《基于PT1000的自动量热仪的研究与设计》
来源:中文期刊网位置:工业技术时间:15-02-06 16:26
摘要:目的:介绍一种基于PT1000的自动量热仪的研究与设计。方法:改变传统上下位机控制的方法,采用可编程逻辑器件,将主控制卡和人机界面两部分分开控制,采用SPI通讯方式进行数据传递,内外筒温度采集均采用高精度的温度传感器PT1000采集,试验过程中,对于初期、主期以及末期的温度采集以及C值的算法均按照试验的要求设置,试验环境采用高精度恒温系统,尽量避免由环境温差引起的误差。结果:经过瑞方法和国标法对热容量和发热量的测试,测试结果符合国家标准。结论:本设计方法可行。具有良好的推广价值。
关键词:自动量热仪 发热量 热容量
发热量是衡量煤的质量的重要指标,也是衡量煤的计价的主要依据。我国是产煤大国,需要精密快速的量热仪来测量煤的发热量。大部分产品一般采用单片机控制或者上下位机实现的控制形式,单片机控制在现有条件下已经无法完成大数据处理,处理速度慢。而ISA插槽在计算机主板上逐渐淘汰,从而影响下一代产品的更新。PCI局部总线传输速率高、稳定性可靠,但一般都基于上下位机操作。该文采用高性价比的CPLD器件实现了嵌入式产品设计,采用PT1000实现温度采集[4][5],在结构设计上采用自动水循环结构,保证了内筒水的自动定量与水温调节,试验过程中,对于初期、主期以及末期的温度采集以及C值的算法均按照试验的要求设置,试验环境采用高精度恒温系统,尽量避免由环境温差引起的误差。设计验证后仪器精度高,试制可行。
1 系统工作原理
1.1 自动量热仪工作原理
该文中设计的量热仪的工作原理是:称取单位质量的煤样,在氧弹中经充分燃烧,用一定质量的水去吸收其释放的热量,然后采集燃烧之前和燃烧后的水温,由 PT1000测得的由温度变化而引起的对应的电信号进行采集,并对系统进行热量校正,通过A/D转换后,采用一定的数字滤波方法进行滤波处理,并用经验公式进行修正后得到[6][7][8]。
2 硬件设计
其硬件原理框图如图1所示,主要分两个部分:主板控制卡部分和人机界面卡部分。硬件平台采用CPLD器件ATF1508AS,稳定可靠,系统可调节能力强。
3 单元电路的设计
3.1 温度采集电路的设计
温度采集电路对本设计而言非常重要,对温度的采集测量是否准确对仪器的测量准确度影响非常大[9-10],本设计采用了精度为0.0001℃的温度传感器PT1000进行温度采集,其原理图如图2。
3.2 A/D转换电路的设计
温度的测量分内桶和外桶,分两路温度采集通道,采用四通道24位A/D转换芯ADS1253对采集的信号进行A/D转换。采用ADR444BRZ作为电压基准芯片,为A/D采样提供基准电压。其原理图如图3和图4所示。
4 温度采样流程
温度采样分三个流程: 初期采样、主期采样和末期采样;初期采样主要是为了采集在点火之前的内筒温度,同时,需要知道点火时的冷却速度,在其温度均匀一致后,测得其温度值。主期采样主要是采集点火后的温度值以及点火时间点到45s后的温升。可以计算温升速度。当内筒温度出现下降时,试验进入末期。5分钟后,准确测取内筒温度。停止搅拌,结束试验。计算冷却速度,并以冷却速度代表终点时的冷却速度,作为冷却校正值的计算之用。
5 试验与测试数据分析
人机界面控制板控制主控板。人机界面给主控板发送测试参数、测试开始命令。主控板完成初期、主期、末期的采样及控制工作,计算测试数据结果,向人机界面控制板返回实时温度值、测试状态。通过试验。测得的试验数据表1所示。(检测试验数据的小数部分进行了“四舍六入五成双”处理。)
6 结论
本设计经过软硬件的设计和试验验证,各项指标都符合国家标准,试制可行。在人机界面部分,后期还可以进行触摸屏的设计探讨。
参考文献:
[1] 李英华.煤质分析应用技术指南[M].北京:中国标准出版社,2009.
[2] 胡彪,孟志强,胡如龙.PCI总线技术在量热仪系统上的应用[J].仪表技术与传感器,2008(6):40-43.
[3] 胡彪.快速量热仪的研究与设计[D].长沙:湖南大学硕士学位论文,2008.
[4] 单勇,徐广立.智能自动量热仪的应用[J].山东煤炭科技,2009(1):59-60.
[5] 崔广润忠,李中原.微机量热仪的点火控制方式对发热量测值的影响[J].周口师范学院学报,2003(2):26-28.
[6] 李树龙,杨海生.环境对自动量热仪测试过程中的影响分析[J].煤质技术,2012(11).
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