CN2148327Y

CN2148327Y - 汽气比智能显示仪表

Info

Publication number: CN2148327Y
Application number: CN 92233298
Authority: CN
Inventors: 熊淑燕; 王锦华; 王青山
Original assignee: TAIYUAN POLYTECHNIC UNIVERSITY
Current assignee: TAIYUAN POLYTECHNIC UNIVERSITY
Priority date: 1992-09-12
Filing date: 1992-09-12
Publication date: 1993-12-01
Anticipated expiration: 2002-09-12

Abstract

本实用新型汽气比智能显示仪表是一种用于工业过程参数测量的智能显示仪表。主要用于化肥生产过程中的变换工段蒸汽与干半水煤气比值的测量与显示，其特征在于以温度和温差作为测量参数，采用优化的数学模型计算汽气比值。仪表内部由两块印刷电路板通过两个40针接插件垂直连接构成。布局合理，结构紧凑，外形小巧，外形尺寸为宽×高× 长＝152×76×250。可靠性高，且设有微机接口，具有与计算机联网的功能，性能价格比高，有很高的推广应用价值。

Description

本实用新型汽气比智能显示仪表，属于测量技术的范畴，具体而言是一种用于工业过程参数测量的智能显示仪表。

在合成氨的生产过程中，变换工艺段利用水蒸汽与干半水煤气中的一氧化碳在触媒的催化作用下发生以下的放热反应：

CO＋H₂O^→ _←CO₂＋H₂＋Q

式中：Q为反应热。这是一个可逆过程，条件不同，反应方向不同。增加水蒸汽有利于向右反应，可提高一氧化碳的变换率，但过多的水蒸汽又会使能耗增加，尤其当前采用中串低变流程的小化肥厂已越来越多，如何准确快速地测量控制变换工艺段的蒸汽／干半水煤气的比值（以下简称汽气比），对节能、指导操作及稳定生产十分重要。

现有资料及市场上出现的少量类似仪表，主要存在以下问题：

1、现有产品测量精度不高，显示偏低；

2、仪表外形尺寸过大，宽×高×长＝152×152×450；

3、结构不合理，电路由五块板组成，即：面板、CPU板、电源板、模拟放大板和热电偶冷端温度补偿电路板五部分，各部分之间用接插件或导线连接，使可靠性差；

4、性能价格比偏低、无与计算机联网的接口。

本实用新型汽气比智能显示仪表的发明目的在于解决上述生产中迫切需要解决的问题，从而提供一种布局合理、结构紧凑、可靠性及性能价格比都比较高的智能显示仪表的技术方案。

一、本实用新型汽气比智能显示仪表测量汽气比的数学模型：

由于直接测量合成氨生产过程中变换工艺段的蒸汽与干半水煤气的比值存在许多技术难点，一般都采用间接测量方法，即通过变换工段机理求出若干个能直接测量到的工艺参数与汽气比的数学关系，通过计算求出汽气比值，智能化仪表的发展为这一测量方法开辟了广阔的前景。但由于影响汽气比的相关因素很多，所以数学模型的准确性直接影响着汽气比的测量精度，本实用新型汽气比智能显示仪表测量汽气比采用了优化的数学模型，充分考虑了变换炉冷激工况变化引起的汽气比的变化，利用以下四个在线测量参数计算汽气比值，即：

①、饱和塔出口半水煤气温度T₁；

②、过热蒸汽温度T₂；

③、喷射器出口添加过热蒸汽后的混合气温度T₃；

④、中变冷激前后触媒层的温差△T，

△T＝T_B1－T_B2；

式中：T_B1——中变冷激前触媒层的温度；

T_B2——中变冷激后触媒层的温度；

二、本实用新型汽气比智能显示仪表的结构及电路说明：

1、仪表结构：

①、外形尺寸：宽×高×长＝152×76×250

嵌入式表盘安装。

②、面板：面板正面见附图3。

③、仪表内部结构：仪表内部由面板和主板两块印刷电路板通过两个40针接插件垂直连接构成，其中主板的元件布置图见附图1，面板的背面元件布置图见附图2。

④、后端盖及外接线见附图4。

2、电路结构：

汽气比智能显示仪表是通过对温度及温差的直接测量来获得变换气的汽气比的一种智能仪器，电路由以下几部分组成：温度电信号的模拟放大电路；热电偶冷端温度补偿桥式电路；微机系统；74LS164串转并LED驱动电路；汽气比模拟量输出（PWM）放大跟随电路；稳压电源电路。

①、温度电信号的模拟放大电路采用高精度、低温漂仪表用运放OP－07作为温度电信号的基本放大元件，接成三运放差动放大形式。

②、热电偶冷端温度补偿采用桥式电路的铜电阻补偿方法。

③、微机最小系统由8098CPU、EPROM2764、74LS373以及若干门电路构成，8098CPU的HSI，1采集键选信号，完成不同通道温度的显示。

④、8098CPU串行输出数据经9片74LS164串转并输出，驱动LED显示汽气比及通道温度，同时发光二级管显示通道号。

⑤、汽气比D／A输出经光电耦合器隔离、单运放放大后输出标准电压信号。

本实用新型汽气比智能显示仪表还可通过接插件引出CPU的HSO、HSI引脚，利用软件编程可实现智能仪表与计算机的通讯。

3、技术指标：

①、汽气比数字显示量程：0.000－5.000；

②、汽气比模拟量输出：0.00－5.00V；

③、水煤气、水蒸汽、混合气温度、冷激温差手动循环显示：

量程：0－300℃；

测量精度：±0.5℃；

④、热电偶开路、短路闪烁报警。

三、与现有技术的比较和积极效果：

1、在中小化肥厂推广使用汽气比智能显示仪，给运行人员的控制操作提供了可靠的依据，对降低能耗，稳定生产有着积极的作用。以某化肥厂为例：采用该显示仪表指导生产后，每小时节约蒸汽用量0.8吨，十台炉一年可节约蒸汽69120吨，折合人民币138.24万元；

2、原有产品测量精度不高，显示偏低，采用过热蒸汽压力及温度、饱和塔出口半水煤气温度、喷射器出口添加过热汽后的混合气温度四个参数作为在线计算汽气比的测量参数，没有充分考虑变换炉冷激工况变化引起的汽气比的变化。而本仪表则将上述过热蒸汽压力改为变换炉中变Ⅰ、Ⅱ段间冷激前后温差△T，其在线计算汽气比的精度比原有仪表高，因不采用压力测量信号而降低了测量成本；

3、采用优化的数学模型，模型考虑了机组在启动、正常运行等不同工况下的测量误差；

4、原有仪表结构不合理，电路由五块板组成，即：面板、CPU板、电源板、模拟放大板和铜电阻温度补偿板五部分，各部分之间用接插件或导线连接，因此使可靠性差。本仪表内部只有面板和主板两块印刷电路板，通过二个40针接插件连接构成，布局合理，结构紧凑，可靠性好；

5、原仪表外形尺寸过大，宽×高×长＝152×152×450；

本仪表外形尺寸小巧，宽×高×长＝152×76×250；

6、原有仪表无计算机联网功能，本仪表有此功能；

7、本仪表的性能价格比比原有仪表高。

附图说明：

附图1：（汽气比智能显示仪电路主板图）

1－电源变压器

2－直流稳压电源电路

3－热电耦冷端温度补偿桥式电路

4－滤波电路

5－汽气比模拟输出电路

6－温度电信号的模拟放大电路

7－接口插座

8－微机系统电路

9－串转并输出驱动电路

10－接插件插座

11－电阻排

附图2：（汽气比智能显示仪面板显示电路图）

12－汽气比显示数码管LA8011

13－温度、温差通道显示发光二极管

14－温度、温差显示数码管LA3621

15－电偶故障显示发光二极管

16－功能键

17－复位键

18－接插件插头

附图3：（汽气比智能显示仪面板正面布局图）

19－汽气比显示

20－温度、温差显示

21－温度、温差通道显示

22－电偶故障闪烁显示

23－功能键

24－复位键

附图4：（汽气比智能显示仪后端盖及外接线图）

（1）－（2）端外接补偿铜电阻R；

（3）－（4）端接过热蒸汽温度T₂；

（5）－（6）端接饱和塔出口半水煤气温度T₁；

（7）－（8）端接喷射器出口的混合气温度T₃；

（9）－（10）端接中变冷激前后触媒层的温差△T；

（11）－（12）端接汽气比模拟输出（PWM）；

（13）－（14）端接交流供电电源。

注：（3）（5）（7）（9）（11）端接信号正端，（4）（6）（8）（10）（12）端接信号负端。

Claims

1、汽气比智能显示仪表是一种测量工业过程参数的智能仪表，其特征在于，该智能仪表以温度和温差作为直接测量参数，采用优化的数学模型，利用单片机计算汽气比值，并通过四个LA8011型数码管(12)显示出来，仪表外形尺寸为高×宽×长=76×152×250，嵌入表盘安装式，机芯由两块印刷电路板组成，一块为主板，一块为面板，两板之间通过两个40针接插件(10)(18)垂直连接，用螺钉将主板连接在机架上，机架尾端固定有尾部接线端子，电源变压器(1)固定在靠尾部的主板上，可以很方便地从机壳中抽出机芯进行维修，其电路结构主要由电源变压器(1)、直流稳压电源电路(2)、热电偶冷端温度补偿桥式电路(3)、滤波电路(4)、汽气比模拟量输出(PWM)电路(5)温度电信号的模拟放大电路(6)、接口插座(7)、微机系统(8)、74LS164串转并LED驱动电路(9)等电路组成，这些电路的全部元器件都安装在主板上，在主板前端还装有与面板电路相连接的两个40针接插件的插座(10)，面板尺寸为高×宽=76×152，面板上部装有显示汽气比值的四个LA8011型数码管(12)；下部左侧装有巡回显示三个温度和一个温差的四个LA3621型数码管(14)；下部右侧装有温度、温差通道显示发光二极管(13)；紧接靠右是发光二极管(15)，用于热电偶故障闪烁显示报警；面板右下角是两个按键，一个是功能键(16)，用于选择显示三个温度和一个温差，另一个是复位键(17)，面板靠下中部边缘是与主板连接的两个40针接插件的插头(18)。

2、按照权利要求1所述的汽气比智能显示仪表，其特征在于所述的温度和温差测量参数为：饱和塔出口半水煤气温度T₁、过热蒸汽温度T₂、喷射器出口添加过热蒸汽后的混合气温度T₃、中变冷激前后触媒层的温度△T。

3、按照权利要求1所述的汽气比智能显示仪表，其特征在于所述的优化的数学模型为：

在设定条件下，变换系统汽气比K为：

K＝K₁＋K₂＋K₃

K₁＝ (T₁－57.14)/(227.5-T₁)

K₂＝ ((9.09+8.61×K₁)×(T₃-T₁))/(12.5×T₂-8.61×T₃)

K₃＝ ((K₁+K₂+0.93)×△T)/(T_B2+1182.2)

式中：

K——变换系统总汽气比；

K₁——饱和塔出口汽气比；

K₂——添加过热蒸汽增加的汽气比；

K₃——冷凝水冷激增加的汽气比。

4、按照权利要求1所述的汽气比智能显示仪表，其特征在于所述的主板上装有电源变压器（1）、直流稳压电源电路（2）、热电偶冷端温度补偿桥式电路（3）、滤波电路（4）、汽气比模拟量输出（PWM）电路（5）、温度电信号的模拟放大电路（6）、及其接口插座（7）、微机系统（8）、74LS164串转并LED驱动电路（9）、接插件插座（10）和电阻排（11）。

5、按照权利要求1所述的汽气比智能显示仪表，其特征在于所述的面板尺寸为高×宽＝76×152，面板上中部装有显示汽气比值的四个LA8011型数码管（12）；下部左侧装有巡回显示三个温度和一个温差的四个LA3621型数码管（14）；下部右侧装有温度、温差通道显示发光二极管（13）；紧接靠右是发光二极管（15），用于热电偶故障闪烁显示报警；面板右下角是两个按键，一个是功能键（16），另一个是复位键（17），面板靠下中部边缘是与主板垂直连接的两个40针接插件的插头（18）。

6、按照权利要求1所述的汽气比智能显示仪表，其特征在于主板与面板通过两个40针接插件（10）与（18）垂直连接。

7、按照权利要求1所述的汽气比智能显示仪表，其特征在于所述的温度电信号放大电路采用高精度、低温漂仪表用运放OP-07作为温度电信号的基本放大单元，接成三运放差动放大形式；所述的热电偶冷端温度补偿电路采用桥式电路的铜电阻补偿方法；所述的微机系统由8098CPU、EPROM2764、74LS373以及若干门电路构成，8098CPU的HS1，1采集键选信号，完成不同通道的温度显示，8098CPU串行输出数据经9片74LS164串转并输出，驱动LED显示汽气比值及通道温度值，同时驱动发光二极管显示通道号；所述的汽气比模拟量输出（PWM）放大跟随电路，经光电耦合器隔离及单运放放大后输出标准电压信号。