CN205228431U - 自动三维定位的锅炉膨胀指示器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动三维定位的锅炉膨胀指示器，包括三维定位机构、电源模块、微控制器、存储模块和显示模块，其中，三维定位机构设有三相编码器，用来感应锅炉膨胀，编码器、电源模块、存储模块、显示模块均连接微控制器，电源模块还连接编码器、显示模块和存储模块。本实用新型可实现自动三维定位，避免刻盘磨损后无法读数的情况；精度高，可实时采集锅炉膨胀数据，可供运营人员实时监测和进行研究分析；安装简单，适用性强，易于推广。

Description

自动三维定位的锅炉膨胀指示器

技术领域

本实用新型属于锅炉监测技术领域，尤其涉及一种自动三维定位的锅炉膨胀指示器。

背景技术

锅炉正常运行时，会频繁经历“启动-带负荷-停炉”的工作过程，并发生受热膨胀和释热收缩的现象，同时产生应力。如果产生的应力超过管道所能承受的能力，就可能导致管道损坏，甚至失效，从而影响电厂的安全运行。当停炉或是启动速度过快时，温度急剧变化会导致锅炉发生严重的热胀冷缩，对水冷壁的结构产生极其严重的损伤。

目前市场锅炉膨胀指示器主要为接触式，包括二维和三维两种。指示器面板使用电刻，刻度线深0.01~0.5毫米。指示器指针可以收缩，指针上画有刻度，并采用滚珠设计，防止面板被接触磨损。但长时间使用，面板上刻度还是会逐渐磨损，当面板刻度磨损程度过大时，将无法准确读出锅炉膨胀具体数据时，就需更换锅炉膨胀指示器，极为不便。此外，膨胀数据需运营人员定时到各监测点进行人工记录，无法获得锅炉膨胀的动态数据。

近年来，研究人员针对接触式锅炉膨胀指示器存在的问题进行了相应的改进。专利号为ZL201420812265.7的中国专利公开的锅炉膨胀量在线监测装置，当锅炉膨胀超过一定范围，该装置可通过声光装置进行报警，但该在线监测装置无法准确测量锅炉膨胀的具体数据，运营人员亦无法得知锅炉监测位置的具体膨胀情况。申请号为02109751.8的中国专利公开的锅炉膨胀在线监测方法，使用电缆传输信号，并通过计算机计算，基本可实现锅炉膨胀的在线监测，但该方法需要长距离的信号传输，传输过程中难免会出现数据丢包、误码等问题，并且在微控制器技术高度发展的当下，微控制器足以进行相关计算，无需计算机进行参与。综上所述，目前的锅炉膨胀指示装置仍然不能很好地满足电厂需求。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种精度高、可实时采集膨胀数据的自动三维定位的锅炉膨胀指示器，适用于各种锅炉膨胀测量场合。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：

一、一种三维定位机构，包括底座、导轨、中心滑座、编码器和齿条，导轨固定于底座；导轨包括2条沿X方向导轨和2条沿Y方向导轨，齿条包括相互垂直的第一齿条、第二齿条和第三齿条，2条沿X方向导轨上套装可沿X方向移动的第一齿条，2条沿Y方向导轨上套装可沿Y方向移动的第二齿条；第一齿条、第二齿条和第三齿条均穿过中心滑座且可相对中心滑座移动，中心滑座上固定有第一编码器、第二编码器、第三编码器，第一编码器、第二编码器、第三编码器分别与第一齿条、第二齿条、第三齿条啮合；X方向和Y方向即底座所在平面的两相互垂直的方向。

上述底座为长方形底座，4条导轨分别固定于长方形底座的4条边缘。所述的导轨通过位于底座四角的导轨支座固定。

上述齿条均为圆柱状齿条。

上述第一齿条和第二齿条均通过直线轴承套装于导轨上。

上述第一编码器、第二编码器、第三编码器均通过对应的编码器支架固定于中心滑座上。

作为一种具体实施方式，编码器为ZSP3806型号编码器。

二、一种自动三维定位的锅炉膨胀指示器，包括三维定位机构、电源模块、微控制器、存储模块和显示模块，其中：

三维定位机构包括底座、导轨、中心滑座、编码器和齿条，导轨固定于底座；导轨包括2条沿X方向导轨和2条沿Y方向导轨，齿条包括相互垂直的第一齿条、第二齿条和第三齿条，2条沿X方向导轨上套装可沿X方向移动的第一齿条，2条沿Y方向导轨上套装可沿Y方向移动的第二齿条；第一齿条、第二齿条和第三齿条均穿过中心滑座且可相对中心滑座移动，中心滑座上固定有第一编码器、第二编码器、第三编码器，第一编码器、第二编码器、第三编码器分别与第一齿条、第二齿条、第三齿条啮合；X方向和Y方向即底座所在平面的两相互垂直的方向；

第一编码器、第二编码器、第三编码器、电源模块、存储模块、显示模块均连接微控制器，电源模块还连接第一编码器、第二编码器、第三编码器、显示模块和存储模块。

上述底座为长方形底座，4条导轨分别固定于长方形底座的4条边缘。所述的导轨通过位于底座四角的导轨支座固定。

上述齿条均为圆柱状齿条。

上述第一齿条和第二齿条均通过直线轴承套装于导轨上。

上述第一编码器、第二编码器、第三编码器均通过对应的编码器支架固定于中心滑座上。

作为一种具体实施方式，编码器为ZSP3806型号编码器。

作为优选，微控制器为32位ARM微控制器，处理速度快且片内资源丰富。微控制器具体可为STM32F103型号单片机。

上述电源模块由恒压直流电源、电源开关模块、降压IC驱动电路组成，恒压直流电源连接电源开关模块输入端，电源开关模块输出端连接编码器、存储模块电源端、显示模块电源端、降压IC驱动电路输入端，降压IC驱动电路输出端连接微控制器电源端。

上述存储模块为SD卡。

上述显示模块包括分辨率320*240的TFT彩色液晶屏、ILI9320液晶控制器和ADS7843A触摸屏控制芯片。

和现有技术相比，本实用新型具有如下特点：

（1）可实现自动三维定位，避免刻盘磨损后无法读数的情况。

（2）精度高，可实时采集锅炉膨胀数据，可供运营人员实时监测和进行研究分析。

（3）安装简单，适用性强，易于推广。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型三维定位机构的一种具体结构示意图。

图中，1-底座，2-1-沿X方向导轨，2-2-沿Y方向导轨，3-中心滑座，4-1-第一编码器，4-2-第二编码器，4-3-第三编码器，5-1-第一齿条，5-2-第二齿条，5-3-第三齿条，6-导轨支座，7-直线轴承，8-编码器支架。

具体实施方式

为进一步阐述本实用新型，下面结合附图及实施例做进一步阐述。

见图1，本实用新型包括三维定位机构、电源模块、微控制器、存储模块和显示模块，三维定位机构包括编码器，编码器、电源模块、存储模块、显示模块均连接微控制器，电源模块还连接编码器、显示模块和存储模块。

图2为三维定位机构的具体结构示意图，主要包括底座（1）、导轨、中心滑座（3）、编码器和齿条，底座（1）为长方形的底座，齿条为圆柱状齿条。导轨包括2条沿X方向导轨（2-1）和2条沿Y方向导轨（2-2），4条导轨分别固定于底座（1）的4条边缘上，导轨通过位于底座（1）四角的导轨支座（6）固定。齿条包括相互垂直的第一齿条（5-1）、第二齿条（5-2）和第三齿条（5-3），第一齿条（5-1）沿Y方向，第二齿条（5-2）沿X方向，第三齿条（5-3）沿Z方向。2条沿X方向导轨（2-1）上套装可沿X方向移动的第一齿条（5-1），2条沿Y方向导轨（2-2）上套装可沿Y方向移动的第二齿条（5-2），第一齿条（5-1）和第二齿条（5-2）通过直线轴承（7）套装于导轨上。第一齿条（5-1）、第二齿条（5-2）和第三齿条（5-3）均穿过中心滑座（3）且可相对中心滑座（3）移动。第一编码器（4-1）、第二编码器（4-2）、第三编码器（4-3）通过对应的编码器支架（8）固定于中心滑座（3），第一编码器（4-1）、第二编码器（4-2）、第三编码器（4-3）的齿轮分别与第一齿条（5-1）、第二齿条（5-2）和第三齿条（5-3）啮合。第一编码器（4-1）、第二编码器（4-2）、第三编码器（4-3）均通过数据线连接微控制器。X方向和Y方向即底座所在平面的两相互垂直的方向；Z方向垂直于底座所在平面。

本实施例中，编码器均采用ZSP3806型号编码器。微控制器采用STM32F103型号单片机，内含两个高级控制定时器和四个通用定时器，均可实现正交解码功能，可完成编码器产生脉冲的计数。同时，微控制器内含RTC时钟模块，在不断电情况下可实现实时时钟功能，可用于记录数据。

微控制器最小系统模块主要包括外部晶振模块和上电复位模块。外部晶振模块主要由外部晶振和外部电容组成，外部晶振与电容并联，并与微控制器内部时钟引脚相连，从而与内部反向放大器构成振荡器，提供微控制器的工作时钟。上电复位模块由外部电阻和外部电容组成，并联于单片机复位引脚，使单片机能够上电复位。

本实施例中，电源模块包括24V直流电源、DC-DC开关电源模块和降压IC电源驱动电路。其中，24V直流电源由现场提供，保证DC-DC开关电源模块完成24V直流电压到5V直流电压的转换，为编码器供电。降压IC电源驱动电路完成5V直流电压到3.3V直流电压的转换，为微控制器、存储模块、显示模块供电。

本实施例中，存储模块为SD卡，工作电压为3.3V，配合微控制器部分，负责对锅炉膨胀数据进行存储。

本实施例中，显示模块采用分辨率320*240的TFT彩色液晶屏、ILI9320液晶控制器和ADS7843触摸屏控制芯片。液晶控制器与微控制器连接，实时显示锅炉膨胀的情况。通过触摸屏控制芯片，可完成对实时时钟的更改。

本实用新型可安装于锅炉水冷壁下集箱处，可通过螺钉将中心滑座（3）固定于锅炉延伸出的参考杆，参考杆即与锅炉刚性连接的固定杆。由于编码器与齿条契合，锅炉膨胀带动中心滑座（3）移动，使齿轮转动，从而使编码器产生相应数量的脉冲。微控制器对编码器产生脉冲计数，从而获得锅炉三维方向的膨胀数据。

本实用新型锅炉膨胀指示器的工作过程如下：

选择合适位置安装三维定位机构，将中心滑座（3）调节移动至底座（1）某角，给编码器连接现场电源。上电后，电源模块将现场的24V直流电压转为5V直流电压给编码器供电，通过降压IC电源驱动电路将5V电压转换为3.3V直流电压为微控制器、存储模块、显示模块供电，此时本实用新型处于复位状态。

将中心滑座（3）移至参考杆下方，并与参考杆连接。锅炉膨胀过程中，会带动中心滑座（3）在X方向和/或Y方向移动，编码器产生相应的相脉冲发送至微控制器，微控制器对脉冲进行计数，经计算获得相对位移，从而可获得参考杆的当前相对坐标，并显示于显示模块。中心滑座（3）与参考杆的连接务必保证连接稳定、牢固，这样可避免膨胀数据偏差。本实用新型使用三相编码器，利用Z相脉冲进行计数校正，即一旦接收到Z相脉冲，则计数归0。

在将本实用新型和参考杆连接后，可通过操作显示模块设置实时时钟，便可实现实时存储功能。

上述实施例为本实用新型的较佳实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,有关技术领域的技术人员,在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下,还可以作出各种变换或变型,因此所有等同的技术方案,都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.三维定位机构，其特征是，包括：

底座、导轨、中心滑座、编码器和齿条，导轨固定于底座；导轨包括2条沿X方向导轨和2条沿Y方向导轨，齿条包括相互垂直的第一齿条、第二齿条和第三齿条，2条沿X方向导轨上套装可沿X方向移动的第一齿条，2条沿Y方向导轨上套装可沿Y方向移动的第二齿条；第一齿条、第二齿条和第三齿条均穿过中心滑座且可相对中心滑座移动，中心滑座上固定有第一编码器、第二编码器、第三编码器，第一编码器、第二编码器、第三编码器分别与第一齿条、第二齿条、第三齿条啮合；X方向和Y方向即底座所在平面的两相互垂直的方向。

2.如权利要求1所述的三维定位机构，其特征是：

所述的底座为长方形底座，4条导轨分别固定于长方形底座的4条边缘。

3.如权利要求1所述的三维定位机构，其特征是：

所述的导轨通过位于底座四角的导轨支座固定。

4.如权利要求1所述的三维定位机构，其特征是：

所述的齿条为圆柱状齿条。

5.如权利要求1所述的三维定位机构，其特征是：

所述的第一齿条和第二齿条均通过直线轴承套装于导轨上。

6.如权利要求1所述的三维定位机构，其特征是：

所述的第一编码器、第二编码器、第三编码器均通过对应的编码器支架固定于中心滑座上。

7.如权利要求1所述的三维定位机构，其特征是：

所述的第一编码器、第二编码器、第三编码器均为ZSP3806型号编码器。

8.自动三维定位的锅炉膨胀指示器，其特征是，包括：

三维定位机构、电源模块、微控制器、存储模块和显示模块，其中：

三维定位机构包括底座、导轨、中心滑座、编码器和齿条，导轨固定于底座；导轨包括2条沿X方向导轨和2条沿Y方向导轨，齿条包括相互垂直的第一齿条、第二齿条和第三齿条，2条沿X方向导轨上套装可沿X方向移动的第一齿条，2条沿Y方向导轨上套装可沿Y方向移动的第二齿条；第一齿条、第二齿条和第三齿条均穿过中心滑座且可相对中心滑座移动，中心滑座上固定有第一编码器、第二编码器、第三编码器，第一编码器、第二编码器、第三编码器分别与第一齿条、第二齿条、第三齿条啮合；X方向和Y方向即底座所在平面的两相互垂直的方向；

第一编码器、第二编码器、第三编码器、电源模块、存储模块、显示模块均连接微控制器，电源模块还连接第一编码器、第二编码器、第三编码器、显示模块和存储模块。

9.如权利要求8所述的自动三维定位的锅炉膨胀指示器，其特征是：

所述的微控制器为32位ARM微控制器。