CN106768136A

CN106768136A - 一种流量积算装置

Info

Publication number: CN106768136A
Application number: CN201611155472.XA
Authority: CN
Inventors: 王玉弟; 张德华; 王波; 李鹏立; 吴福俊; 付延明; 王天润
Original assignee: Shandong Iron and Steel Group Co Ltd SISG
Current assignee: Shandong Iron and Steel Group Co Ltd SISG
Priority date: 2016-12-14
Filing date: 2016-12-14
Publication date: 2017-05-31

Abstract

本发明公开了一种流量积算装置，包括主控模块、脉冲信号采集模块、温度传感器模块、压力传感器模块、时钟电路、数据存储电路、液晶显示模块、数据远传模块、数据采集自诊断模块，温度传感器模块包括温度检测单元、信号放大单元；压力传感器模块包括三端可调恒流源、电桥平衡式绝压传感器、差分放大电路；数据远传模块包括485通信单元、CAN总线接口单元、4‑20mA信号单元，增加了温压补偿、数据远传、掉电记忆和故障数据自诊断功能，保证流量计量的准确计量，提高数据的可靠性、权威性、可信度。

Description

一种流量积算装置

技术领域

本发明应用于贸易结算及成本核算、能源效能的监督检查等领域，尤其是一种流量积算装置。

背景技术

能源计量通常由一次差压检测元件、变送器、流量积算仪组成；流量积算仪负责采集变送单元的流量、温度和压力信号，对单一的流量信号进行补偿运算，把运算结果通过485通讯方式传送到上位计算机终端，再通过相关模块采集传输到采集计算机，进行统一管理。

1、流量积算仪缺少温压故障自诊和温压远程传输功能。

流量积算仪根据差压变送器的输出电流以及检测到的压力、温度，经流量计算公式计算出流量，其功能完善与否直接决定计量准确性。因为流体的流量跟其密度有直接的关系，而密度随着流体的温度压力的变化而变化，温度压力补偿的作用在于修正流体的密度，使测量数据更接近数据的实际值。目前的流量积算仪存在着不完善的地方，尤其当温度、压力信号出现异常时，其错误信息对流量计量结果影响很大，容易造成较大的计量误差，如果不及时发现解决，就能造成计量数据的失真。

现场数据采集采用的是串行传输且只传送流量信号，在计算机采集系统中无法监控各流量点温度、压力的变化。

2、流量积算仪存在着掉电不记忆的缺陷。

流量积算仪无法记录掉电时间，可促使作弊行为的发生，通常有两种情况：一种情况是将流量积算仪停电，这样即使一次差压检测元件、变送器工作正常，不论实际能源的消耗量为多少，体现在流量积算仪上，停电这段时间的计量结果就是零；另一种情况，就是虽然流量积算仪不停电，但把来自变送器的流量信号线从流量积算仪上拆下，流量积算仪检测不到流量仪表(我们称之为“零信号”)，这段时间的计量结果同样为零。这两种情况均可造成流量计量数据失准，为成本核算带来极大干扰。

3、积算仪缺少采集故障自诊断功能。

现在使用的数据采集系统采用主从方式进行通讯。依据现场实际分布情况，每一个采集终端负责采集若干个流量积算仪的瞬时流量和累计流量。当流量积算仪接入采集系统后，通讯是否正常，必须从采集终端处查看，而现场的采集终端与流量积算仪往往相距较远，给维护工作带来了极大不便。

发明内容

本发明的目的是提供一种流量积算装置，包括主控模块、脉冲信号采集模块、温度传感器模块、压力传感器模块、时钟电路、数据存储电路、液晶显示模块、数据远传模块、数据采集自诊断模块，

温度传感器模块包括温度检测单元、信号放大单元，温度检测单元采用感温元件作温度传感器来采集流体温度信号，感温元件工作端和自由端分别与信号放大单元的输入端连接，信号放大单元的输出端与主控模块的温度输入端子连接；

压力传感器模块包括三端可调恒流源、电桥平衡式绝压传感器、差分放大电路，三端可调恒流源的输出端与电桥平衡式绝压传感器的一个输入端连接，另一个输入端接地，三端可调恒流源的两个输出端分别与差分放大电路的输入端连接，差分放大电路的输出端与主控模块的压力输入端子连接；

数据远传模块包括485通信单元、CAN总线接口单元、4-20mA信号单元，485通信单元的控制端与主控模块的串口连接，485通信单元的收发端与上位机的收发端连接；CAN总线接口单元的收发端与主控模块的数据接口连接，4-20mA信号单元的输入端与主控模块连接，4-20mA信号单元的输出端与设备控制端连接。

进一步地，温度传感器模块采用镍铬-镍铬K型热电偶测量流体温度，输出端TC+与电阻R7、电阻R3连接，电阻R7与电阻R6、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C1连接，电阻R9与运放的正输入端连接，输出端TC-与电阻R1、电阻R2连接，电阻R2与电阻R3、变阻器W1连接，变阻器W1与电阻R5、电阻R8连接，电阻R8与运放的负输入端连接，运放的输出端与电阻R11、变阻器W2连接，变阻器W2与电阻R14的一端连接，电阻R14的另一端与主控模块连接。

进一步地，三端可调恒流源LM34的R端与电阻R1A的一端、电阻R2A的一端连接，三端可调恒流源LM34的U-端与电阻R1A的另一端、二极管D1的阳极连接，二极管D1的阴极与电阻R2A的另一端连接，二极管D1的阴极与电桥平衡式绝压传感器的U+端连接，电桥平衡式绝压传感器的U-端接地，电桥平衡式绝压传感器的一个输出端与运放U2A的正输入端连接，电桥平衡式绝压传感器的另一个输出端与运放U1C的正输出端连接，运放U2A的负输入端与电阻R3A、变阻器W3连接，运放U1C的负输入端与电阻R4A、变阻器W3连接，运放U2A的输出端与电阻R5A、电阻R3A连接，运放U1C的输出端与电阻R6A、电阻R4A连接，运放U1B的正输入端与电阻R5A、电阻R7A连接，电阻R7A的另一端接地，运放U1B的负输入端与电阻R6A、变阻器W4连接，运放U1B的输出端与变阻器W4连接，运放U1B的输出端与主控模块的AD转换单元输入端连接。

进一步地，485通信芯片U6的引脚1、引脚4与主控模块的输入输出控制端连接，引脚6、引脚7分别与上位机的输出端连接；4-20mA电流输出芯片U9的引脚1与主控模块连接，4-20mA电流输出芯片U9的引脚4与现场仪表控制端连接；CAN总线接口芯片的引脚1、引脚4与主控模块的输入输出引脚连接，引脚6、引脚7与上位机的总线收发芯片的输入输出引脚连接。

本发明的有益效果是，

1、在仪表中增加温度、压力异常判断功能。一旦温度或压力出现异常，则仪表自动切换到设计工作温度或工作压力上，用这个温度或压力进行补偿运算可大大减少流量计量误差，使测量数据更接近数据的真实值。

2、在仪表的数据传输过程中，增加了温度和压力传输功能，把现场的温度和压力信号通过远传数据接口传送到上位计算机和现场仪表中，便于通过上位计算机及时察看现场的温度和压力信号，有利于能源的合理利用和调度管理。

3、在仪表中增加掉电记忆和零信号记忆功能，流量积算仪及时记录停电时间点、送电时间点、零信号时间点，形成详细的停送电和零信号记录，这样能有效预防计量作弊现象的发生，减少计量异议。

4、在仪表的前面板上增加两个发光指示灯，分别为RXD接收指示灯和TXD发送指示灯，能快速有效判断出数据采集故障，有效降低维护工作的强度，提高工作效率。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是温度传感器模块电路原理图；

图3是压力传感器模电路原理图；

图4是485通信芯片电路原理图；

图5是4-20mA电流输出芯片电路原理图；

图6是CAN总线接口芯片电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，一种流量积算装置，包括主控模块、脉冲信号采集模块、温度传感器模块、压力传感器模块、时钟电路、数据存储电路、液晶显示模块、数据远传模块、数据采集自诊断模块，温度传感器模块包括温度检测单元、信号放大单元，温度检测单元采用感温元件作温度传感器来采集流体温度信号，感温元件工作端和自由端分别与信号放大单元的输入端连接，信号放大单元的输出端与主控模块的温度输入端子连接；压力传感器模块包括三端可调恒流源、电桥平衡式绝压传感器、差分放大电路，三端可调恒流源的输出端与电桥平衡式绝压传感器的一个输入端连接，另一个输入端接地，三端可调恒流源的两个输出端分别与差分放大电路的输入端连接，差分放大电路的输出端与主控模块的压力输入端子连接。

数据采集自诊断模块包括RXD接收指示灯和TXD发送指示灯，RXD接收指示灯和TXD发送指示灯分别与主控模块连接。数据线上有数据传输时，RXD指示灯亮，提示数据线已经连接好，当TXD发送指示灯亮时，表示数据线上有数据传输，通讯完全正常。通过以上两个指示灯的指示情况，可以了解现场的数据传输情况。

如图2所示，温度传感器模块采用镍铬-镍铬K型热电偶测量流体温度，输出端TC+与电阻R7、电阻R3连接，电阻R7与电阻R6、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C1连接，电阻R9与运放的正输入端连接，输出端TC-与电阻R1、电阻R2连接，电阻R2与电阻R3、变阻器W1连接，变阻器W1与电阻R5、电阻R8连接，电阻R8与运放的负输入端连接，运放的输出端与电阻R11、变阻器W2连接，变阻器W2与电阻R14的一端连接，电阻R14的另一端与主控模块连接。

用感温元件镍铬-镍铬K型热电偶作温度传感器来采集温度信号，温度信号为mV级，实际测量时需经过放大处理，放大器采用ICL7650，反馈网络电阻比R11/R8为100，即温度毫伏电压信号被放大100倍。输入温度电压毫伏信号为TC+与TC—端电压差，TC—端连接的电阻R2为一负温度系数热敏电阻，当工作端温度变化，热电偶产生的热电势也将变化，而此时热敏电阻阻值也将减少并使TC—端电压的电压也发生变化，这样总的差分输入信号随温度变化被抵消。如果参数选择合适可消除自由端温度变化对热电偶温度测量的影响。CT取自放大以后的温度毫伏信号，通过改变R13与R14及W2比例可取适当电压信号与温度值对应，该电压信号接至主控模块输入端。

如图3所示，三端可调恒流源LM34的R端与电阻R1A的一端、电阻R2A的一端连接，三端可调恒流源LM34的U-端与电阻R1A的另一端、二极管D1的阳极连接，二极管D1的阴极与电阻R2A的另一端连接，二极管D1的阴极与电桥平衡式绝压传感器的U+端连接，电桥平衡式绝压传感器的U-端接地，电桥平衡式绝压传感器的一个输出端与运放U2A的正输入端连接，电桥平衡式绝压传感器的另一个输出端与运放U1C的正输出端连接，运放U2A的负输入端与电阻R3A、变阻器W3连接，运放U1C的负输入端与电阻R4A、变阻器W3连接，运放U2A的输出端与电阻R5A、电阻R3A连接，运放U1C的输出端与电阻R6A、电阻R4A连接，运放U1B的正输入端与电阻R5A、电阻R7A连接，电阻R7A的另一端接地，运放U1B的负输入端与电阻R6A、变阻器W4连接，运放U1B的输出端与变阻器W4连接，运放U1B的输出端与主控模块的AD转换单元输入端连接。三端可调恒流源LM34为电桥平衡式绝压传感器提供工作电流，电压信号经差分放大后与主控模块的片内AD转换单元连接。

如图4所示，485通信芯片U6的引脚1、引脚4与主控模块的输入输出控制端连接，引脚6、引脚7分别与上位机的输出端连接。

如图5所示，4-20mA电流输出芯片U9的引脚1与主控模块连接，4-20mA电流输出芯片U9的引脚4与现场仪表控制端连接。

如图6所示，CAN总线接口芯片的引脚1、引脚4与主控模块的输入输出引脚连接，引脚6、引脚7与上位机的总线收发芯片的输入输出引脚连接。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims

1.一种流量积算装置，其特征在于，包括主控模块、脉冲信号采集模块、温度传感器模块、压力传感器模块、时钟电路、数据存储电路、液晶显示模块、数据远传模块、数据采集自诊断模块，

2.如权利要求1所述的一种流量积算装置，其特征在于，温度传感器模块采用镍铬-镍铬K型热电偶测量流体温度，输出端TC+与电阻R7、电阻R3连接，电阻R7与电阻R6、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C1连接，电阻R9与运放的正输入端连接，输出端TC-与电阻R1、电阻R2连接，电阻R2与电阻R3、变阻器W1连接，变阻器W1与电阻R5、电阻R8连接，电阻R8与运放的负输入端连接，运放的输出端与电阻R11、变阻器W2连接，变阻器W2与电阻R14的一端连接，电阻R14的另一端与主控模块连接。

3.如权利要求1所述的一种流量积算装置，其特征在于，三端可调恒流源LM34的R端与电阻R1A的一端、电阻R2A的一端连接，三端可调恒流源LM34的U-端与电阻R1A的另一端、二极管D1的阳极连接，二极管D1的阴极与电阻R2A的另一端连接，二极管D1的阴极与电桥平衡式绝压传感器的U+端连接，电桥平衡式绝压传感器的U-端接地，电桥平衡式绝压传感器的一个输出端与运放U2A的正输入端连接，电桥平衡式绝压传感器的另一个输出端与运放U1C的正输出端连接，运放U2A的负输入端与电阻R3A、变阻器W3连接，运放U1C的负输入端与电阻R4A、变阻器W3连接，运放U2A的输出端与电阻R5A、电阻R3A连接，运放U1C的输出端与电阻R6A、电阻R4A连接，运放U1B的正输入端与电阻R5A、电阻R7A连接，电阻R7A的另一端接地，运放U1B的负输入端与电阻R6A、变阻器W4连接，运放U1B的输出端与变阻器W4连接，运放U1B的输出端与主控模块的AD转换单元输入端连接。

4.如权利要求1所述的一种流量积算装置，其特征在于，485通信芯片U6的引脚1、引脚4与主控模块的输入输出控制端连接，引脚6、引脚7分别与上位机的输出端连接；4-20mA电流输出芯片U9的引脚1与主控模块连接，4-20mA电流输出芯片U9的引脚4与现场仪表控制端连接；CAN总线接口芯片的引脚1、引脚4与主控模块的输入输出引脚连接，引脚6、引脚7与上位机的总线收发芯片的输入输出引脚连接。