專利名稱：碳五燃?xì)夂繙y量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用物理方法來測量碳五燃?xì)庵醒鹾?，從而確定碳五含量及碳五與空氣比值，屬測試儀表類。
碳五液化石油氣是石油化工廠生產(chǎn)過程產(chǎn)生碳五的副產(chǎn)品經(jīng)分餾所得的裂解輕烴燃料，它經(jīng)氣化與空氣以一定的比例混合后，以氣態(tài)形式進(jìn)行管道輸送，用于市政民用工業(yè)管道燃?xì)夤こ?，由于它來源廣、熱值高，很有發(fā)展前途，該燃?xì)獗仨氁幸欢ǖ奶嘉迮c空氣混合比例，所以需要經(jīng)常測定它們的百分比含量，由于空氣中含氧量是固定的，因此，測定含氧量，就可確定碳五燃?xì)庵锌諝夂吞嘉搴?，通常燃?xì)鉁y量儀對于碳五燃?xì)饩贿m用，由于碳五燃?xì)庵泻卸喾N的飽和烴或不飽和烴，對通常燃?xì)夂繙y量儀均起干擾、導(dǎo)致測定含量不正確。
本發(fā)明的目的是采用一種物理學(xué)方法，來測定碳五燃?xì)庵械暮垦?，從而確定碳五的含量，碳五與空氣比值，使碳五燃?xì)膺_(dá)到最佳碳五空氣混合比，由此方法設(shè)計的測量儀，具有快速、準(zhǔn)確等特點(diǎn)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是這樣來考慮的被測氣體(碳五與空氣的混合氣體)由采樣泵將其吸入聲振蕩式分子量傳感器，被測氣體在傳感器中以聲速傳播速度進(jìn)行振蕩，其振蕩頻率與聲速成正比即f＝Ka (1)式中f為振蕩頻率K為常數(shù)a為聲速由于聲速是與被測氣體的分子量和溫度相關(guān)，所以振蕩頻率與被測氣體的分子量和溫度有關(guān)
f＝F(M，T) (2)式中M為被測氣體分子量T為被測氣體溫度由于被測氣體是由碳五和空氣組成的，根據(jù)道爾頓(Dalton)定律，被測氣體的分子量是與混合氣體的空氣濃度(或碳五濃度)有關(guān)，即M＝F(g) (3)式中g(shù)為混合氣體中空氣的百分濃度又因?yàn)榭諝庵醒醯臐舛仁呛愣ǖ?，這樣就可得出被測氣體的分子量與氧百分濃度的關(guān)系式，M＝F(g氧)(4)式中g(shù)氧為混合氣體中氧百分濃度，將(4)式代入(2)式，便可得到f＝F(g氧、T) (5)由(5)式可知被測氯體的振蕩頻率是與被測氣體的溫度和其中的氧濃度有關(guān)，若用自然空氣作為參考，與被測氣體進(jìn)行比較，參照公式(2)，自然空氣在傳感器中的振蕩頻率為f空＝F(M空T空)(6)式中f空為自然空氣振蕩頻率M空為自然空氣分子量，M＝29為恒量T空為自然空氣的溫度由(5)式和(6)式便可得出
若自然空氣的溫度與被測氣體溫度相同，則(7)式成為g氧＝F(f空/f)(8)所以，只要測量出自然空氣和被測氣體的振蕩頻率，就可算出被測氣體中氧百分濃度的數(shù)值，根據(jù)上述理論，本發(fā)明由采樣系統(tǒng)，聲振蕩式分子量傳感器，氣/電轉(zhuǎn)換裝置和電路系統(tǒng)四大部分組成，被測氣體由采樣系統(tǒng)將其吸入聲振蕩式分子量傳感器(以下簡稱聲振蕩器)中，產(chǎn)生一振蕩頻率信號(氣壓方波)，若使空氣和燃?xì)饨惶娴剡M(jìn)入聲振蕩器，則不同密度的氣體在聲振蕩器內(nèi)就會產(chǎn)生不同的氣振蕩頻率f空和f燃，然后經(jīng)過氣電轉(zhuǎn)換裝置將氣振頻率轉(zhuǎn)變成電振頻率，然后輸入到微機(jī)主控電路來測量顯示燃?xì)庵泻趿俊?br> 下面結(jié)合實(shí)施例附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明附

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)方框圖；附圖2為本發(fā)明實(shí)施例工作原理方框圖；附圖3為本發(fā)明實(shí)施例前置放大整形電原理圖；附圖4為本發(fā)明實(shí)施例驅(qū)動電路電原理圖。
參考附圖1、2，本發(fā)明由氣體采樣系統(tǒng)、聲振蕩式分子量傳感器，氣/電轉(zhuǎn)換裝置和電路系統(tǒng)四大部分組成，在本實(shí)施例中，氣體采樣系統(tǒng)由氣源氣體定值器(1)，噴射泵(2)，氣控二位四通閥(3)、空氣氣控二通截止閥(4)，燃?xì)夥€(wěn)壓器(5)和燃?xì)鈿饪囟ń刂归y(6)等組成，由200～300Kpa壓力的氣源Ps經(jīng)氣源氣體定值器(1)(可調(diào))送至噴射泵(2)的氣壓穩(wěn)定，從而保證噴射泵(2)與聲振蕩器(7)的聯(lián)接口處產(chǎn)生一個穩(wěn)定的負(fù)壓，此負(fù)壓的作用使聲振蕩器(7)吸入空氣或燃?xì)獠⒁饸庹袷?，聲振蕩?7)是交替地吸入空氣和燃?xì)獾模螘r吸入何種氣體受微機(jī)主控電路控制，并由電磁閥和一些氣動元件執(zhí)行，電磁閥(8)在微機(jī)的作用下，輸出一個氣動控制信號，此信號去控制氣控二位四通閥(3)，使其輸出一個定時交替的氣壓信號去開關(guān)空氣氣控二通截止閥(4)和燃?xì)鈿饪囟ń刂归y(6)，空氣氣控截止閥(4)和燃?xì)鈿饪囟ń刂归y(6)的輸出經(jīng)一個三通接頭用氣管與聲振蕩(7)的輸入端相接，從而使空氣和燃?xì)舛〞r交替地進(jìn)入聲振蕩器(7)，燃?xì)夥€(wěn)壓器(5)是為確保進(jìn)入聲振蕩器(7)的將(8～16)Kpa波動的燃?xì)夥€(wěn)定在(1～2)Kpa，不同密度的氣體在聲振蕩器內(nèi)會產(chǎn)生不同的氣振頻率即f空f燃、氣振蕩信號經(jīng)壓電陶瓷氣/電轉(zhuǎn)換器(9)，將氣振頻率轉(zhuǎn)換成電振蕩頻率信號，所述的聲振蕩器(7)已入選“中國八五科技成果選”，作為公知技術(shù)，這里不作贅述，所述的氣/電轉(zhuǎn)換裝置(9)是將氣振頻率信號轉(zhuǎn)換成電振頻率信號，采用市售產(chǎn)品壓電陶瓷片。參照附圖3，電路系統(tǒng)由前置放大整形電路(10)，光電耦合電路(11)，驅(qū)動電路(12)和微機(jī)主控電路(13)組成，由晶體氣/電轉(zhuǎn)換器(9)輸出的電振蕩頻率信號輸入到前置放大整形電路(10)，經(jīng)放大整形后輸出一個方波頻率信號，通過光電耦臺電路送至微機(jī)主控電路(13)，微機(jī)主控電路主要由MCS51單片機(jī)系統(tǒng)和一些門電路組成，屬常規(guī)技術(shù)，線路圖省略，其作用是根據(jù)測試頻率信號計算和顯示燃?xì)夂?，通過面板撥盤和按鈕設(shè)置報警點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)定時輸出，交替控制信號經(jīng)驅(qū)動電路(12)去控制電磁閥(8)，所述的前置放大整形電路(10)(見附圖3)，放大整形電路的工作電壓為DC24V，工作電流為11～14mA，實(shí)際工作頻率范圍2～4KHZ，電路J1接口接氣/電轉(zhuǎn)換裝置的輸出，無極性要求，J2接口中的上端(+)為DC24V供電正極，下端(F-)為供電負(fù)極，中間(F+)為輸出頻率信號正極，頻率信號負(fù)極與供電負(fù)極(F-)同極，通過J2接口將頻率信號送至測試儀部分，電路中為了減小干擾，采用了由LM339組成的二級電壓比較電路，電路中的電位器VR可根據(jù)氣/電轉(zhuǎn)換裝置輸出電平高低改變比較臂值，以求得最佳的輸出波形，D1為工作指示燈，工作時發(fā)亮，LM339是低功耗、低失調(diào)的四電壓比較器，實(shí)際只用了其中二只，另二只空置。所述的驅(qū)動電路(12)(見附圖4)，共有四個通道，它是一組光電耦合直流放大電路，最后由繼電器輸出，去控制電磁閥(8)，四只光電耦合管采用GD-2S，八只放大管采用9013，三只驅(qū)動微型繼電器型號為JRC-19F，工作電壓是DC24V，繼電器的輸出觸點(diǎn)容量為0.5A120VAC或1ADC，電路中第一組直流放大器用于驅(qū)動電磁閥(8)，供切換采樣氣體，下面二組為上、下限報警，供外接報警器，第二組是用于自動指示驅(qū)動，由于功耗小，不需用繼電器，電阻R1、R2用于匹配放大器工作電流，二極管D(1N4001)是反峰保護(hù)二極管。氣源氣體定值器(1)、噴射泵(2)、氣控二位四通閥(3)、氣控二通截止閥(4)(6)、燃?xì)夥€(wěn)壓器(5)、聲振蕩器(7)和電磁閥(8)等輸出信號都為氣信號，它們之間連接都用管道連接，電路系統(tǒng)之間用帶螺紋鎖緊的五芯插件連接。
利用上述物理方法和工作原理框圖構(gòu)成測試儀，同樣可以用來測定液化石油氣燃?xì)獾暮俊?br> 本發(fā)明由于采用物理方法測定燃?xì)庵械难趿?，因此具有量程寬、穩(wěn)定性好、精度高、響應(yīng)時間小等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種用物理方法來測量碳五(液化石油氣)燃?xì)庵醒鹾?，其特征在于由采樣泵將被測氣體吸入聲振蕩式分子量傳感器，產(chǎn)生氣振蕩，通過氣/電轉(zhuǎn)換裝置將氣振蕩頻率轉(zhuǎn)換成電振蕩頻率，然后輸入到微機(jī)主控電路來運(yùn)算、顯示燃?xì)庵泻趿?，確定碳五(液化石油氣)與空氣比值，用于碳五(液化石油氣)管道燃?xì)夤こ獭?br> 2.一種用物理方法設(shè)計的碳五燃?xì)夂繙y量儀，其特征在于1)采樣系統(tǒng)由氣源氣體定值器(1)、噴射泵(2)、氣控二位四通閥(3)、空氣氣控二通截止閥(4)、燃?xì)夥€(wěn)壓器(5)和燃?xì)鈿饪囟ń刂归y(6)組成，由200～300Kpa壓力的氣源Ps經(jīng)過氣源氣體定值器(1)送至噴射泵(2)的氣壓穩(wěn)定，從而保證噴射泵(2)與聲振蕩器(7)的聯(lián)接口處產(chǎn)生一個穩(wěn)定的負(fù)壓，電磁閥(8)在微機(jī)作用下，輸出一個氣動控制信號，去控制氣控二位器通閥(3)，使其輸出一個交替的氣壓信號去開關(guān)空氣氣控二通截止閥(4)和燃?xì)鈿饪囟ń刂归y(6)，二個截止閥(4)、(6)的輸出經(jīng)過一個三通接頭用氣管與聲振蕩(7)輸入端相接，聲振蕩器(7)獲得不同時刻的空氣和燃?xì)獾臍忸l信號經(jīng)過氣/電轉(zhuǎn)換裝置(9)轉(zhuǎn)換成電頻信號輸出，2)電路系統(tǒng)由前置放大整形電路(10)，光電耦合電路(11)，驅(qū)動電路(12)和微機(jī)主控電路(13)組成，微機(jī)主控電路主要由Mcs51單片機(jī)系統(tǒng)和一些門電路構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳五燃?xì)夂繙y量儀，其特征在于氣源氣體定值器(1)、噴射泵(2)、氣控二位四通閥(3)、氣控二通截止閥(4)、(6)、燃?xì)夥€(wěn)壓器(5)、聲振蕩器(7)和電磁閥(8)工作信號都為氣信號，它們之間連接都用管道聯(lián)接，
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳五燃?xì)夂繙y量儀，其特征在于電路系統(tǒng)之間用帶螺紋鎖緊的五芯插體連接，
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳五燃?xì)夂繙y量儀，其特征在于所述的前置放大整形電路采用了由LM339組成的二級電壓比較電路，
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳五燃?xì)夂繙y量儀，其特征在于所述的驅(qū)動電路輸出采用繼電器的光電耦合直流放大電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用物理方法來測量碳五燃?xì)庵醒鹾?從而確定碳五燃?xì)庵锌諝馀c碳五混合比。并應(yīng)用此方法設(shè)計的碳五燃?xì)夂繙y量儀,它是由采樣泵將被測氣體吸入聲振蕩分子量傳感器,產(chǎn)生氣振蕩,通過氣/電轉(zhuǎn)換成電振蕩頻率,輸入到微機(jī)主控電路,運(yùn)算、顯示出燃?xì)庵械暮趿?從而可確定碳五與空氣比值,具有量程寬、穩(wěn)定性好、精度高、響應(yīng)時間小等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01N33/00GK1191974SQ9811061
公開日1998年9月2日 申請日期1998年1月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月19日
發(fā)明者周瑞章, 沈凱民, 王國雄, 陳富祥, 劉炳康 申請人:上海浦東新區(qū)?？?集團(tuán))公司