專利名稱：氣(汽)體熱工參數儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種既可監(jiān)測計量過熱蒸汽管道中的過熱蒸汽溫度、壓力和真實質量流量，又可監(jiān)測計量空壓管道中的壓縮空氣溫度、壓力、工作狀態(tài)下的體積流量和標準狀態(tài)下的體積流量。
在我國工業(yè)企業(yè)的熱網管道系統(tǒng)中，過熱蒸汽流量和壓縮空氣流量的計量問題至今未得到解決。對于過熱蒸汽流量，由于這種流體的工況波動，目前采用的差壓式流量計和渦街流量計都存在計量不準的問題；對于壓縮空氣流量，雖用上述兩種儀表可以測量，但只能顯示工作狀態(tài)下的體積流量，儀表顯示的這種體積流量值，沒有一個基準，無可比性。
為了解決上述計量問題，本實用新型提出一種既能解決過熱蒸汽真實質量流量計量問題，同時又能解決壓縮空氣標準體積流量計量問題的儀表。為節(jié)能監(jiān)測計量領域提供一種高性能、高精度的新型智能儀表。
本實用新型由電源開關、復位開關、電源變壓器、直流穩(wěn)壓電源板、顯示板、予置開關組件和儀表主機板構成。
直流穩(wěn)壓電源板主要由整流硅橋、7805芯片、7812芯片、7912芯片、印刷電路板、9PIN插接件、7PIN插接件、2PIN插接件以及電阻電容元件組成。
顯示板由26支數碼管、26支164芯片、1支244芯片、印刷電路板、4PIN插接件、2PIN插接件以及電阻電容元件組成。
予置開關組件由20支KB－2型8421(BCD)碼撥盤開關、晶體二極管、電阻元件、20PIN插接件以及印刷電路板組成。在這組撥盤開關中，其中有3支分別設定過熱蒸汽刻度流量、差壓量程上限、壓力量程上限；有3支分別設定壓縮空氣刻度流量、差壓量程上限、壓力量程上限；有2支用來設定當地大氣壓力；有3支用來設定20℃時的管道內徑；有4支用來設定標準孔板的流量系數；有5支用來設定孔板內徑。
儀表主機板由模擬轉換電路和以8098單片機為核心的數字電路組成。模擬轉換電路主要由2支電壓基準源(1403)芯片、2支線性放大器(OP07)芯片、1支模擬開關(4052)芯片、1支A／D轉換(7109)芯片以及1支10PIN插接件、1支8PIN插接件、1支4PIN接件、6支多圈電位器、和電阻電容元件組成；數字電路由1支單片微機(8098)芯片、2支(4060)芯片、1支(08)芯片、1支(00)芯片、2支(373)芯片、1支(27256)芯片、1支(4058)芯片、1支(138)芯片、1支(240)芯片、1支(244)芯片、以及20PIN、6PIN、2PIN插接件和電阻電容元件構成。
本實用新型的工作原理被測流體流過插入管道中的標準鉑電阻溫度計(Pt100型)和標準節(jié)流裝置時，將產生3個信號1個溫度信號、1個壓力信號、1個差壓信號，其中溫度信號為電阻信號，通過儀表提供的2mA恒流源變換成毫伏(mV)信號；壓力信號和差壓信號通過壓力變送器和差壓變送器變換成直流毫安(mA)信號。3個信號進入儀表主機板的模擬轉換電路，轉變成直流電壓信號，經A／D轉換，變換成單片微機能接收的數字信號。單片機定時采集3個數字信號和予置撥盤開關組件的設定值，根據予先編制的被測流體溫度、壓力、流量計算程序進行運算，并將運算結果由顯示板顯示出來。
為了實現(xiàn)對不同被測介質的測量，在儀表予置撥盤開關組件中，有2支撥盤開關用來選擇被測介質，當儀表用來測量過熱蒸汽時，將1支設定壓縮空氣刻度流量的撥盤開關置零，而將設定過熱蒸汽刻度流量的撥盤開關置標準節(jié)流裝置選定的刻度流量值，反之當儀表用來測量壓縮空氣時，將設定過熱蒸汽刻度流量的撥盤開關置零，而將設定壓縮空氣刻度流量的撥盤開關置節(jié)流裝置選定的刻度流量值。為了使儀表與不同量程的壓力變送器和差壓變送器配用，在儀表予置撥盤開關組件中，有2支撥盤開關用來設定壓力變送器的量程，還有2支撥盤開關用來設定差壓變送器的量程，當儀表配用的變送器量程為0～10mA時，將用來設定4～20mA量程的撥盤開關置零，反之，當儀表配用的變送器量程為4～20mA時，則將用來設定0～10mA量程的撥盤開關置零。
本實用新型的特點1.本實用新型儀表主機的核心元件采用了近年才從國外引進的8098芯片，以該單片機構成了一臺最新型的微型計算機儀表，它具有現(xiàn)有模擬型儀表無法比擬的優(yōu)點。
2.當被測流體工況變化時，現(xiàn)有儀表不能完全跟蹤流體的工況變化，產生較大測量誤差，大大降低了儀表顯示值的可信度，本實用新型充分發(fā)揮了微型計算機的特點，能瞬時采集不斷變化的流體工況信號，瞬時計算流體的各個物性參數值，進而精確計算被測流體的各個熱工參數，因此儀表的測量精度高，顯示的熱工參數值真實可信。
3.對于壓縮空氣流量測量，目前國內外使用的儀表均只能顯示工作狀態(tài)下的體積流量，這種流量沒有可比性，無實際意義，本實用新型另外又顯示了標準狀態(tài)下的體積流量和累積體積流量，從而解決了壓縮空氣流量的準確計量問題。
4.本實用新型的可靠性高，微型計算機芯片在長期工作中很少出故障。另外，為了使儀表長期在惡劣環(huán)境下工作，在儀表主機板中設置了自動復位電路，當在強電磁場干擾情況下，儀表軟件程序卡死，此時通過自動復位電路，儀表能自動回復到初始程序，從而實現(xiàn)連續(xù)運行。當與儀表配用的測量元件和變送器出故障時，儀表及時判斷并顯示故障發(fā)生地點。
5.本實用新型具有掉電保護功能，現(xiàn)有儀表在電源停電時，不能保護測量參數的累積值，本儀表完好地解決了對累積流量值的保護。
6.本實用新型具有廣泛的實用性，通過對儀表予置開關組件中的刻度流量設定，使儀表既可用來監(jiān)測計量過熱蒸汽的熱工參數，又可有來監(jiān)測計量壓縮空氣的熱工參數。通過對差壓變送器和壓力變送器的設定，使與儀表配用的變送器既可選用DDZ－Ⅱ型變送器，又可選用DDZ－Ⅲ型變送器。儀表通過予置開關組件可與各種規(guī)格尺寸的節(jié)流裝置配用，從而大大增強了儀表的通用性。
實施例

圖1為實用新型的工作原理圖圖2為主機板線路圖(由圖2－1～圖2－4組成)圖3為顯示板線路圖(由圖3－1、圖3－2組成)圖4為電源板線路圖圖5為實用新型結構示意圖下面結合實施例對本實用新型進一步說明。
本實用新型是由儀表外殼(11)、電源開關(10)、復位開關(4)、電源變壓器(12)、直流穩(wěn)壓電源板(1)、顯示板(2)、予置開關組件(5)和主機板(3)等部分組成。顯示板在儀表機芯框架(14)的前部，予置開關組件在儀表面板(15)的正下方，電源開關和復位開關在儀表面板的右下方，電源變壓器固定在儀表機芯框架底座的右后部，直流穩(wěn)壓電源板固定在機芯框架底座的左后部，主機板固定在機芯框架的上部。儀表內的各個單元通過插接件相連接，組成一個完整的接收、運算、顯示系統(tǒng)。電源板通過9PIN插接件與電源變壓器相連接，通過7PIN插接件與主機板相連接，通過2PIN插接件與顯示板相連接。主機板通過10PIN插接件與3個外來信號相接，通過20PIN插接件與撥盤開關組件相接，通過6PIN插接件與顯示板相接。
主機板線路由圖2－1、圖2－2、圖2－3和圖2－4組成。主機板將模擬轉換電路和以單片機為核心的數字電路制作在一塊印刷電路板上，其中圖2－1和圖2－2是模擬轉換電路，圖2－3和圖2－4是8098單片機為核心的數字電路。模擬轉換電路通過10PIN插接引入3個測量信號，其中10PIN的第9、10針，將1403芯片的基準電壓源經0P07運放得到的2mA恒流源與鉑電阻信號相接，將電阻信號變換成直流電壓信號，再由10PIN的第1、2針引入此電壓信號，經另一支OP07運放進行放大，放大后的電壓信號進入模擬開關4052芯片的第14腳；另2個信號(差壓電流信號和壓力電流信號)，分別經10PIN的3～5針和6～8針引入模擬電路，由精密電阻變換成直流電壓信號，分別接入模擬開關4052芯片的第12腳和第16腳，單片機定時選通4052芯片，并將選通的信號送至進行A／D轉換的7109芯片，至此將模擬信號轉變成了數字信號。在模擬轉換電路中，還加設了量程調整電路，被測鉑電阻(溫度)信號的起始電位不是零電位，通過基準電壓源1403芯片(U1)和多圈電位器(R20)構成的浮地電壓電路調整信號的起始點。信號的量程調整是通過7109芯片的第39腳、36腳和多圈電位器(R11)、電阻R12及電源Vcc構成的電路實現(xiàn)的。
數字電路的核心是8098單片機，該單片機具有8K的EPROM，由于儀表軟件程序高達10K，需要外加存貯器，該電路選用具有16KEPROM的27256芯片，用來貯存數據和物性參數表。8098單片機數字電路是典型的96系列數字電路，8098芯片通過緩沖器373芯片和244芯片將7109芯片輸出的數字信號存放在27256芯片中，并通過138芯片及20PIN插接件讀取予置開關上的數字設定值，經4508芯片、240芯片后，也存放在27256芯片中，8098芯片根據運算程序從27256芯片取數，進行各個熱工參數的計算，并將計算結果由8098的第6腳和第8腳引出，通過6PIN插接件輸送到顯示板顯示。為了提高儀表的可靠性，在單片機8098芯片外圍加設了以7705芯片為核心的掉電保護電路，該電路與8098芯片的第47腳相接。另外，儀表檢測周期是由4060芯片和32768晶振為核心構成的時鐘電路決定的，時鐘電路引入8098芯片的第4腳。主機板上各芯片的工作電源由8PIN插接件從電源板引入。
顯示板線路由圖3－1和圖3－2組成。顯示板配有26支數碼管，并且每支數碼管都配有1支164趨動芯片。顯示板的控制芯片(244)和趨動芯片(164)的工作電源是通過2PIN插接件由直流穩(wěn)壓電源7805芯片提供的。
顯示板的26支數碼管分成6組，分別用來顯示被測介質的6個熱工參數，其中有2組分別為3支數碼管，2組分別為4支數碼管，2組分別為6支數碼管，各組的數字顯示均通過244芯片控制。主機板中8098單片機的運算結果(即數據信號S)經其P1.1口由4PIN插接件進入顯示板，由4PIN的第3針串行輸入到26支164芯片的1、2腳；同樣，8098芯片的時鐘脈沖(CK)也經4PIN引入顯示板244芯片的2腳，由244芯片按6組與164芯片的第8腳相接，由此可實現(xiàn)顯示板的數顯。
直流穩(wěn)壓電源板將電源變壓器二次繞組的～7.5V，～15V，通過9PIN插接件引入，經4支硅橋(B1～B4)整流、電容濾波、再經2支7805芯片、2支7812芯片穩(wěn)壓，得到＋5V、＋12V的恒定直流穩(wěn)壓電源。在2支7805芯片中，其中1支為小容量的7805芯片，為主機板上的芯片提供＋5V工作電源，另1支為大容量的7805芯片，為顯示板的164趨動芯片和數碼管提供工作電源，電源板通過7PIN和2PIN插接件與主機板和顯示板相接。
本實施例的使用程序1.將鉑電阻溫度計(8)、壓力變送器(7)和差壓變送器(6)的輸出信號線與儀表外殼(11)后部的接線端子(13)相接，將～220V電源線與儀表后部的電源接線端子(13)相接。
2.將節(jié)流裝置(9)選定的被測介質刻度流量值MK(QK)、差壓變送器量程上限值△PK、壓力變送器量程上限值PK、20℃時的管道內徑D20、標準孔板流量系數值αK和20℃時的孔板孔徑d20分別設定在予置開關組件相應標志的撥盤開關(5)上。沒有選用的另一組被測介質刻度流量QK(MK)、差壓變送器量程上限△PK和壓力變送器量程上限Pk，在相應的撥盤開關上均置零。
3.接通儀表電源開關(10)，儀表開始工作，儀表顯示板將同時顯示被測流體的熱工參數。例如被測流體是過熱蒸汽，則6組數碼管上部的6支過熱蒸汽標志燈(16)亮，顯示板同時顯示過熱蒸汽溫度(t)、過熱度(△t)、密度(P′)、壓力(P)、瞬時質量流量(M)、累積質量流量(ML)。又如當被測流體為壓縮空氣時，則6組數碼管上部的6支壓縮空氣標志燈亮，顯示板同時顯示壓縮空氣溫度(t)、壓力(P)、工作狀態(tài)下體積流量(Q)、標準狀態(tài)下體積流量(QN)、工作狀態(tài)下累積體積流量(QL)、標準狀態(tài)下累積體流量(QNL)。
權利要求1.一種氣(汽)體熱工參數儀，是由電源開關(10)、復位開關(4)、電源變壓器(12)、直流穩(wěn)壓電源板(1)和主機板(3)構成，其特征在于它還包括顯示板(2)和予置開關組件(5)；顯示板有6組數碼管顯示被測流體的6個熱工參數，予置開關組件由一組20支8421碼(BCD)撥盤開關、晶體二極管、印刷電路及20PIN插接組成。
2.根據權利要求1所述的氣(汽)體熱工參數儀，其特征在于，在予置開關組件的20支撥盤開關中，有3支設定管道內徑D20、4支設定孔板流量系數aK、5支設定孔板孔徑d20，它還包括2支設定當地大氣壓力Pa、2支設定被測流體刻度流量Mk和Qk、2支設定壓力變送器量程上限Pk、2支設定差壓變送器量程上限△PK。
3.根據權利要求1所述的氣(汽)體熱工參數儀，其特征在于顯示板分別有4支數碼管和6支數碼管顯示標準狀態(tài)下的壓縮空氣體積流量QN和累積體積流量QNL。
專利摘要一種氣(汽)體熱工參數儀，是由儀表外殼(11)、顯示板(2)、預置開關組件(5)、電源開關(10)、電源變壓器(12)、直流穩(wěn)壓電源板(1)、復位開關(4)、和以單片機為核心的主機板(3)構成。顯示板有6組數碼管顯示被測流體的6個熱2參數，預置開關組件由一組20支撥盤開關、晶體二極管、印刷電路等組成。這種氣(汽)體熱工參數儀，解決了現(xiàn)有模擬型儀表測量誤差大的問題。本實用新型主要用于監(jiān)測計量熱網管道中的過熱蒸汽溫度、壓力、過熱度、密度、瞬時質量流量、累積質量流量，或監(jiān)測計量空壓管道中的壓縮空氣溫度、壓力、工作狀態(tài)下體積流量和工作狀態(tài)下累積體積流量、標準狀態(tài)下體積流量和標準狀態(tài)下累積體積流量。
文檔編號G01F1/76GK2147518SQ93203290
公開日1993年11月24日 申請日期1993年2月19日 優(yōu)先權日1993年2月19日
發(fā)明者楊彤彬 申請人:楊彤彬