市场上现有的水质采样器对污水的采集大多数没有预处理过程，只采用等时、远程控制等采样方式，此类采样方式随机性大，采样的可靠度低;同时在监测仪器检测出水样超标后，虽然及时保存实时数据，但没有把超标水样保存起来，有时会引起执法方与排污方的纠纷，对环保工作人员的后续工作造成很大的困难。为解决上述问题，设计等比例采样留样仪器。
1系统构架及工作原理图
该仪器采用模块化设计，主要包括三个模块：预处理模块、采样模块、留样模块。三个模块通过管路依次连接，在控制方面互相独立，其中预处理模块和采样模块都有自己独立的控制单元，它们之间的通讯是通过CAN总线方式通讯。在制冷方面，改装家用冰箱以实现温度控制。
仪器工作时(见图1)，由流量计通过CAN总线方式给上位机发送采样信息，上位机通过处理然后给采样模块控制单元发出采样指令，采样器接到命令后给预处理模块发送预处理命令，水泵开始采水。预处理模块先对水样进行沉降、过滤处理，以防止管道堵塞，减少泥沙对仪器的破坏作用。预处理完成后，反馈完成信号给采样模块，采样模块通
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过计量装置进行精确采样。在等时或流量等比例采样过程中，为防止水样变质，需要根据不同的监测项目，添加不同的保护剂。当在线监测仪器检测出采样器中的水样超标时，采样控制单元自动下达指令，步进电机分配器开始向24个留样器中的一个注入水样。当仪器正处在等时或等比例采样时，上位机强制发送采样命令，此时将原本存留在留样罐中的水样转存到水样储存罐中，采样罐腾空为此次采样使用。
2主要模块介绍
2.1预处理模块
预处理模块主要包括粗过滤、沉降、细过滤三级预处理方式，主要由双层套罐、管路以及各种阀组成(见图2)。(1)外罐体底板有圆锥形的凹槽，方便沉降泥沙等杂质。底板下面通过螺栓与一折成90°的薄钢板连接，整个模块通过此钢板固定在仪器箱体上。(2)罐体由玻璃树脂管材制成，方便用户观察模块使用情况。外罐体内套有装有过滤膜的内罐体，内罐体内有采样管。(3)外罐体上有冲洗装置，该装置下部有64个向外罐壁倾斜的冲洗孔。
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工作时，水样从右下管道进入罐体，进行沉降和过滤。罐体左上部设有溢流口，当水位过高时，及时溢流。需要冲洗时，自来水或其它冲洗液体从罐体上部高速流入，再经64个冲洗孔冲洗罐体壁。冲洗一段时间后，打开泻流阀排出废液。
2.2采样模块
采样是该仪器最基本的功能，是实现在线检测、超标留样功能的必要步骤。采样模块设计的关键技术包括：采样罐和计量装置的设计、保护剂添加。采样罐设有采样口、在线监测仪器接口、留样口、排液口、溢流口。使用有机玻璃板沾接、螺纹连接而成。透明的有机玻璃使用户可以看清采样器的洁净程度，且价格便宜，易于加工。
为保证样品采集的准确性和精密性，本仪器设计计量模块。该模块利用控制蠕动泵使用时间来控制采样量，由于在速度较慢时，蠕动泵的精确度很高，完全能够达到5%的采样精度。
2.3留样模块
留样模块中留样罐和步进电机分配器的设计是关键(见图3)。为满足时间/流量等比例采样等采样方式的要求，本仪器使用1～24个1L留样罐，可以每小时采一次水样。该设计是把24个留样瓶排列成环形状，安装在下面环形托盘中，然后用步进电机控制水头旋转，分别注入到每个留样瓶中。
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该仪器采用精工成电机，此电机性价比高，设有16档等角度恒力矩细分，最高分辨率6000步/转，最高反应频率可达200Kpps，驱动器电流从0.5A/相到5.8A/相连续可调。电压范围为：DC12~40V。完全满足本仪器要求。
3控制系统
仪器采用流量/时间等比例采样、远程控制采样、复合采样、手动采样、事件采样等多种采样方式，使采样更加科学合理。采样方式主要是通过控制模块实现的。
单片机是该仪器控制模块的核心组件，其性能与技术指标直接影响模块工作稳定性和可靠性。通过对各个模块功能进行技术指标、稳定性的分析，选择MICROCHIP公司的PIC18F4585单片机，该系列单片机价格适中，功能强大，性能稳定，应用广泛。在兼容性方面，PIC单片机有良好的兼容性，同系统的单片机型号，器件的管脚、功能、封装等都完全兼容，给设计开发带来非常大的方便。控制器局域网CAN为串行通讯协议，能有效地支持具有很高安全等级的分布实时控制。CAN的应用范围很广，从高速的网络到低价位的多路接线都可以使用CAN。总线选用屏蔽双绞线，接口选用屏蔽性能好的航空插头，接口便于模块间相互连接，可构成菊花链拓扑结构。
4结束语
本文设计的等比例采样留样器，已经被广州市怡文科技有限公司立项研制。留样模块的添加，减少工作人员的作业量。更为科学的采样方式提高采样的准确性，并为监测数据的复核和解决纠纷提供很好的手段。
模块化设计极大地方便仪器的生产、研发以及售后维修服务等。同时，该仪器拥有良好的自清洗、自动添加保护剂等功能。相信该仪器有广阔的市场前景。
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