專利名稱：汽氣比智能顯示儀表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明汽氣比智能顯示儀表，屬于測量技術(shù)的范疇，具體而言是一種用于工業(yè)過程參數(shù)測量的智能顯示儀表。
在合成氨的生產(chǎn)過程中，變換工藝段利用水蒸汽與干半水煤氣中的一氧化碳在觸媒的催化作用下發(fā)生以下的放熱反應(yīng)
式中Q為反應(yīng)熱。這是一個(gè)可逆過程，條件不同，反應(yīng)方向不同。增加水蒸汽有利于向右反應(yīng)，可提高一氧化碳的變換率，但過多的水蒸汽又會(huì)使能耗增加，尤其當(dāng)前采用中串低變流程的小化肥廠已越來越多，如何準(zhǔn)確快速地測量控制變換工藝段的蒸汽/干半水煤氣的比值(以下簡稱汽氣比)，對節(jié)能、指導(dǎo)操作及穩(wěn)定生產(chǎn)十分重要。
現(xiàn)有資料及市場上出現(xiàn)的少量類似儀表，主要存在以下問題1、現(xiàn)有產(chǎn)品測量精度不高，顯示偏低;
2、儀表外形尺寸過大，寬×高×長＝152×152×450;
3、結(jié)構(gòu)不合理，電路由五塊板組成，即面板、CPU板、電源板、模擬放大板和熱電偶冷端溫度補(bǔ)償電路板五部分，各部分之間用接插件或?qū)Ь€連接，使可靠性差;
4、性能價(jià)格比偏低、無與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)的接口。
本發(fā)明汽氣比智能顯示儀表的發(fā)明目的在于解決上述生產(chǎn)中迫切需要解決的問題，從而提供一種布局合理、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性及性能價(jià)格比都比較高的智能顯示儀表的技術(shù)方案。
一、本發(fā)明汽氣比智能顯示儀表測量汽氣比的數(shù)學(xué)模型
由于直接測量合成氨生產(chǎn)過程中變換工藝段的蒸汽與干半水煤氣的比值存在許多技術(shù)難點(diǎn)，一般都采用間接測量方法，即通過變換工段機(jī)理求出若干個(gè)能直接測量到的工藝參數(shù)與汽氣比的數(shù)學(xué)關(guān)系，通過計(jì)算求出汽氣比值，智能化儀表的發(fā)展為這一測量方法開辟了廣闊的前景。但由于影響汽氣比的相關(guān)因素很多，所以數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性直接影響著汽氣比的測量精度。本發(fā)明汽氣比智能顯示儀表測量汽氣比的在線測量參數(shù)和數(shù)學(xué)模型如下1、測量參數(shù)①、飽和塔出口半水煤氣溫度T1;
②、過熱蒸汽溫度T2;
③、噴射器出口添加過熱蒸汽后的混合氣溫度T3;
④、中變冷激前后觸媒層的溫差△T，△T＝TB1-TB2;
式中TB1-中變冷激前觸媒層的溫度;
TB2-中變冷激后觸媒層的溫度;
2、數(shù)學(xué)模型在設(shè)定條件下，變換系統(tǒng)汽氣比K為K＝K1+K2+K3K1= (T1-57.14)/(227.5-T1)K2= ((9.09+8.61×K1)×(T3-T1))/(12.5×T2-8.61×T3)K3= ((K1+K2+0.93)×△T)/(TB2+1182.2)
式中K-變換系統(tǒng)總汽氣比;
K1-飽和塔出口汽氣比;
K2-添加過熱蒸汽增加的汽氣比;
K3-冷凝水冷激增加的汽氣比。
二、本發(fā)明汽氣比智能顯示儀表的結(jié)構(gòu)及電路說明1、儀表結(jié)構(gòu)①、外形尺寸寬×高×長＝152×76×250嵌入式表盤安裝。
②、面板面板正面見附圖3。
③、儀表內(nèi)部結(jié)構(gòu)儀表內(nèi)部由面板和主板兩塊印刷電路板通過兩個(gè)40針接插件垂直連接構(gòu)成，其中主板的元件布置圖見附圖1，面板的背面元件布置圖見附圖2。
④、后端蓋及外接線見附圖4。
2、電路結(jié)構(gòu)汽氣比智能顯示儀表是通過對溫度及溫差的直接測量來獲得變換氣的汽氣比的一種智能儀器，電路由以下幾部分組成溫度電信號(hào)的模擬放大電路;熱電偶冷端溫度補(bǔ)償橋式電路;微機(jī)系統(tǒng);74LS164串轉(zhuǎn)并LED驅(qū)動(dòng)電路;汽氣比模擬量輸出(PWM)放大跟隨電路;穩(wěn)壓電源電路。
①、溫度電信號(hào)的模擬放大電路采用高精度、低溫漂運(yùn)放OP-07作為溫度電信號(hào)的基本放大元件，接成三運(yùn)放差動(dòng)放大形式。
②、熱電偶冷端溫度補(bǔ)償采用橋式電路的銅電阻補(bǔ)償方法。
③、微機(jī)最小系統(tǒng)由8098CPU、EPROM2764、74LS373以及若干門電路構(gòu)成，8098CPU的HSI.1采集鍵選信號(hào)，完成不同通道溫度的顯示。
④、8098CPU串行輸出數(shù)據(jù)經(jīng)9片74LS164串轉(zhuǎn)并輸出，驅(qū)動(dòng)LED顯示汽氣比及通道溫度，同時(shí)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二級管顯示通道號(hào)。
⑤、汽氣比D/A輸出經(jīng)光電耦合器隔離、單運(yùn)放放大后輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)。
本發(fā)明汽氣比智能顯示儀表還可通過接插件引出CPU的HSO、HSI引腳，利用軟件編程可實(shí)現(xiàn)智能儀表與計(jì)算機(jī)的通訊。
3、技術(shù)指標(biāo)①、汽氣比數(shù)字顯示量程0.000-5.000;
②、汽氣比模擬量輸出0.00-5.00V;
③、水煤氣、水蒸汽、混合氣溫度、冷激溫差手動(dòng)循環(huán)顯示量程0-300℃;
測量精度±0.5℃;
④、熱電偶開路、短路閃爍報(bào)警。
三、與現(xiàn)有技術(shù)的比較和積極效果1、在中小化肥廠推廣使用汽氣比智能顯示儀，給運(yùn)行人員的控制操作提供了可靠的依據(jù)，對降低能耗，穩(wěn)定生產(chǎn)有著積極的作用。以某化肥廠為例采用該顯示儀表指導(dǎo)生產(chǎn)后，每小時(shí)節(jié)約蒸汽用量0.8噸，十臺(tái)爐一年可節(jié)約蒸汽69120噸，折合人民幣138.24萬元;
2、原有產(chǎn)品測量精度不高，顯示偏低，采用過熱蒸汽壓力及溫度、飽和塔出口半水煤氣溫度、噴射器出口添加過熱汽后的混合氣溫度四個(gè)參數(shù)作為在線計(jì)算汽氣比的測量參數(shù)，沒有充分考慮變換爐冷激工況變化引起的汽氣比的變化。而本儀表則將上述過熱蒸汽壓力改為變換爐中變Ⅰ、Ⅱ段間冷激前后溫差△T，其在線計(jì)算汽氣比的精度比原有儀表高，因不采用壓力測量信號(hào)而降低了測量成本;
3、采用優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，模型考慮了機(jī)組在啟動(dòng)、正常運(yùn)行等不同工況下的測量誤差;
4、原有儀表結(jié)構(gòu)不合理，電路由五塊板組成，即面板、CPU板、電源板、模擬放大板和銅電阻溫度補(bǔ)償板五部分，各部分之間用接插件或?qū)Ь€連接，因此使可靠性差。本儀表內(nèi)部只有面板和主板兩塊印刷電路板，通過二個(gè)40針接插件連接構(gòu)成，布局合理，結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性好;
5、原儀表外形過大，寬×高×長＝152×152×450;
本儀表外形小巧，寬×高×長＝152×76×250;
6、原有儀表無計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)功能，本儀表有聯(lián)網(wǎng)的功能;
7、本儀表的性能價(jià)格比比原有儀表高。


附圖1(汽氣比智能顯示儀電路主板圖)1-電源變壓器2-直流穩(wěn)壓電源電路3-熱電耦冷端溫度補(bǔ)償橋式電路4-濾波電路5-汽氣比模擬輸出電路6-溫度電信號(hào)的模擬放大電路7-接口插座8-微機(jī)系統(tǒng)電路9-串轉(zhuǎn)并輸出驅(qū)動(dòng)電路10-接插件插座11-電阻排附圖2(汽氣比智能顯示儀面板顯示電路圖)12-汽氣比顯示數(shù)碼管LA801113-溫度、溫差通道顯示發(fā)光二極管14-溫度、溫差顯示數(shù)碼管LA362115-電偶故障顯示發(fā)光二極管16-功能鍵17-復(fù)位鍵18-接插件插頭附圖3(汽氣比智能顯示儀面板正面布局圖)19-汽氣比顯示20-溫度、溫差顯示
21-溫度、溫差通道顯示22-電偶故障閃爍顯示23-功能鍵24-復(fù)位鍵附圖4(汽氣比智能顯示儀后端蓋及外接線圖)(1)-(2)端外接補(bǔ)償銅電阻R;
(3)-(4)端接過熱蒸汽溫度T2;
(5)-(6)端接飽和塔出口半水煤氣溫度T1;
(7)-(8)端接噴射器出口的混合氣溫度T3;
(9)-(10)端接中變冷激前后觸煤層的溫差△T;
(11)-(12)端接汽氣比模擬輸出(PWM);
(13)-(14)端接交流供電電源。
注(3)(5)(7)(9)(11)端接信號(hào)正端，(4)(6)(8)(10)(12)端接信號(hào)負(fù)端。
權(quán)利要求
1.汽氣比智能顯示儀表是一種測量工業(yè)過程參數(shù)的智能儀表，其特征在于，該智能儀表以溫度和溫差作為直接測量參數(shù)，采用優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，利用單片機(jī)計(jì)算汽氣比值，并通過四個(gè)LA8011型數(shù)碼管(12)顯示出來。儀表外形尺寸為高×寬×長=76×152×250，嵌入表盤安裝式。機(jī)芯由兩塊印刷電路板組成，一塊為主板，一塊為面板，兩板之間通過兩個(gè)40針接插件(10)(18)垂直連接，用螺釘將主板連接在機(jī)架上，機(jī)架尾端固定有尾部接線端子，電源變壓器(1)固定在靠尾部的主板上?？梢院芊奖愕貜臋C(jī)殼中抽出機(jī)芯進(jìn)行維修。其電路結(jié)構(gòu)主要由電源變壓器(1)、直流穩(wěn)壓電源電路(2)、熱電偶冷端溫度補(bǔ)償橋式電路(3)、濾波電路(4)、汽氣比模擬量輸出(PWM)電路(5)溫度電信號(hào)的模擬放大電路(6)、接口插座(7)、微機(jī)系統(tǒng)(8)、74LS164串轉(zhuǎn)并LED驅(qū)動(dòng)電路(9)等電路組成，這些電路的全部元器件都安裝在主板上，在主板前端還裝有與面板電路相連接的兩個(gè)40針接插件的插座(10)。面板尺寸為高×寬=76×152，面板上部裝有顯示汽氣比值的四個(gè)LA8011型數(shù)碼管(12)；下部左側(cè)裝有巡回顯示三個(gè)溫度和一個(gè)溫差的四個(gè)LA3621型數(shù)碼管(14)；下部右側(cè)裝有溫度、溫差通道顯示發(fā)光二極管(13)；緊接靠右是發(fā)光二極管(15)，用于熱電偶故障閃爍顯示報(bào)警；面板右下角是兩個(gè)按鍵，一個(gè)是功能鍵(16)，用于選擇顯示三個(gè)溫度和一個(gè)溫差，另一個(gè)是復(fù)位鍵(17)，面板靠下中部邊緣是與主板連接的兩個(gè)40針接插件的插頭(18)。
2.按照權(quán)利要求1所述的汽氣比智能顯示儀表，其特點(diǎn)在于所述的溫度和溫差測量參數(shù)為飽和塔出口半水煤氣溫度T1、過熱蒸汽溫度T2、噴射器出口添加過熱蒸汽后的混合氣溫度T3、中變冷激前后觸媒層的溫度△T。
3.按照權(quán)利要求1所述的汽氣比智能顯示儀表，其特點(diǎn)在于所述的優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型為在設(shè)定條件下，變換系統(tǒng)汽氣比K為K＝K1+K2+K3K1= (T1-57.14)/(227.5-T1)K2= ((9.09+8.61×K1)×(T3-T1))/(12.5×T2-8.61×T3)K3= ((K1+K2+0.93)×△T)/(TB2+1182.2)式中K-變換系統(tǒng)總汽氣比;K1-飽和塔出口汽氣比;K2-添加過熱蒸汽增加的汽氣比;K3-冷凝水冷激增加的汽氣比。
4.按照權(quán)利要求1所述的汽氣比智能顯示儀表，其特點(diǎn)在于所述的主板上裝有電源變壓器(1)、直流穩(wěn)壓電源電路(2)、熱電偶冷端溫度補(bǔ)償橋式電路(3)、濾波電路(4)、汽氣比模擬量輸出(PWM)電路(5)、溫度電信號(hào)的模擬放大電路(6)、及其接口插座(7)、微機(jī)系統(tǒng)(8)、74LS164串轉(zhuǎn)并LED驅(qū)動(dòng)電路(9)、接插件插座(10)和電阻排(11)。
5.按照權(quán)利要求1所述的汽氣比智能顯示儀表，其特點(diǎn)在于所述的面板尺寸為高×寬＝76×152，面板上中部裝有顯示汽氣比值的四個(gè)LA8011型數(shù)碼管(12);下部左側(cè)裝有巡回顯示三個(gè)溫度和一個(gè)溫差的四個(gè)LA3621型數(shù)碼管(14);下部右側(cè)裝有溫度、溫差通道顯示發(fā)光二極管(13);緊接靠右是發(fā)光二極管(15)，用于熱電偶故障閃爍顯示報(bào)警;面板右下角是兩個(gè)按鍵，一個(gè)是功能鍵(16)，另一個(gè)是復(fù)位鍵(17)，面板靠下中部邊緣是與主板垂直連接的兩個(gè)40針接插件的插頭(18)。
6.按照權(quán)利要求1所述的汽氣比智能顯示儀表，其特點(diǎn)在于主板與面板通過兩個(gè)40針接插件(10)與(18)垂直連接。
7.按照權(quán)利要求1所述的汽氣比智能顯示儀表，其特點(diǎn)在于所述的溫度電信號(hào)放大電路采用高精度、低溫漂儀表用運(yùn)放OP-07作為溫度電信號(hào)的基本放大單元，接成三運(yùn)放差動(dòng)放大形式;所述的熱電偶冷端溫度補(bǔ)償電路采用橋式電路的銅電阻補(bǔ)償方法;所述的微機(jī)系統(tǒng)由8098CPU、EPROM2764、74LS373以及若干門電路構(gòu)成，8098CPU的HS1.1采集鍵選信號(hào)，完成不同通道的溫度顯示，8098CPU串行輸出數(shù)據(jù)經(jīng)9片74LS164串轉(zhuǎn)并輸出，驅(qū)動(dòng)LED顯示汽氣比值及通道溫度值，同時(shí)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管顯示通道號(hào);所述的汽氣比模擬量輸出(PWM)放大跟隨電路，經(jīng)光電耦合器隔離及單運(yùn)放放大后輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明汽氣比智能顯示儀表是一種用于工業(yè)過程參數(shù)測量的智能顯示儀表。主要用于化肥生產(chǎn)過程中的變換工段蒸汽與干半水煤氣比值的測量與顯示。其特征在于以溫度和溫差作為測量參數(shù)，采用優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型計(jì)算汽氣比值。儀表內(nèi)部由兩塊印刷電路板通過兩個(gè)40針接插件垂直連接構(gòu)成。布局合理，結(jié)構(gòu)緊湊，外形小巧，外形尺寸為寬×高×長＝152×76×250?？煽啃愿?，且設(shè)有微機(jī)接口，具有與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)的功能，性能價(jià)格比高，有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G01N25/22GK1072502SQ9211075
公開日1993年5月26日 申請日期1992年9月12日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月12日
發(fā)明者熊淑燕, 王錦華, 王青山 申請人:太原工業(yè)大學(xué)