环境问题是当今社会普遍关心的问题，而空气质量的监测及大气污染的治理是当前中国面临的重大问题。国家对PM2.5的监测与防治工作非常重视，在多处区域进行了细颗粒物与大气污染物监测，但采用的均为进口仪器，国产仪器的研制尚属起步阶段，针对这一现状进行了PM2.5自动换膜采样器研发，对于提升我国PM2.5监测仪器的水平具有重要的意义与实用价值。本文主要工作如下：1）研制了采样器机械系统。首先进行了采样器的功能需求分析，其次根据自动换膜原理设计了换膜机构，对其进行了应力和振动仿真分析并进行了优化设计，然后根据自动换膜原理和流量需求设计了气动系统，同时分析了气动系统工作原理，最后对PM10和PM2.5切割器的切割原理进行了阐述，并对其进行了流体仿真分析。2）研制了采样器的控制系统。首先设计了硬件组成结构，分析了各个硬件模块工作原理和控制过程，其次根据自动换膜机构的工作原理设计了换膜工作逻辑流程，并进行了程序的开发，然后根据仪器实际应用现场环境设计了温控模块，并对仪器内部热空气流向进行了仿真分析，最后根据仪器显示和设定的功能设计了人机交互界面。3）提出了一种PM2.5小流量采样器的流量监控方法，根据PM2.5小流量采样器的工作点流量控制需求，结合PID控制器，设计了流量监控模块。4）研发的采样器在中国环境监测总站、天津环境监测中心站等多处站点同国外同类先进仪器进行了对比实验，从实验数据计算得到的结果表明所研发采样器的测量精度已达到国际标准。