智能微機型熱值測量計系統設計

1 引言
　　煤作為動力燃料,主要指標之一是煤的發熱量。發熱量是計算熱平衡、熱效率和煤耗的依據,以及鍋爐設計的參數。對熱值的精確測量關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,達到節約能源、降低生產成本的目的。隨著人們對能源計量意識的提高,熱量計的使用越來越被重視。應用發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、農牧、醫藥科研、教學等行業和部門測定測量煤、石油等可燃物的熱值,系統應能靈活設置以適應不同需要。

2 系統功能 　　
根據實際使用的需要,系統應達到下列各項技術指標:
　　1. 由微機實現測量過程的自動控制,系統具有良好的可擴展性;
　　2. 能對儀器的各個部件進行自動測試,自動識別氧彈、自動選擇熱容量;
　　3. 實驗過程中溫度測量、點火、攪拌、數據處理、過程判斷、結果打印、數據貯存、頂蓋升降全過程自動化,并提供自診斷系統,確保儀器運行正常;
　　4. 系統連入帶標準通信口的電子天平后無需人工稱重,能自動輸入試樣質量;
　　5. 系統熱容量的標定、彈筒發熱量的計算及對于煤的不同基發熱量的換算亦由計算機根據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完成;
　　6. 系統能用于煤和油的熱值測量,并設有兩種測量公式:瑞方公式和奔特公式可選擇。

3 熱值測量系統硬件電路設計 　　
3.1 熱值測量系統原理框圖
　　為適應系統自動測試的要求,機械系統需進行改造,新的機械系統設計示意圖如圖1。由2, 3, 4. 9構成水循環系統,其中泵、上下閥由電子電路控制完成進水、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筒的充水過程,實測表明此法充水誤差小于1g,完全滿足國標要求,因而使自動充水成為可能。

圖1 熱值測量系統原理框圖

1.外筒 2.泵 3.上閥 4.量杯 5.溫度傳感器 6.攪拌器 7.內筒 8.氧彈 9.下閥
3.2 熱值測量系統硬件原理框圖
　　為實現上面所述的各項功能,自動熱量系統采用PC、主單片機89052和從CPU 8902051協同工作的方式,各項功能劃分如圖2所示。溫度測量、點火絲檢測與控制、風扇攪拌以及網絡接口由89052實現,閥門、內筒控制和氧彈識別等由8902051完成,PC機則完成樣重采樣和各89052數據收集、數據處理、數據運算、存儲、報表生成和硬拷貝輸出。PC和兩單片機之間通過CAN網絡依據命令交互協調工作進程。

圖2 熱值測量系統硬件原理框圖

3.3 溫度參數的測量
　　為實現溫度測量的免調整,鉑電阻測溫電路采用基于基準電阻的動態校準算法,使得測量的精度僅與組成電橋的幾個電阻有關。
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構成校準支路,R3和R4構成參考支路。Rt為鉑電阻傳感器,RL為量程低端校準電阻,RK為量程高端校準電阻,R0、R1、RK、RL采用精密線繞電阻。鉑電阻傳感器采用4線接法,以降低環境溫度發生變化時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為模數轉換器。

圖3 鉑電阻測溫電路

3.3.2 測量支路