CN2709974Y

CN2709974Y - 数字式光干涉甲烷测定器校准仪

Info

Publication number: CN2709974Y
Application number: CN 200420060229
Authority: CN
Inventors: 李祖斌
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-07-12
Filing date: 2004-07-12
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2014-07-12

Abstract

本实用新型公开了一种数字式光干涉甲烷测定器校准仪，其特征是采用数字电子技术，测量单元由顺序电连接的压力传感器及其信号放大器、温度传感器及其信号放大器、转换开关、A/D转换器、微处理器、控制面板、显示器组成。优点是：测量准确度高，计量性能稳定、可靠；结构简单合理，测量操作步骤简捷，可减少操作误差，无须人工计算，不会出现人为读数误差、计算误差；功能齐全，一机多用，既可用作检定光干涉甲烷测定器的标准仪器，还可作为数字压力计或数字温度计使用。

Description

数字式光干涉甲烷测定器校准仪

技术领域

本实用新型涉及一种光干涉甲烷测定器的校准仪，具体地说，是一种数字式光干涉甲烷测定器校准仪。用以替代现有的由补偿式微压计、单管液体压力计和水银温度计组成的光干涉甲烷测定器校准仪。

背景技术

光干涉甲烷测定器是煤矿等行业用于测量瓦斯(其主要成分是甲烷)浓度，预防瓦斯爆炸、瓦斯突出事故的重要安全监测仪器。除必须按规定周期送计量监督部门检定外，用户也须进行日常校准，随时保持其可靠性和测量精度。

检定规程(JJG677-96)规定的光干涉甲烷测定器的检定方法是气压法。其原理是，当参比气室(空气室)中充满空气，测量气室(甲烷室)中充满一定浓度的甲烷气体时，仪器中的干涉条纹将移动，其移动量与甲烷浓度成比例；另外，当参比气室和测量气室都充满空气，给测量气室加一定压力，仪器中的干涉条纹也将移动，其移动量与所加压力成比例。检定仪器时，是通过测量加于仪器测量气室的压力和检定时的环境温度，再按下式计算出甲烷浓度：

X＝P/1.7665(273+t)

式中：P-检定时环境温度时，对应甲烷浓度X％CH₄检定点的压力值(kPa)；

t-检定时的环境温度(℃)；

X-对应检定点甲烷浓度值(％CH₄)。

现有的光干涉甲烷测定器检定装置的测量单元是由补偿微压计、单管液体压力计组成。如图1所示，包括压力调节器、五通、三只截止阀(1、2、3)、补偿微压计、单管液体压力计、过滤器；被检仪器与过滤器连通，通过管道连通气路。检定时，检测光干涉甲烷测定器测量气室的压力，另外再用温度计测量环境温度，然后按上述公式人工计算出甲烷浓度值。这种检定装置存在很多缺点：1.由于液体式压力计受温度、湿度等环境条件的影响较大，测量误差较大；根据微压计的结构和工作原理，容易出现人为读数误差。2.操作烦琐，必须分别测量压力、温度，再计算，整个测量过程要经几个步骤才能获得目标参数(对应压力、温度检定点的甲烷浓度)的量值，且易出现操作误差。3.体积、重量大，周期送检不方便。

实用新型内容

本实用新型提供一种新的光干涉甲烷测定器的校准仪，它没有上述缺点，可同时测量气体的压力和环境温度，自动计算并直接显示出对应压力、温度值的甲烷浓度值，整个测量过程一步完成。技术手段是，彻底摒弃现有光干涉甲烷测定器校准仪测量单元的液体式压力计，采用当今数字电子技术，用传感器检测光干涉甲烷测定器测量气室的压力和环境温度参数信号，将测量步骤和运算方法编为程序软件，经微电脑运算处理成目标参数的数字信号，最后由数字式显示器直接显示出目标参数(对应压力、温度检定点的甲烷浓度)的量值。具体技术解决方案如下：

一种数字式光干涉甲烷测定器校准仪，其特征在于：包括顺序电连接的压力传感器及其信号放大器、温度传感器及其信号放大器、转换开关、A/D转换器、微处理器、控制面板及显示器；所述压力传感器用于检测光干涉甲烷测定器测量气室的压力(P)、温度传感器用于检测环境温度(t)，并分别将检测测到的压力、温度转换成电信号，经放大器放大后输入A/D转换器，再输入微处理器；微处理器将压力、温度信号运算处理，输出表征甲烷浓度值的数字电信号至显示器，显示器显示甲烷浓度的数字量值。

所述表征甲烷浓度值是由微处理器将采集到的压力(P)、温度(t)代入公式X＝P/1.7665(273+t)后的计算值。

所述转换开关是两路模拟电子开关，设在A/D转换器的前端，其中一路连接压力信号，另一路连接温度信号。

所述控制面板是与微处理器电连接的三位触摸式按键，分别用于温度测量、压力测量、甲烷浓度测量操作指令，微处理器根据操作指令控制转换开关的工作状态。

所述显示器是数码管显示器或液晶显示器。

本实用新型的有益效果是：

1.结构简单合理，测量操作步骤简捷。用做光干涉甲烷测定器检定时，校准仪将采集到的压力和温度代入公式X＝P/1.7665(273+t)计算出对应的表征甲烷浓度值直接与被检器进行比较。而不须再进行人工计算，整个过程一步完成，操作极为简单、方便，检定工作效率高；可避免或减少操作误差；由于是数字显示，可避免人为读数误差。

2.测量准确度高，计量性能稳定、可靠。

3.功能齐全，一机多用，即可用作检定光干涉甲烷测定器的标准仪器，还可做为数字压力计或数字温度计使用。

4.体积小、重量轻，成本低，周期送检方便。

以下结合附图详细说明本实用新型。

附图说明

图1是现有光干涉甲烷测定器检定装置的结构原理图。

图2是本实用新型测量单元的电原理框图。

图3是图2的测量单元的电路图。该图中显示器9包括五个数码管LED、五个显示驱动电路集成块74164，均只画出一个示意，其它四个省略。

图4是本实用新型的面板布置示意图。

图5是本实用新型的背板布置示意图。

图6是本校准仪与压力调节器、被检仪器的电、气连接关系图。

具体实施方式

参见图2至图5：本数字式光干涉甲烷测定器校准仪，包括机芯和机箱。机芯设有顺序电连接的压力传感器1(可选用固态压阻式、或应变式、或扩散硅等压力传感器)及其信号放大器2(选用7650)、温度传感器3(选用Pt100)及其信号放大器4(选用7650)、转换开关5(选用4051)、A/D转换器6(选用7135)、微处理器7(选用8031)、控制面板8(也称键盘)、显示器9组成的数字式电子测量电路。此电路是常规的电子电路，本实用新型的发明点在于，采用这常规的电子电路替代现有的液体式压力计光干涉甲烷测定器校准装置，与校准单元有机结合，组成数字电子式光干涉甲烷测定器校准装置。其测量的物理量仍然是压力和温度，甲烷浓度值仍是根据公式X＝P/1.7665(273+t)计算得出，将测量步骤和运算方法编为程序软件，由微处理器7处理成数字电信号，由显示器9直接显示甲烷浓度的数字量值。

显示器9(可采用数码显示器，也可采用液晶显示器)设在机箱前面板上。

转换开关5是两路模拟电子开关，其中一路连接压力信号，另一路连接温度信号。

压力传感器1安装机箱内，压力电信号输入测量电路。

温度传感器3置于机箱附近，其传感头接触大气，温度电信号通过信号线输入测量电路。

控制面板8设在机箱的前面板上，控制面板8包括三位触摸式按键10-1、10-2、10-3及与门(7411)，各位按键与微处理器7电连接，分别用于温度、压力、甲烷浓度测量操作指令，微处理器7根据操作指令控制转换开关5的工作状态，接通温度信号，或接通压力信号。

在机箱的后面板上设有温度传感器插座13、压力进气口14、电源插座15、电源开关16。

本校准仪的工作原理：当压力、温度作用于压力、温度传感器(1、3)时，组成传感器的桥路电阻将发生变化，从而输出一个与电压、温度成正比的电压信号，经放大、A/D转换、微处理后，在显示器9上显示出对应的压力值或温度值或甲烷浓度值。

本校准仪的使用方法，参见图6：将本校准仪、被检仪器19(即被检光干涉甲烷测定器)、压力调节器1 8用三通17连接，使其气路相通，构成封闭气路，然后按检定步骤操作，读取本校准仪显示出的甲烷浓度值和被检光干涉甲烷测定器显示出的甲烷浓度值，两者之差即光干涉甲烷测定器的误差。

具体操作步骤如下：

将电源线插头插入电源插座15，温度传感器3插头插入温度传感器插座13，按下电源开关16，电源指示灯12亮。显示器9将依次从右至左显示“＝＝＝＝”，“HHHHH”符号，表示显示器9正常。自检结束后，本校准仪工作在温度测量档，温度测量指示12-1灯亮，参数单位指示灯11-1亮，显示器9显示出温度值(℃)，

校准仪通电预热应不少于30min，显示数值稳定后，方可进入测量工作。

--温度测量

将温度传感器3探头直接与被测对象接触，显示器9即可直接显示出被测对象温度值(℃)。

--压力测量

按压力测量键10-2，校准仪转换为压力测量功能，压力测量指示灯12-2亮。将被测压力通过胶管联接到压力进气口14，显示器9即可直接显示出被测压力值(kPa)。

--光干涉甲烷测定器检定

1)校准仪用作光干涉甲烷测定器检定时，首先使校准仪工作在温度测量档预热。

2)开启压力调节器18放气阀，将压力调节器18逆时针退到头。被检光干涉甲烷测定器19经过清洁、检查，清洗气路，调节好零点后，用堵头堵死出气口，进气口14，通过胶管联接。

3)将温度传感器3探头放置于被检光干涉甲烷测定器19旁。

4)气密性检查

按压力键10-2，校准仪转换为压力测量功能，压力测量指示灯12-2亮，参数单位指示灯11-2亮，显示器9显示出压力值(kPa)。关闭压力调节器18放气阀，顺时针转动压力调节器18，逐渐增加加于校准仪和被检光干涉甲烷测定器19上的压力值，至校准仪显示出的压力值为7kPa，待压力稳定后，检查仪器气密性；然后将压力降至零。

5)基本误差检定

①按甲烷浓度键10-3，校准仪转换为甲烷浓度校准功能，甲烷浓度指示灯12-3亮，参数单位指示灯11-3亮，显示器9显示出甲烷浓度值(％CH₄)。

②顺时针缓慢转动压力调节器18，至校准仪显示器9显示出的甲烷浓度值为1.00％CH₄时，读取被检光干涉甲烷测定器19示值。然后继续增加压力值，至校准仪显示器9显示出的甲烷浓度值为3.00％CH₄时，读取被检光干涉甲烷测定器示值。7.00％CH₄和9.00％CH₄检定点检定步骤同上。

③检定完9.00％CH₄检定点后，逆时针转动压力调节器18，缓慢减压至校准仪显示器9显示出的甲烷浓度值低于1.00％CH₄后，再重复②的操作步骤，第二次读取被检光干涉甲烷测定器1.00％、3.00％、7.00％、9.00％CH₄四个检定点的示值。

④重复③的操作步骤，第三次读取被检光干涉甲烷测定器1.00％、3.00％、7.00％、9.00％CH₄四个检定点的示值。

⑤以每个检定点三次检定的示值算术平均值作为该点检定结果值。

6)重复性检定

甲烷测定器19的测量重复性以单次测量的标准偏差表示。基本误差三次检定完成后，减压至校准仪显示器9显示出的甲烷浓度值低于3.00％CH₄，然后逐渐增压至校准仪显示器9显示出的甲烷浓度值为3.00％CH₄时，读取被检光干涉甲烷测定器示值。重复以上的操作步骤，共进行六次。根据六次测量值计算被检光干涉甲烷测定器19单次测量的标准偏差。

7)气密性、基本误差、重复性检定完毕后，开启压力调节器18放气阀，使系统内压力降至零，取下被检光干涉甲烷测定器19和压力调节器18，关闭电源开关16。

Claims

1.一种数字式光干涉甲烷测定器校准仪，其特征在于：包括顺序电连接的压力传感器及其信号放大器、温度传感器及其信号放大器、转换开关、A/D转换器、微处理器、控制面板及显示器；所述压力传感器用于检测光干涉甲烷测定器测量气室的压力(P)、温度传感器用于检测环境温度(t)，并分别将检测测到的压力、温度转换成电信号，经放大器放大后输入A/D转换器，再输入微处理器；微处理器将压力、温度电信号运算处理，输出表征甲烷浓度值的数字电信号至显示器，显示器显示甲烷浓度的数字量值。

2.根据权利要求1所述的数字式光干涉甲烷测定器校准仪，其特征在于：所述转换开关是两路模拟电子开关，设在A/D转换器的前端，其中一路连接压力信号，另一路连接温度信号。

3.根据权利要求1所述的数字式光干涉甲烷测定器校准仪，其特征在于：所述控制面板是与微处理器电连接的三位触摸式按键，分别用于温度测量、压力测量、甲烷浓度测量操作指令，微处理器根据操作指令控制转换开关的工作状态。

4.根据权利要求1所述的数字式光干涉甲烷测定器校准仪，其特征在于：所述表征甲烷浓度值是由微处理器将采集到的压力(P)、温度(t)代入公式X＝P/1.7665(273+t)后的计算值。

5.根据权利要求1所述的数字式光干涉甲烷测定器校准仪，其特征在于：所述显示器是数码管显示器。

6.根据权利要求1所述的数字式光干涉甲烷测定器校准仪，其特征在于：所述显示器是液晶显示器。