连接，形成密封腔；在密封腔内设置有一对具有叶片的转子，一对转子通过叶片互相啮合；转子轴的两端分别与各微型轴承的内圈过盈配合，在泵腔体和盖板的内侧分别设置有凹槽，各微型轴承分别设置在凹槽内，且各微型轴承的外圈分别与泵腔体或盖板过盈配合；在密封腔的外部设置有第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮互相啮合；在第一齿轮或第二齿轮的外端设置有电机轴固定套安装孔，在泵腔体的外端设置有进气口和排气口，进气口和排气口与密封腔相连通。

　　[0001]本实用新型属于机电一体化和气体采集【技术领域】，特别是涉及一种可调速微型气体采样泵。

　　[0002]微型气体采样泵多用微型隔膜泵和微型旋片泵等，国外微型气体采样泵产生于20世纪70年代，首先由美国Sandia国家实验室SpenserW J研制了压电薄膜泵。此后，荷兰、日本、德国等国家得大学实验室也相继产出一些其他类似的微型泵体。尤其是近年来，美国、德国等也相继研制出不同驱动原理的新型微型泵，在制动(制动方式采用静电、压电、电磁、热、气动、电液、行波传递、凝胶制动和光热制动等原理)、加工制作工艺(包括半导体加工技术、1.1GA工艺及精密机械加工、微注塑成型和特种加工技术等)等方面进行创新研究，使得微型泵在国外得到了极大的发展。我国在微型泵的研究起步较晚，技术还较不成熟，从泵的品质和性能方面与国外还有一定的差距。

　　[0003]现有的微型真空泵的调节主要依靠人工读数，手工调节，精度不高，不能适应工业过程气体采样、真空系统仪器仪表、化工气体分析、食品、生物工程、电子工业自动控制、环保等众多对流量要求严格领域。为了调节流量，使用直流电机的微型真空泵一般通过安装节流阀来调节流量，不仅使用不便、效率低，还会产生额外的噪音，不符合实验室、医疗等环境对噪音较严格的要求。

　　[0004]针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种可调速微型气体采样泵。该采样泵具备体积微小、重量轻、寿命长、生产周期短、转速高、可靠性高、噪声低、节能效果显著、耐腐蚀、无油污染，能适应各种恶劣的大气环境等优点，是机电一体化的有机结合。

　　[0005]为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:一种可调速微型气体采样泵，包括壳体，在壳体内设置有电机、微型罗茨泵及电源；

　　[0006]所述的微型罗茨泵，包括泵腔体和盖板，所述泵腔体与盖板通过紧固螺丝固定连接，形成密封腔；在密封腔内设置有一对具有叶片的转子，所述的一对转子通过叶片互相啮合；转子轴的两端分别与各微型轴承的内圈过盈配合，在泵腔体和盖板的内侧分别设置有凹槽，各微型轴承分别设置在凹槽内，且各微型轴承的外圈分别与泵腔体或盖板过盈配合；在密封腔的外部设置有第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮互相啮合；在第一齿轮或第二齿轮的外端设置有电机轴固定套安装孔，在电机轴固定套安装孔内固定有电机轴固定套，所述电机轴固定套上具有安装孔；在盖板上设置有第一通孔和第二通孔，盖板侧的转子轴端分别穿过第一通孔和第二通孔与第一齿轮和第二齿轮的内孔过盈配合；在泵腔体的外端设置有进气口和排气口，进气口和排气口与密封腔相连通；

　　[0007]所述电源和微型罗茨泵固定在壳体内，微型罗茨泵的进气口和排气口的外端穿过壳体设置在壳体外；电机壳通过电机压板固定在壳体内，电机轴设置在电机轴固定套的安装孔内，且与电机轴固定套过盈配合；电机的控制端与控制器相连接，在壳体上设置有电源开关，电源开关与控制器相连接。

　　[0008]所述的控制器，包括单片机、复位按钮、档位增加按钮、档位减小按钮、显示模块、降压模块及电机驱动模块；单片机的信号输出端分别与显示模块和电机驱动模块的信号输入端相连接，电机驱动模块的信号输出端与电机的控制端相连接；电源一路经降压模块后，为单片机供电，另一路为电机驱动模块供电；复位按钮、档位增加按钮和档位减小按钮的信号输出端与单片机的信号输入端相连接。

　　[0009]所述的转子为三叶转子，转子的三个叶片均匀分布，相邻两个叶片间夹角为120度。

　　[0010]所述的转子的叶片为空心结构，线型采用圆弧-摆线 ] 所述的第一齿轮和第二齿轮为模数、齿数相同的齿轮。

　　[0012]所述的壳体由上外壳盖和下外壳盖组成，上外壳盖与下外壳盖通过第二紧固螺丝固定连接。

　　[0015]本实用新型的气体采样泵采用了机电一体化的技术，机械部分以微型罗茨泵为主体，采用以圆弧加摆线为线型的转子，在较宽泛的范围内有较大的抽速，启动快，能在大气压下直接工作，转子不必润滑，泵腔内无油，能获得清洁无污染的低真空环境，震动小，转子动平衡条件比较好，驱动功率小，机械摩擦损失小，结构紧凑，占据空间小，运转维护费用低，优势相当明显。控制电路部分以单片机智能控制为主，通过调节单片机的占空比PMW对电机的转速进行准确控制，从而实现泵抽速的精确调节。总的来说，本实用新型的气体采样泵具有微型便携、流量可控的优点。

　　[0016]图1是本实用新型的可调速微型气体采样泵的一个实施例的整体结构示意图；

　　[0024]图中:1_下外壳盖，2-按钮，3-控制器，4-控制器固定螺丝，5-下电机压板，6-电源，7-电机,8-上外壳盖,9-第二紧固螺丝，10-上电机压板,11-微型罗茨泵，12-电机轴固定套，13-电机压板，14-泵腔体，15-微型轴承，16-转子，17-第一齿轮，18-盖板，19-紧固螺丝，20-凹槽，21-第二齿轮，22-第一通孔，23-第二通孔，24-叶片，25-转子轴，26-电机轴固定套安装孔，27-壳体，28-进气口，29-排气口，30- 二位共阳极数码管，31-复位按钮，32-档位增加按钮，33-档位减小按钮。

　　[0026]如图1?图6所不,一种可调速微型气体米样泵,包括壳体27,在壳体27内设置有电机7、微型罗茨泵11及电源6 ;所述的壳体27由上外壳盖8和下外壳盖I组成,上外壳盖8与下外壳盖I通过第二紧固螺丝9固定连接，所述电源6采用十二伏锂电池。微型罗茨泵11安装于壳体27内的顶部，控制器3安装于壳体27内的中部，十二伏锂电池安装于壳体27内的电池腔里，它们分别占据合理的位置，在满足要求的前提下使结构更加紧凑。

　　[0027]所述的微型罗茨泵11，包括泵腔体14和盖板18，所述泵腔体14与盖板18通过紧固螺丝19固定连接，形成密封腔；在密封腔内设置有一对具有叶片24的转子16，所述的一对转子16通过叶片24互相啮合；转子轴25的两端分别与各微型轴承15的内圈过盈配合，在泵腔体14和盖板18的内侧分别设置有圆形凹槽20，各微型轴承15分别设置在凹槽20内，且各微型轴承15的外圈分别与泵腔体14或盖板18过盈配合；在密封腔的外部设置有第一齿轮17和第二齿轮21，所述第一齿轮17与第二齿轮21互相啮合；在第一齿轮17或第二齿轮21的外端设置有电机轴固定套安装孔26，在电机轴固定套安装孔26内固定有电机轴固定套12，所述电机轴固定套12上具有安装孔；在盖板18上设置有第一通孔22和第二通孔23，盖板18侧的转子轴25端分别穿过第一通孔22和第二通孔23与第一齿轮17和第二齿轮21的内孔过盈配合；在泵腔体14的外端设置有进气口 28和排气口 29，进气口 28和排气口 29与密封腔相连通，用于密封腔的进气和排气。所述的转子16为三叶转子，转子16的三个叶片24均匀分布，相邻两个叶片24间夹角为120度。所述的转子16的叶片24为空心结构，用以减轻转子16的质量。叶片24的线型采用圆弧-摆线为模数、齿数相同的齿轮。所述的泵腔体14和盖板18提供了转子16啮合旋转的空间，泵腔体14与盖板18配合夹紧转子16，并依靠紧固螺丝19进行固定，使转子16降低振动。在下外壳盖I上设置有微型罗茨泵11的定位卡槽，在微型罗茨泵11的泵腔体14的外端设置有凸台，所述凸台与上外壳盖I的定位卡槽相配合。在壳体27的外面板上设置有数码管显示的窗口和控制按钮2的按钮区，在壳体27上设置有电源开关，电源开关与控制器3相连接。

　　[0028]所述电源6和微型罗茨泵11固定在壳体27内，微型罗茨泵11的进气口 28和排气口 29的外端穿过壳体27设置在壳体27外；电机壳通过电机压板13固定在壳体27内，电机轴设置在电机轴固定套12的安装孔内，且与电机轴固定套12过盈配合；电机7的控制端与控制器3相连接，控制器3通过控制器固定螺丝4固定在壳体27内。所述的电机压板13由上电机压板10和下电机压板5组成,在下外壳盖I上设置有上电机压板10和下电机压板5的卡槽；上电机压板10和下电机压板5靠与卡槽的配合安装在下外壳盖I内，电机7靠过盈配合安装在下电机压板5内，通过紧固螺丝安装在上电机压板10内。

　　[0029]如图7所示，所述的控制器3，包括单片机、复位按钮31、档位增加按钮32、档位减小按钮33、显示模块、降压模块及电机驱动模块；单片机的信号输出端分别与显示模块和电机驱动模块的信号输入端相连接，电机驱动模块的信号输出端与电机7的控制端相连接；电源6—路经降压模块后，为单片机供电，另一路为电机驱动模块供电；复位按钮31、档位增加按钮32和档位减小按钮33的信号输出端与单片机的信号输入端相连接。所述显示模块采用二位共阳极数码管30。

　　[0030]所述单片机采用的型号为STC89C51，所述的降压模块采用的是正向低压降稳压器芯片SA1117-ADJ，二位共阳极数码管采用的型号为HN0562LAPB。

　　[0033]输入部分由三个按键组成，分别为复位按钮K3、档位增加按钮Kl和档位减小按钮K2，档位减小按钮K2负责电机的减速，档位增加按钮Kl负责电机的加速，复位按钮K3负责系统的复位。档位增加按钮Kl连接至单片机的P3.2引脚，档位减小按钮K2连接至单片机的P3.3引脚，复位按钮K3与单片机的REST引脚相连。

　　[0035]该电路由12V电源供电，12V电源先经过电源开关SWITCH，再经过PTC自恢复保险丝(防止电流过大烧坏电路)后，一路与正向低压降稳压器芯片的输入引脚相连，另一路直接为电机驱动模块供电；经过正向低压降稳压器芯片后的电源电压降至5V，5V电源再为单片机供电。

　　[0037]电机驱动模块由一个场效应管SPN3006组成，其栅极接单片机的P3.4引脚，漏极与电机的控制端相连接，源极接12V电源的负极。电机的控制端为电机的一个接线端，电机的另外一个接线V电源的正极。单片机通过控制PWM的占空比来调节电机的转速。

　　[0039]显示模块主要由二位共阳极数码管组成，单片机的P3.6引脚和P3.7引脚分别接一个9012三极管，三极管再与二位共阳极数码管的两个共阳极连接。单片机发出的控制信号经三极管放大后再传送至二位共阳极数码管。二位共阳极数码管的八个阴极分别与单片机的Pl 口的8个引脚相连。

　　[0042]通过设定单片机的占空比PWM来控制电机7转速，转速分9个档位(根据用户需要的流量间隔，可以增加和减少档位来满足用户的需求)，最高和最低档位分别对应电机的最大和最小转速。每个档位对应一定的电压，在不同电压下实现电机转速的改变，通过相应仪器的测量，可以得出不同档位下微型罗茨泵11的抽速。

　　[0044]使用的时候，卸下第二紧固螺丝9，拆下上外壳盖8，将十二伏锂电池安装在电池槽内，再将上外壳盖8安回。打开电源开关给控制器3供电，当按下档位增加按钮32后，单片机开始执行程序，并按初始值(初始值档位为I档，此时抽速最大)输出初始电压给电机7和调用初始档位值给数码管显示。档位增加按钮32每动作一次档位加一(本实施例中最低档位为I档，最高档位为9档)；档位减小按钮33每动作一次档位减一(最低档位为I档)；复位按钮31动作后，不论电路此时处于何种档位，单片机均处于待机状态，输出电压为零，电机7停转，数码管显示为零。

　　[0045]用户根据自己需要的流量或者根据气体检测的流量范围，选择一个合适的档位。档位选择完成之后，单片机就按设定的档位开始执行，每个档位对应一个占空比PWM,通过单片机内的TO定时器工作，输出所需要的占空比PWM，即输出对应的电压值；然后电压值经过场效应管给电机7供电，电机7按照给定的电压开始转动，通过电机轴固定套12将动力传递给第一齿轮17,第一齿轮17和第二齿轮21相互哨合使两个转子16以大小相同、方向相反的速度旋转。通过两个转子16的相互啮合旋转，实现微型罗茨泵11的吸气、排气过程，转子16每旋转一次完成四次吸排气。

　　1.一种可调速微型气体米样泵，其特征在于包括壳体，在壳体内设置有电机、微型罗茨泵及电源； 所述的微型罗茨泵，包括泵腔体和盖板，所述泵腔体与盖板固定连接，形成密封腔；在密封腔内设置有一对具有叶片的转子，所述的一对转子通过叶片互相啮合；转子轴的两端分别与各微型轴承的内圈过盈配合，在泵腔体和盖板的内侧分别设置有凹槽，各微型轴承分别设置在凹槽内，且各微型轴承的外圈分别与泵腔体或盖板过盈配合；在密封腔的外部设置有第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮互相啮合；在第一齿轮或第二齿轮的外端设置有电机轴固定套安装孔，在电机轴固定套安装孔内固定有电机轴固定套，所述电机轴固定套上具有安装孔；在盖板上设置有第一通孔和第二通孔，盖板侧的转子轴端分别穿过第一通孔和第二通孔与第一齿轮和第二齿轮的内孔过盈配合；在泵腔体的外端设置有进气口和排气口，进气口和排气口与密封腔相连通； 所述微型罗茨泵的进气口和排气口穿过壳体；电机壳通过电机压板固定在壳体内，电机轴设置在电机轴固定套的安装孔内，且与电机轴固定套过盈配合；电机的控制端与控制器相连接，在壳体上设置有电源开关，电源开关与控制器相连接。

　　2.根据权利要求1所述的可调速微型气体采样泵，其特征在于所述的控制器，包括单片机、复位按钮、档位增加按钮、档位减小按钮、显示模块、降压模块及电机驱动模块；单片机的信号输出端分别与显示模块和电机驱动模块的信号输入端相连接，电机驱动模块的信号输出端与电机的控制端相连接；电源一路经降压模块后，为单片机供电，另一路为电机驱动模块供电；复位按钮、档位增加按钮和档位减小按钮的信号输出端与单片机的信号输入端相连接。

　　3.根据权利要求1所述的可调速微型气体采样泵，其特征在于所述的转子为三叶转子，转子的三个叶片均匀分布，相邻两个叶片间夹角为120度。

　　4.根据权利要求1所述的可调速微型气体采样泵，其特征在于所述的转子的叶片为空心结构，线型采用圆弧-摆线所述的可调速微型气体采样泵，其特征在于所述的第一齿轮和第二齿轮为模数、齿数相同的齿轮。

　　6.根据权利要求1所述的可调速微型气体采样泵，其特征在于所述的壳体由上外壳盖和下外壳盖组成，上外壳盖与下外壳盖通过第二紧固螺丝固定连接。

　　7.根据权利要求1所述的可调速微型气体采样泵，其特征在于所述电源采用锂电池。