CN2032197U

CN2032197U - 智能恒电位仪

Info

Publication number: CN2032197U
Application number: CN 87211319
Authority: CN
Inventors: 阵必寿; 李土金; 陆和平; 曹明生; 陈瑜; 朱彪
Original assignee: Traffic Department Shanghai Scientific Research Institute Of Shipping
Current assignee: Traffic Department Shanghai Scientific Research Institute Of Shipping
Priority date: 1987-10-26
Filing date: 1987-10-26
Publication date: 1989-02-08

Abstract

智能恒电位仪是外加电流阴极防腐蚀保护系统中自动调节电流大小，使被保护体处于恒定电位的装置。它不采用现有恒电位仪的连续负反馈控制方式，而采用定时对阴极电位采样，经计算控制来调整电流的输出，使被保护体的电位恒定；同时可按照需要，打印显示整个保护过程中的情况。它包括采样模数转换单元、计算控制单元。电流调整单元及打印显示单元等。可用于各种地下、水下金属结构的外加电流阴极保护。如船舶、港工、石油化工、水利、邮电等。

Description

智能恒电位仪

恒电位仪是外加电流阴极防腐蚀保护系统中，自动调节电流大小使被保护的物体处于恒定电位的装置。它可用于船舶、海洋工程、石油工业、化工系统、水利工程、邮电通信地下电缆、港口码头、电厂及水厂管道、冷库的制冰池等地下、水下金属结构的外加电流阴极保护。

在外加电流阴极防腐蚀保护系统中，恒电位仪的可靠性、稳定性及性能指标将直接影响到系统的保护效果。传统的各种恒电位仪基本上是由输入放大、人工采样、移相控制、电流调整等几个功能单元构成的连续负反馈闭环系统。它的基本工作原理：通过参比电极把阴极（保护对象）的电位值不断地反馈回来与给定值进行比较，据此调节电流输出，使得阴极电位恒定。这种控制过程是连续不断地进行着的。它实际上是一个由参比电极提供反馈信号的负反馈闭环调节系统。因此传统的恒电位仪都存在下列缺点：

①系统工作的稳定性差。因为它们都需要在负反馈的闭环内用运算放大器，而工作时系统受外界环境影响较大、系统的调节系数很不稳定，故系统极易产生振荡。

②没有自动检测打印功能，不能把整个保护过程中出现的情况记录下来，从而也就缺乏被保护系统的保护状态资料及恒电位仪自身工作情况记录。

③不能实现多点控制，因为一台恒电位仪只能接受一个参比电极的控制信号。

这些问题的存在，使得外加电流阴极保护技术的推广和应用受到很大的限制。

近来国际上出现由计算机控制的恒电位仪系统，这种系统不管是由单板机控制，还是微型机控制，甚至是小型机来控制的，计算机仅仅是传统的恒电位仪的一个附加设备，它并没有改变原来恒电位仪的内部结构和原理。虽然它们能克服传统恒电位仪上述的第二个缺点，但由于计算机没有参加反馈调节电位的迥路，因此它们不能克服传统恒电位仪工作不稳定的致使弱点，而且还带来了费用高、使用困难等缺点，目前它仅仅在实验室使用，而不能用于现场。

为了克服现有恒电位仪的缺点，本实用新型提出一种智能恒电位仪的设计方案。

本实用新型的基本构思是：不采用现有恒电位仪的连续负反馈控制方式，而是采用定时对阴极电位采样，根据采样值与给定值的偏差、通过计算控制调整电流的输出，并保持这一输出直至下一次采样。其设计方案是以采样、模数转换单元、计算控制单元取代现有恒电位仪的输入放大、人工转换采样、移相控制等功能单元，并增加了打印显示单元。且采样模数转换单元及打印、显示单元、电流调整单元均由计算控制单元控制。

下面结合附图，进一步阐述方案的具体实施。

图1：结构原理图；

图2：系统程序框图。

如图1所示，参比电极的电位（模拟量）经采样模数转换单元1转换成数字信号，送入计算控制单元2，与予先置入的基本电位进行比较和计算，并将结果分别送给电流调整单元3和打印显示单元4，实现阴极电位保持恒定和打印，显示整个保护过程出现的情况，其中：

采样模数转换单元1，包括采样部分5、模数转换部分6。采样部分5是由电阻、电容组成的网络7及多路选择开关8构成的。阻容网络的一端为仪器的电位信号输入端，另一端与多路选择开关8的输入端相接。多路选择开关8的选择控制端接计算控制单元2中的采样控制选择器9、输出端与模数转换单元部分6的输入端相连。多路选择开关8可选用器件4051或AD7506，模数转换部分6可用模数转换器如14433，VFC32及其相应辅助器件构成，它的输出端通过串并转换与计算控制单元2中的输入缓冲器10相连。

计算控制单元2，包括cpu11及通过总线与Cpu11相连的输入缓冲器10、输出缓冲器13、存储器14、采样控制选择器9、定时器12等部分。输出缓冲器13与打印显示单元4、定时器12与电流调整单元3相连。cpu可用四位、八位、十六位单片机或其它cpu芯片构成的，以八位为宜。输入缓冲器10可选用8212、374、4040。输出缓冲器13、采样控制选择器9是由寄存器或锁存器构成，如273、373等。存储器14用来存储各种功能程序，它可由EPROM或EEPROM、RAM等构成。本例的cpu为8031，输入缓冲器为8212，输出缓冲器、采样控制选择器均采用273，定时器用8253构成。

打印显示单元4由打印机芯、打印线路、七段译码器和七段显示器构成。

电流调整单元3与传统的恒电位仪中的电流调整单元相似，它主要由功率电源变压器、电源开关、可控硅整流器、电流表、直流互感器等部件构成。各功能单元所需的电源均由电源板所产生的稳压电源供给。

将上述的各功能单元，根据具体的情况，做成数块电路板，装入带有面板的壳体内，并配上一些必要的开关、按钮及报警装置（灯光或音响）就可以做一台智能恒电位仪。

该实用新型具有如下功能：

1）自动测量多路参比电极电位并自动打印或人工显示。

2）可以提供年、月、日、时、分，并自动显示和打印。

3）输出电源数值进行自动测量和打印。

4）可以按需要选择各种打印格式和按需选择打印时间。

5）可以实现多点控制。

6）对过流、过压、欠压均有灯光及音响报警。

这些功能除上述硬件外，还由存储器中的软件程序来控制实现的。基本上是一个子程序完成一个基本功能，本实施例中的软件程序有如下八个。

①T0程序：产生一个周期为40μs的系列脉冲作为整个系统的基本脉冲。

②计时程序：产生一个标准时间，年、月、日、时、分、秒。

③显示程序：正常工作的情况下，将时、分标准时间送往显示器显示，在人工的干预下可显示基准电位、八路参比电极电位及主回路的输出电流值，十秒钟后，自动恢复显示标准时间。

④打印程序：可按照需要选择打印格式、打印间隔时间，自动的记录打印时的时间、系统工作的总天数及各参比电极电位值及输出电流值。

⑤采样程序：定时、自动对八路参比电极及输出电流进行采样，将采样得到的数据送入cpu。

⑥计算程序：它是系统的核心程序，将采样得到的数据与基准电位（由初始化程序完成）进行比较，根据其差值计算出可控硅的开放角。

⑦面板操作程序：人通过面板操作，可改变系统的某些工作状态。（例如置入标准时间，改变基准电位值等）

⑧报警程序：当基准电位与参比电极电位的差值超过允许值或电流调整单元的输出电流超过允许值时都报警。

上述所有程序中，T0程序级别最高，它可中断任何正常工作的子程序。

当计算程序算出可控硅的开放角后，由硬件根据这个开放角产生一个可控硅的触发脉冲（在产生这个脉冲的过程中，同时也完成了与交流电50HZ的同步来控制电流调整单元中的可控硅，从而达到恒电位的目的）。

系统软件流程图如图2所示。

系统软件开始先进入初始化15，初始化后进入16，询问要打印吗？如果不要打印就返回，如果要打印就进入17，执行打印处理程序，打印处理程序执行完后就返回。

一旦进入打印处理程序后，首先进入18先询问一下进入时钟中断吗？如果要，则转入23进行中断处理、采样、输入被选中通道的即时参比电极电位，进入24输入当前的基准电位，进入25求出参比电极电位误差值送入打印及显示缓冲区，然后再进入26求出可控硅开放时间的修正值并送到27询问误差值是否超过额定极限值，如果是，则转入30进行报警、快速修正或切断然后转入28，如果误差值不超过极限值，则直接送入28进行计算、运行累计时间并显示，然后转入29返中处理。

18询问结果，如果不需进入时钟中断时则程序进入19询问一下有面板中断吗？如果有，则进入21执行面板中断处理程序，处理完后进入22返中处理。

19询问结果，如果没有面板中断请求，则转入20打印执行程序，执行完毕也转入返中处理。

智能恒电位仪与常规恒电位仪比较具有如下优点：

（1）取消了常规恒电位仪所需用的运算放大器和移相触发电路，消除了振荡的隐患，提高了仪器工作的可靠性和稳定性。

（2）可以实现参比电极在瞬间断电时的采样，而这一点常规恒电位仪是无法做到的，从而提高了测量及控制的精度。

（3）可以实现多点控制。

（4）具有自动检测、打印记录、显示等功能。

（5）结构简单、维修使用方便、价格低廉。

Claims

1、智能恒电位仪是一种外加电流阴极防腐蚀保护系统中自动调节电流大小，使被保护体处于恒定电位的装置，在带有面板的壳体内含有电源、电流调整单位(3)，其特征在于计算控制单元(2)及由其控制的采样模数转换单元(1)和打印显示单元(4)；采样模数转动单元(1)中的多路开关(8)的控制端、模数转换部分(6)的输出端分别与计算控制单元(2)中的采样选择器(9)、输入缓冲器(10)相连；计算控制单元(2)中的定时器(12)、输出缓冲器(13)分别与电流调整单元(3)及打印显示单元(4)相连。

2、如权利要求1所述的智能恒电位仪，其特征在于采样模数转换单元（1）由采样部分（5）和模数转换部分（6）组成；采样部分（5）包括阻容网络（7）和多路选择开关（8）；阻容网络（7）的一端为仪器的电位信号输入端，另一端与多路选择开关（8）的输入端相连；多路选择开关（8）的输出端与模数转换部分（6）的输入端相连；

3、如权利要求1所述的智能恒电位仪，其特征在于计算控制单元（2）包括CPU（11）、采样选择器（9）、输入缓冲器（10）、输出缓冲器（13）、定时器（12）、存储器（14）；CPU（11）通过总线分别与它们相连；

4、如权利要求3所述的智能恒电位仪，其特征在于CPU（11）可用四位、八位、十六位单片机或其它CPU芯片构成，以八位单片机为宜；

5、如权利要求3所述的智能恒电位仪，其特征在于存储器（14）可由EPROM EEPROM RAM等组成。