氯气浓度在线监测装置
技术领域
本发明属于自动化监测技术领域,涉及一种气体浓度在线监测装置,特别涉及了一种氯气浓度在线监测装置。
背景技术
化工生产中,氯气的用途十分广泛。氯气是一种具有极强的化学亲和力的气体,氯气能助燃,当氯气与许多物质混合后,会腐蚀容器,甚至引起爆炸。同时,常态下的氯气是一种剧毒气体,能强烈刺激人的呼吸道和眼鼻粘膜,甚至危及生命。在生产中为了预防事故的发生和确保操作人员的人身安全,需要对环境中的氯气浓度进行在线监测。传统的监测方法是甲基醇比色法,该方法需人工采样后在实验室内测量,灵敏度低、操作复杂、耗时长,不适合实时在线测量。早期的氯气浓度在线监测装置采用模拟电路,精度低、可靠性差、响应时间长、系统复杂、功能单一,已不能满足实际需要。
发明内容
本发明的目的是克服现有的氯气浓度在线监测装置的精度低、可靠性差、响应时间长、功能单一的缺点,提供了一种基于嵌入式系统的氯气浓度在线监测装置。该装置能实时监测氯气的浓度,并对测量值进行温度补偿,实现氯气浓度的实时显示、超限报警、数据处理和存储功能。在计算机的管理软件配合下,还能实现对该装置的远程管理操作。
本发明解决其技术问题所采用的方案是:包括一台主控仪,多台氯气变送器和一台温度变送器。各氯气变送器和温度变送器与主控仪通过双绞线连接。
主控仪包括处理器模块和分别与处理器模块连接的数据存储模块、液晶显示模块、按键模块、时钟模块、报警电路模块、通信模块、4~20mA信号输入模块。主控仪电源模块分别与其他模块连接,为其供电。主控仪电源模块的输入电压为DC 24V或AC 220V,内部采用LM1117-3.3和LM1117-5芯片进行稳压。处理器模块采用MSP430F149型16位单片机;数据存储模块采用SD卡,其接口电路与处理器模块的P3.0、P3.1、P3.2和P3.3脚连接。液晶显示模块采用CM19264型192×64单色点阵式液晶显示屏,其数据线与处理器模块的P2口连接、指令线与处理器模块的P1口连接。按键模块包括6个按键,6个按键分别与处理器模块的P6口连接。时钟模块采用DS1302实时时钟芯片,其SCLK、IO、nRESET分别与处理器模块的P5.5、P5.4、P5.6脚连接。报警电路模块的接口电路与处理器模块的P4.1、P4.2脚连接。通信模块采用MAX3232芯片,与处理器模块的UART接口连接。4~20mA信号输入模块采用MCP3208型8路模拟/数字转换芯片,与处理器模块之间使用光耦隔离,其接口电路与处理器模块的P5.0、P5.1、P5.2、P5.3脚连接。
氯气变送器包括顺序连接的氯气传感器、氯气变送器放大模块和氯气变送器4~20mA信号输出模块,氯气变送器电源模块与分别与氯气传感器、氯气变送器放大模块和氯气变送器4~20mA信号输出模块连接,为其供电。氯气传感器采用恒定电位氯气传感器;氯气变送器放大模块采用TLC2252高输入阻抗、高增益放大器;氯气变送器4~20mA信号输出模块采用LM358通用放大器;氯气变送器电源模块的输入电压为DC 24V或AC 220V,内部采用LM1117-5芯片进行稳压的稳压电路。氯气传感器检测到氯气并产生微弱电流信号,信号经氯气变送器放大模块放大后,送入氯气变送器4~20mA信号输出模块,并将信号转换为4~20mA信号并输出,通过双绞线送至主控仪的4~20mA信号输入模块。
温度变送器包括顺序连接的温度传感器、温度变送器放大模块和温度变送器4~20mA信号输出模块,温度变送器电源模块分别与温度传感器、温度变送器放大模块和温度变送器4~20mA信号输出模块连接,为其供电。所述的温度传感器为热电阻,温度的测量方式采用传统的热电阻测量方式;温度变送器放大模块采用TLC2252高输入阻抗、高增益放大器;温度变送器4~20mA信号输出模块采用LM358通用放大器;温度变送器电源模块的输入电压为DC 24V或AC 220V,内部采用LM1117-5芯片进行稳压的稳压电路。温度传感器的热电阻在环境温度下产生微弱电流信号,信号经温度变送器放大模块放大后,送入温度变送器4~20mA信号输出模块,并将信号转换为4~20mA信号并输出通过双绞线送至主控仪的4~20mA信号输入模块。
本发明中的各个模块均采用成熟的现有技术,可以通过购买等方式取得。本发明的发明点在于提供一个包括上述各模块组合的装置,可以实现实时监测氯气的浓度。
采用上述技术方案后,氯气变送器和温度变送器布置于监测区域中,通过屏蔽双绞线与主控仪连接,主控仪与装有数据库管理软件的远程计算机连接。氯气变送器和温度变送器分别采集氯气浓度和温度信息,并将其转换为4~20mA信号,传输至主控仪。主控仪对采集的氯气浓度信息进行温度补偿后,在液晶屏上实时显示氯气浓度值,将氯气浓度信息存储在主控仪并发送给远程管理计算机。远程计算机将氯气浓度信息存储入数据库,对数据库进行管理,方便查询记录。当氯气浓度超过设定值时,主控仪发出声光报警以提醒现场工作人员注意安全、撤离现场,并将报警记录存储在主控仪和数据库中,以便工作人员调阅。
本发明装置能实时监测氯气的浓度,并对测量值进行温度补偿,实现氯气浓度的实时显示、超限报警、数据处理和存储功能。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图;
图2是本发明中主控仪结构示意图;
图3是本发明中氯气变送器结构示意图;
图4是本发明中温度变送器结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
氯气浓度在线监测装置的系统结构如图1所示,包括主控仪1、多台氯气变送器2和温度变送器3。氯气变送器2和温度变送器3布置于监测区域中,通过屏蔽双绞线与主控仪1连接,主控仪1与中央监控系统4信号连接。氯气变送器2和温度变送器3分别采集环境中的氯气浓度和温度信息,并将信息转换为4~20mA信号,通过双绞线传输至主控仪1;主控仪1对采集的氯气浓度信息进行温度补偿后,将氯气浓度值显示在其液晶屏上,将氯气浓度信息存储在主控仪1内并发送给中央监控系统4。当氯气浓度超过设定值时,主控仪1发出声光报警,并将报警记录存储在主控仪1和中央监控系统4中,以便调阅。
图2是氯气浓度在线监测装置的主控仪1结构示意图,主控仪1包括处理器模块1-1和分别与处理器模块1-1连接的数据存储模块1-2、液晶显示模块1-3、按键模块1-4、时钟模块1-5、报警电路模块1-6、通信模块1-7、4~20mA信号输入模块1-8。主控仪电源模块1-9分别与其他模块连接,为其供电。主控仪电源模块1-9的输入电压为DC 24V或AC 220V,内部采用LM1117-3.3和LM1117-5芯片进行稳压,得到3.3V和5V的VCC;主控仪电源模块与单片机的电源输入端连接。处理器模块1-1采用MSP430F149型16位单片机;数据存储模块1-2采用SD卡,用于存储氯气浓度历史数据,SD卡的接口电路与处理器模块1-1的P3.0、P3.1、P3.2和P3.3脚连接,处理器模块1-1通过SPI总线方式访问SD卡,支持FAT32文件系统。液晶显示模块1-3采用CM19264型192×64单色点阵式液晶显示屏,3.3V或者5V供电,液晶显示模块1-3的数据线与处理器模块1-1的P2口连接、指令线与处理器模块1-1的P1口连接。按键模块1-4包括6个按键,6个按键分别与处理器模块1-1的P6口连接,并定义为“上”、“下”、“左”、“右”、“取消”、“确定”。时钟模块1-5采用DS1302实时时钟芯片,其SCLK、IO、nRESET分别与处理器模块1-1的P5.5、P5.4、P5.6脚连接。报警电路模块1-6提供了2路报警,由处理器模块1-1驱动继电器实现,其接口电路与处理器模块1-1的P4.1、P4.2脚连接。通信模块1-7采用MAX3232芯片,波特率为11.52ksps,与处理器模块1-1的UART接口连接。4~20mA信号输入模块1-8的接口电路与处理器模块1-1的P5.0、P5.1、P5.2、P5.3脚连接。4~20mA信号输入模块1-8包括模拟/数字转换芯片,模拟/数字转换芯片采用MCP3208型8路模拟/数字转换芯片,MCP3208芯片与MSP430F149单片机之间使用光耦隔离。
图3是氯气变送器2的结构示意图,包括顺序连接的氯气传感器2-1、氯气变送器放大模块2-2和氯气变送器4~20mA信号输出模块2-3,氯气变送器电源模块2-4与分别与氯气传感器2-1、氯气变送器放大模块2-2和氯气变送器4~20mA信号输出模块2-3连接,为其供电。氯气传感器2-1采用瑞士Membrapor公司的C12-C-20恒定电位氯气传感器,测量范围0~20ppm,精度2%,寿命2年;氯气变送器放大模块2-2采用TLC2252高输入阻抗、高增益放大器,将氯气传感器感应的uA级的电流信号放大为2V左右的电压信号;氯气变送器4~20mA信号输出模块2-3采用LM358通用放大器;氯气变送器电源模块2-4的输入电压为DC 24V或AC220V,内部采用LM1117-5芯片进行稳压的稳压电路。氯气传感器2-1检测到氯气并产生微弱电流信号,信号经氯气变送器放大模块2-2放大后,送入氯气变送器4~20mA信号输出模块2-3,并将信号转换为4~20mA信号并输出,通过双绞线送至主控仪1的4~20mA信号输入模块1-8。
图4是温度变送器3的结构示意图,包括顺序连接的温度传感器3-1、温度变送器放大模块3-2和温度变送器4~20mA信号输出模块3-3,温度变送器电源模块3-4分别与温度传感器3-1、温度变送器放大模块3-2和温度变送器4~20mA信号输出模块3-3连接,为其供电。温度传感器3-1为热电阻,温度的测量方式采用传统的热电阻测量方式,测量温度范围-40~85℃;温度变送器放大模块3-2使用了TLC2252高输入阻抗、高增益放大器;温度变送器4~20mA信号输出模块3-3使用了LM358通用放大器;温度变送器电源模块3-4的输入电压为DC 24V或AC 220V,内部采用LM1117-5芯片进行稳压的稳压电路;温度传感器3-1的热电阻在环境温度下产生微弱电流信号,信号经温度变送器放大模块3-2放大后,送入温度变送器4~20mA信号输出模块3-3,并将信号转换为4~20mA信号并输出通过双绞线送至主控仪1的4~20mA信号输入模块1-8。