CN102621032A - 煤制气含气量自动测试仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种煤制气含气量自动测试仪，适用于非常规天燃气如煤制气、页岩气等含气量测量，属于测量仪器技术领域，主要特点是设置微型气体流量计采集解吸气流量，以单片机为核心的转换、计算和处理分析电路，通过压力传感器实现形成憋气间隔，实现解吸气含气量的自动化高精度测量，结构简单，操作方便，可以满足自动化、高精度测量的要求。本发明有灵活的数据存储功能，整个试验过程中所有数据保存在EEPROM中，试验结束后连接PC机再把处理后的实验数据传入PC机中，也可在试验过程中始终连接PC机实时传输记录曲线。本发明避免了目前常用的排水集气法存在的收集到的气体过于潮湿或者部分气体溶于水中带来的误差，实现高精度测量，大大减轻劳动强度。

Description

煤制气含气量自动测试仪
技术领域
本发明涉及一种煤制气含气量自动测试仪，适用于非常规天燃气如煤制气、页岩气等含气量测量，属于测量仪器技术领域。 
背景技术
当今能源问题关系到经济的发展和社会的稳定，不断增长的世界能源需求和现有资源的消减引起的供求差距越来越大，传统能源对环境的破坏比较严重，新型替代能源的选择是越来越重要，非常规天燃气属于新一代的“清洁能源”，而且它的储量巨大，是常规天然气的2.2倍，这就使非常规天然气成为新一代环保、高效的优质替代能源。虽然非常规天燃气有着诸多的优点，但是其开采难度大，开采的投入产出比难以估算，因此对非常规天然气的开采价值的研究尤为重要。经检索，目前煤制气的计量方法为手工排水集气法。劳动强度大，人为误差大。几家研究单位正在研发的煤制气测量仪也远未成熟。 
发明内容
本发明的目的是提供一种煤制气含气量自动测试仪，克服目前常用的排水集气法对采集到的气体流量的干扰，实现高精度测量，大大减轻劳动强度。 
本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种煤制气含气量自动测试仪，包括壳体，其特征是，在壳体内设置流量计、高速串行A/D转换芯片、包括电源和外围电路的单片机，压力传感器和电磁阀；压力传感器和电磁阀设置在流量计外接解析罐出气口的管路中，压力传感器的模拟信号送入高速串行A/D转换芯片，转变成数字信号后单片机读取转换结果并存储，预置解吸气压力流量形成憋气间隔，达到解吸气压力流量后，电磁阀打开，解吸气压力流量的模拟信号送入高速串行A/D转换芯片，转换的数字信号送单片机，采集数据经单片机送入EEPROM存储器，单片机同时还对这些数字信号进行计算和处理，将每次开阀放气期间积分计算的流量数据转换成质量流量数据，再将质量流量数据经TTL-RS232外送PC机中，单片机P1口连接MOS管栅极驱动电磁阀。 
单片机采用STC12C5410AD，单片机的串行口送出的TTL电平信号经过TTL-232转换器变成RS232直接与外设的PC机相连。 
A/D转换芯片采用MCP3202。 
流量计采用微型气体流量计或高精度质量流量计。 
预置解吸气压力范围为0.001-0.01MPa。 
本发明设置微型气体流量计采集解吸气流量，以单片机为核心的转换、计算和处理分析电路，通过压力传感器实现形成憋气间隔，本发明解吸气含气量的自动化高精度测量，结构简单，操作方便，可以满足自动化、高精度测量的要求。而且通用性比较强，将采用的热式流量计修改后可以实现对其他流体的数据采集。本发明有灵活的数据存储功能，整个试验过程中所有数据保存在EEPROM中，试验结束后连接PC机再把处理后的实验数据传入PC机中，也可在试验过程中始终连接PC机实时传输记录曲线。本发明避免了目前常用的排水集气法存在的收集到的气体过于潮湿或者部分气体溶于水中带来的误差，实现高精度测量，大大减轻劳动强度。 
附图说明
图1为本发明结构框图； 
图2为本发明中A/D转换芯片的引脚连线示意图；
图3为本发明中单片机的控制电路图；
图中，1解析罐，2压力传感器，3电磁阀，4流量计，5电路板。
具体实施方式
结合附图和实施例进一步说明本发明，如图1所示，本发明由壳体，壳体内的流量计4、A/D转换芯片、单片机、压力传感器2和电磁阀3构成。电路板5中包括A/D转换芯片、单片机、单片机的外围电路和电源。流量计4经管路采集解析罐1出气口的解吸气流量，流量计4出气口直接排放或连接到排水集气装置进气口作为校核对比用，压力传感器2的模拟信号送入高速串行A/D转换芯片，转变成数字信号后单片机读取转换结果并存储，流量计4采集到预置解吸气压力流量后，电磁阀3打开，将解吸气流量的模拟信号送入高速串行A/D转换芯片，转换的数字信号送包括电源和外围电路的单片机，并将采集数据经单片机送入EEPROM存储器，单片机同时还对这些数字信号进行计算和处理，将每次开阀放气期间积分计算的流量数据转换成质量流量数据， 再将质量流量数据经TTL-RS232送入PC机中。PC机进行数据处理、存储并显示流量曲线。单片机P1口连接MOS管栅极驱动电磁阀。 
本发明采用单一流量计，控制采样间隔，少量憋气保证每次放气压力相近，保证每次憋气程度相近，放气量在所用流量计最佳测量范围内。无需多量程流量计。 
本发明脱离PC机长期单独运行，实验过程中或试验结束后数据可以随时发送到PC机完成损失气量计算等数据处理工作。 
如图2所示，A/D转换采用12位串行A/D转换芯片MCP3202，此芯片可满足对气体流量信号采集精度和采样速度的要求。 
单片机控制电路如图3所示，STC12C5410AD单片机有加密性强，超强抗干扰，单片机时钟电路对外部电磁辐射低，超低功耗等优点，同时还具有串行口编程的功能，同样通过串行口把单片机所采集并存储在EEPROM中的数据读入PC机。该单片机有512B的内部RAM，但每个样品要采集1200个点，A/D转换芯片是12位的，所以一个点的数据存储就需要4个字节，所需RAM空间要远远大于单片机的内部RAM空间，所以扩展了32k的外部EEPROM空间用于数据存储，采用11.0592MHZ的晶体振荡器，便于和PC机进行9600波特的串行通信。最终的结果通过TTL-RS232传输到PC机中，利用PC机数据处理、显示累积流量。 
本发明的工作过程为：将解吸罐的出气口接流量计的进气口，研制阶段从流量计出气口再用玻璃管收集气体，与排水集气法比较以便验证仪器准确度。刚刚开始一个新的煤样品测试时，电磁阀处于常开状态，本发明每秒采集20个点，每次开阀10秒共采集200次进行累加，将累加后的结果存储（典型的一次喷气过程传感器模拟电压输出记录200点如图X），并根据每次流量大小控制采样间隔，把每次放气量控制在所用流量计最适宜的流量水平，当流量小于每天10毫升时，电磁阀每天打开一次，连续7天后结束试验。在采集过程中，单片机对存储结果进行计算、分析，最终将处理后的结果送到PC机显示存储、生成报告。 
我国煤制气含量试验方法最新标准为GB/T 19559-2004，仍采用排水集气法手工计量发气量。原因在于发气量测定原则上要在无憋气的自然状态下解析(释放)，而任何流量计都要在一定压差下工作，而且随着样品中气体的释放发气流量越来越小，变化范围很大，这就需要量程很宽，并在整个量程范围内测量精度都很高的流量计。目前还没有这样的流量计产品。本发明是在仔细分析现有试验方法的基础上，观察表明人工解析是按照国家标准的5,10,15,30,60,120分钟等间隔规定，用排水集气法读取发气量，后期根据发气量自主延长读取间隔。这就是说即使手工操作也是有憋气的，至少憋气5分钟，最长24小时。这就为自动检测提供了可能，只要控制电磁阀根据上次出气量设定合适的间隔每次开阀10秒，并保证每次放气量在所用流量计测量最准确的范围，就能获取比手工计量更加接近自然解析的数据。实测数据也说明了这一点。本方法与用量程大小不同的一系列流量计分别测量初期大流量和中后期中小流量方法相比，成本大大降低，只要电磁阀控制开阀间隔恰当，每次放气量接近，就说明每次憋气压力几乎恒定，比人工操作更合理。   为了能使本发明准确的测定试验过程中接近自然解吸状态下的气体流量，首先在实验室中利用已知的气体流量进行校准试验。在控制间隔和开阀时间的情况下进行样本采集。当气体流量太小，每次的间隔量就实时增加。对比两次实验结果可以发现：计算机记录的曲线光滑，符合自然规律；人工记录的曲线粗糙，规律混乱。由于实际实验过程要接近自然解吸状态——无憋气，而当气体流量太小但有没有达到试验终止标准时(24小时发气不超过10毫升)，憋气是必须的，因此要通过大量的试验来确定最佳的参数，使每次放气量相近。 

Claims (5)

1. 一种煤制气含气量自动测试仪，包括壳体，其特征是，在壳体内设置流量计、高速串行A/D转换芯片、包括电源和外围电路的单片机，压力传感器和电磁阀；压力传感器和电磁阀设置在流量计外接解析罐出气口的管路中，压力传感器的模拟信号送入高速串行A/D转换芯片，转变成数字信号后单片机读取转换结果并存储，预置解吸气压力流量形成憋气间隔，达到解吸气压力流量后，电磁阀打开，解吸气压力流量的模拟信号送入高速串行A/D转换芯片，转换的数字信号送单片机，采集数据经单片机送入EEPROM存储器，单片机同时还对这些数字信号进行计算和处理，将每次开阀放气期间积分计算的流量数据转换成质量流量数据，再将质量流量数据经TTL-RS232外送PC机中，单片机P1口连接MOS管栅极驱动电磁阀。
2. 根据权利要求1所述的煤制气含气量自动测试仪，其特征是，单片机采用STC12C5410AD，单片机的串行口送出的TTL电平信号经过TTL-232转换器变成RS232直接与外设的PC机相连。
3. 根据权利要求1所述的煤制气含气量自动测试仪，其特征是，A/D转换芯片采用MCP3202。
4. 根据权利要求1所述的煤制气含气量自动测试仪，其特征是，流量计采用微型气体流量计或高精度质量流量计。
5. 根据权利要求1所述的煤制气含气量自动测试仪，其特征是，预置解吸气压力范围为0.001-0.01MPa。
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