智能微機(jī)型熱值測量計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言
　　煤作為動(dòng)力燃料,主要指標(biāo)之一是煤的發(fā)熱量。發(fā)熱量是計(jì)算熱平衡、熱效率和煤耗的依據(jù),以及鍋爐設(shè)計(jì)的參數(shù)。對熱值的精確測量關(guān)系到能源的開采和有效利用。依照熱值能確定使用燃料的多少,達(dá)到節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本的目的。隨著人們對能源計(jì)量意識(shí)的提高,熱量計(jì)的使用越來越被重視。應(yīng)用發(fā)熱量測定儀己成為普遍。為了適用于電力、煤炭、造紙、石化、水泥、農(nóng)牧、醫(yī)藥科研、教學(xué)等行業(yè)和部門測定測量煤、石油等可燃物的熱值,系統(tǒng)應(yīng)能靈活設(shè)置以適應(yīng)不同需要。

2 系統(tǒng)功能 　　
根據(jù)實(shí)際使用的需要,系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到下列各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo):
　　1. 由微機(jī)實(shí)現(xiàn)測量過程的自動(dòng)控制,系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性;
　　2. 能對儀器的各個(gè)部件進(jìn)行自動(dòng)測試,自動(dòng)識(shí)別氧彈、自動(dòng)選擇熱容量;
　　3. 實(shí)驗(yàn)過程中溫度測量、點(diǎn)火、攪拌、數(shù)據(jù)處理、過程判斷、結(jié)果打印、數(shù)據(jù)貯存、頂蓋升降全過程自動(dòng)化,并提供自診斷系統(tǒng),確保儀器運(yùn)行正常;
　　4. 系統(tǒng)連入帶標(biāo)準(zhǔn)通信口的電子天平后無需人工稱重,能自動(dòng)輸入試樣質(zhì)量;
　　5. 系統(tǒng)熱容量的標(biāo)定、彈筒發(fā)熱量的計(jì)算及對于煤的不同基發(fā)熱量的換算亦由計(jì)算機(jī)根據(jù)操作人員輸入的各種已知含硫量或含氫量以及水分含量自動(dòng)完成;
　　6. 系統(tǒng)能用于煤和油的熱值測量,并設(shè)有兩種測量公式:瑞方公式和奔特公式可選擇。

3 熱值測量系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 　　
3.1 熱值測量系統(tǒng)原理框圖
　　為適應(yīng)系統(tǒng)自動(dòng)測試的要求,機(jī)械系統(tǒng)需進(jìn)行改造,新的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖如圖1。由2, 3, 4. 9構(gòu)成水循環(huán)系統(tǒng),其中泵、上下閥由電子電路控制完成進(jìn)水、灌水和放水,而量杯4制作成特殊形狀,以容積法替代稱重法完成對內(nèi)筒的充水過程,實(shí)測表明此法充水誤差小于1g,完全滿足國標(biāo)要求,因而使自動(dòng)充水成為可能。

圖1 熱值測量系統(tǒng)原理框圖

1.外筒 2.泵 3.上閥 4.量杯 5.溫度傳感器 6.攪拌器 7.內(nèi)筒 8.氧彈 9.下閥
3.2 熱值測量系統(tǒng)硬件原理框圖
　　為實(shí)現(xiàn)上面所述的各項(xiàng)功能,自動(dòng)熱量系統(tǒng)采用PC、主單片機(jī)89052和從CPU 8902051協(xié)同工作的方式,各項(xiàng)功能劃分如圖2所示。溫度測量、點(diǎn)火絲檢測與控制、風(fēng)扇攪拌以及網(wǎng)絡(luò)接口由89052實(shí)現(xiàn),閥門、內(nèi)筒控制和氧彈識(shí)別等由8902051完成,PC機(jī)則完成樣重采樣和各89052數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)運(yùn)算、存儲(chǔ)、報(bào)表生成和硬拷貝輸出。PC和兩單片機(jī)之間通過CAN網(wǎng)絡(luò)依據(jù)命令交互協(xié)調(diào)工作進(jìn)程。

圖2 熱值測量系統(tǒng)硬件原理框圖

3.3 溫度參數(shù)的測量
　　為實(shí)現(xiàn)溫度測量的免調(diào)整,鉑電阻測溫電路采用基于基準(zhǔn)電阻的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)算法,使得測量的精度僅與組成電橋的幾個(gè)電阻有關(guān)。
3.3.1 溫度測量電路的原理
　　鉑電阻測溫電路如圖3所示,橋路從左至右依次為測量支路、校準(zhǔn)支路和電平偏移支路（參考支路）.其中R1和Rt組成測量支路,R0, RK、RL構(gòu)成校準(zhǔn)支路,R3和R4構(gòu)成參考支路。Rt為鉑電阻傳感器,RL為量程低端校準(zhǔn)電阻,RK為量程高端校準(zhǔn)電阻,R0、R1、RK、RL采用精密線繞電阻。鉑電阻傳感器采用4線接法,以降低環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)連接線引起的測量誤差,r0、r1、r2、r3為傳感器的輸入連接線電阻。A為放大器,ADC為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

圖3 鉑電阻測溫電路

3.3.2 測量支路