專利名稱：蒸汽計(jì)量智能積算儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及蒸汽計(jì)量數(shù)據(jù)的采集和處理裝置，特別是一種速度式和差壓式蒸汽流量計(jì)的蒸汽計(jì)量智能積算儀。
背景技術(shù)：
蒸汽作為二次能源，對(duì)其的準(zhǔn)確計(jì)量具有重大的社會(huì)意義?，F(xiàn)有的蒸汽計(jì)量，由于蒸汽計(jì)量數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜性，大都采用查表方式或自擬合公式，或未采用最新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)公式，計(jì)算精度差；或采用溫度變送器、壓力變送器、流量傳感器(變送器)單獨(dú)分開安裝，再將各傳感器集成到一起的方法進(jìn)行計(jì)量，存在各輸入量的轉(zhuǎn)換誤差，致計(jì)量精度差；或在實(shí)際偏離飽和蒸汽狀態(tài)的情況下當(dāng)作飽和蒸汽計(jì)量，只單獨(dú)采用一個(gè)溫度傳感器或壓力傳感器，造成計(jì)量不正確，或結(jié)果輸出為質(zhì)量單位，作為結(jié)算單位，對(duì)于今后的發(fā)展趨勢(shì)，不能滿足以熱量作為蒸汽的結(jié)算單位的情況。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就針對(duì)已有的技術(shù)的缺點(diǎn)和不足之處，提供了一種蒸汽計(jì)量用的蒸汽計(jì)量智能積算儀。它可根據(jù)需求進(jìn)行鍵盤按鍵設(shè)定操作，選擇計(jì)量飽和蒸汽或過熱蒸汽。當(dāng)通過鍵盤選擇輸入端單獨(dú)輸入溫度傳感器T或壓力傳感器P的信號(hào)時(shí)，用于對(duì)飽和蒸汽的測(cè)量；當(dāng)通過鍵盤選擇輸入端同時(shí)輸入溫度傳感器T和壓力傳感器P信號(hào)時(shí)，用于對(duì)過熱蒸汽的測(cè)量。它對(duì)蒸汽的流量、溫度、壓力實(shí)時(shí)采集、處理、顯示和遠(yuǎn)傳輸出，可輸出顯示的量為有關(guān)的蒸汽參數(shù)溫度、壓力、密度、熱焓、體積流量、體積總量、質(zhì)量流量、質(zhì)量總量、熱量流量、熱量總量，可提供傳輸?shù)男盘?hào)有與體積流量相對(duì)應(yīng)的脈沖頻率信號(hào)、4mA～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)(二線或三線)、RS485數(shù)據(jù)通信接口、RF無線射頻信號(hào)。
本實(shí)用新型的蒸汽計(jì)量智能積算儀，其特征在于主要由流量傳感器Q、溫度傳感器T、壓力傳感器P和主機(jī)組成；主機(jī)電路是以單片機(jī)10為核心的單片機(jī)系統(tǒng)，其電路連接為供電電源電路20與各電路連接；顯示屏11與和單片機(jī)10連接的顯示驅(qū)動(dòng)電路12連接(采用液晶顯示驅(qū)動(dòng)電路12和液晶顯示屏11為佳)；流量傳感器Q與主機(jī)上的流量信號(hào)處理電路5連接，流量信號(hào)處理電路5與主機(jī)的單片機(jī)10連接；壓力傳感器P與壓力調(diào)理電路1連接、溫度傳感器T與溫度調(diào)理電路2連接，壓力調(diào)理電路1和溫度調(diào)理電路2與多路開關(guān)3并接，多路開關(guān)3與和單片機(jī)10連接的運(yùn)算放大器電路4連接；與單片機(jī)10連接的電路還有晶振電路6和鍵盤8(當(dāng)通過鍵盤8選擇輸入端單獨(dú)輸入溫度傳感器T或壓力傳感器P的信號(hào)時(shí)，用于對(duì)飽和蒸汽的測(cè)量；當(dāng)通過鍵盤8選擇輸入端同時(shí)輸入溫度傳感器T和壓力傳感器P信號(hào)時(shí)，用于對(duì)過熱蒸汽的測(cè)量。)。
本實(shí)用新型的蒸汽計(jì)量智能積算儀與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)一體化程度高，集成多個(gè)傳感器，通過鍵盤8可選擇選擇輸入端單獨(dú)輸入溫度傳感器T或壓力傳感器P信號(hào)，或選擇輸入端同時(shí)輸入溫度傳感器T和壓力傳感器P信號(hào)，當(dāng)輸入端單獨(dú)輸入溫度傳感器T或壓力傳感器P信號(hào)時(shí)，用于對(duì)飽和蒸汽的測(cè)量；當(dāng)輸入端同時(shí)輸入溫度傳感器T和壓力傳感器P信號(hào)時(shí)，用于對(duì)過熱蒸汽的測(cè)量。整體具有很高的可靠性，能長(zhǎng)期自動(dòng)計(jì)量蒸汽，計(jì)量精度高，顯示數(shù)據(jù)量大，可輸出顯示的量為有關(guān)的蒸汽參數(shù)溫度、壓力、密度、熱焓、體積流量、體積總量、質(zhì)量流量、質(zhì)量總量、熱量流量、熱量總量；輸出接口功能豐富，可提供傳輸?shù)男盘?hào)有與體積流量相對(duì)應(yīng)的脈沖頻率信號(hào)、4mA～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)(二線或三線)、RS485數(shù)據(jù)通信接口、RF無線射頻信號(hào)，便于上位機(jī)集中管理；為適應(yīng)發(fā)展趨勢(shì)，積算儀能計(jì)量熱量?？梢允褂帽痉e算儀進(jìn)行長(zhǎng)期在線連續(xù)計(jì)量，使蒸汽計(jì)量達(dá)到一個(gè)新的高技術(shù)水。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。


圖1是本實(shí)用新型的蒸汽計(jì)量智能積算儀的電原理的電路框圖。
圖2是本實(shí)用新型的蒸汽計(jì)量智能積算儀的主程序流程圖。
圖中1.壓力調(diào)理電路，2.溫度調(diào)理電路，3.多路開關(guān)，4.運(yùn)算放大器電路，5.流量信號(hào)處理電路，6.晶振電路，7.EEPROM存儲(chǔ)器，8.鍵盤，9.硬件防死機(jī)電路，10.單片機(jī)，11.顯示屏，12.顯示驅(qū)動(dòng)電路，13.脈沖頻率輸出電路模塊，14.4mA～20mA電流輸出電路模塊，15.RS485數(shù)據(jù)通信電路模塊，16.無線通信電路模塊，17.外部24VDC電源，18.鋰電池，19.電源管理電路，20.供電電源電路，Q.流量傳感器，P.壓力傳感器，T.溫度傳感器。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型的蒸汽計(jì)量智能積算儀，其特征在于主要由流量傳感器Q、溫度傳感器T、壓力傳感器P和主機(jī)組成；主機(jī)電路是以單片機(jī)10為核心的單片機(jī)系統(tǒng)，其電路連接為供電電源電路20與各電路連接；顯示屏11與和單片機(jī)10連接的顯示驅(qū)動(dòng)電路12連接(采用液晶顯示驅(qū)動(dòng)電路12和液晶顯示屏11為佳)；流量傳感器Q與主機(jī)上的流量信號(hào)處理電路5連接，流量信號(hào)處理電路5與主機(jī)的單片機(jī)10連接；壓力傳感器P與壓力調(diào)理電路1連接、溫度傳感器T與溫度調(diào)理電路2連接，壓力調(diào)理電路1和溫度調(diào)理電路2與多路開關(guān)3并接，多路開關(guān)3與和單片機(jī)10連接的運(yùn)算放大器電路4連接；與單片機(jī)10連接的電路還有晶振電路6和鍵盤8(當(dāng)通過鍵盤8選擇輸入端單獨(dú)輸入溫度傳感器T或壓力傳感器P的信號(hào)時(shí)，用于對(duì)飽和蒸汽的測(cè)量；當(dāng)通過鍵盤8選擇輸入端同時(shí)輸入溫度傳感器T和壓力傳感器P信號(hào)時(shí)，用于對(duì)過熱蒸汽的測(cè)量。)。由于功能的需要，與單片機(jī)系統(tǒng)連接的硬件電路還包括EEPROM存儲(chǔ)器7、硬件防死機(jī)電路9、脈沖頻率輸出電路模塊13，4mA～20mA電流輸出電路模塊14，RS485數(shù)據(jù)通信電路模塊15，無線通信電路模塊16，外部24VDC電源17，鋰電池18，電源管理電路19。
遠(yuǎn)傳信號(hào)輸出采用模塊化電路設(shè)計(jì)，每種輸出信號(hào)均采用一個(gè)單獨(dú)的電路模塊，根據(jù)需要可進(jìn)行增減；輸出電路采用光電隔離技術(shù)，從而大大提高系統(tǒng)的抗干擾性。
所述的蒸汽計(jì)量智能積算儀，其特征在于單片機(jī)10的程序的數(shù)據(jù)模型采用國(guó)際水和水蒸汽學(xué)會(huì)的“IAPWS水和水蒸汽熱力學(xué)性質(zhì)1997工業(yè)用公式”或簡(jiǎn)稱“IAPWS-IP97公式”。在該積算儀的程序中，由于“IAPWS-IP97”公式計(jì)算的復(fù)雜性，采用IEEE754的四字節(jié)單精度浮點(diǎn)數(shù)格式進(jìn)行加、減、乘、除、比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換等運(yùn)算，程序模塊化結(jié)構(gòu)，清晰易懂、維護(hù)方便。
所述的蒸汽計(jì)量智能積算儀，其特征在于流量傳感器Q為速度式流量傳感器，其流量信號(hào)處理電路5的輸出為脈沖頻率信號(hào)與單片機(jī)10的計(jì)數(shù)器端口相連接，或流量傳感器Q為差壓式流量傳感器，其流量信號(hào)處理電路5的輸出為與差壓值相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)與主機(jī)的單片機(jī)10連接。
所述的蒸汽計(jì)量智能積算儀，其特征在于單片機(jī)可通過I/O口與脈沖頻率輸出電路模塊13、4mA～20mA電流輸出電路模塊14、RS485數(shù)據(jù)通信電路模塊15、無線通信電路模塊16連接，方便與上位機(jī)的聯(lián)網(wǎng)。
所述的蒸汽計(jì)量智能積算儀，其特征在于單片機(jī)系統(tǒng)供電采用電源管理技術(shù)，外部24VDC電源17和鋰電池18與電源管理電路19并接，電源管理電路19與單片機(jī)系統(tǒng)供電電源電路20連接，當(dāng)僅使用鋰電池18供電時(shí)，通過電源管理電路19和單片機(jī)的程序控制管理，電源平均功耗不大于200μA，且當(dāng)鋰電池18供電電壓低于3.6V，只要電池未完全耗盡，則單片機(jī)系統(tǒng)供電電源20供電電壓維持在3.6V，保證了電路工作的可靠性。
所述的蒸汽計(jì)量智能積算儀，其特征在于單片機(jī)系統(tǒng)采用了硬件防死機(jī)電路9，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行由于外部干擾或不可預(yù)知的因素出現(xiàn)死機(jī)時(shí)，由硬件電路強(qiáng)制復(fù)位后正常運(yùn)行。
所述的蒸汽計(jì)量智能積算儀，其特征在于單片機(jī)系統(tǒng)采用EEPROM存儲(chǔ)器7，在斷電后能長(zhǎng)期保存原有的數(shù)據(jù)，在上電后恢復(fù)。避免由于斷電后的數(shù)據(jù)丟失。
所述的蒸汽計(jì)量智能積算儀，其特征在于所有電路均采用本質(zhì)安全設(shè)計(jì)。采用限流供電方式，包括內(nèi)部電池電源的限流供電、對(duì)各傳感器的限流供電等措施，可有效保證儀表安全防爆。
本積算儀的核心部分是單片機(jī)10，其特點(diǎn)是I/O端口數(shù)量多，內(nèi)部集成了很多外圍功能如AD轉(zhuǎn)換、UART等，微功耗，處理能力強(qiáng)等。單片機(jī)上電后根據(jù)外部晶振電路6的頻率速度運(yùn)行，溫度傳感器T和壓力傳感器P經(jīng)各自信號(hào)調(diào)理電路后，通過單片機(jī)10控制多路開關(guān)3選通后進(jìn)入運(yùn)算放大器電路4先進(jìn)行信號(hào)放大，再到單片機(jī)10的內(nèi)部進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，流量傳感器Q經(jīng)流量信號(hào)處理電路5后與單片機(jī)10的I/O端口相連接。單片機(jī)10采集到各傳傳感器信號(hào)后進(jìn)行運(yùn)算，將結(jié)果輸出顯示，即通過與顯示驅(qū)動(dòng)電路12(采用液晶顯示驅(qū)動(dòng)電路為佳12)的接口，將數(shù)據(jù)顯示到顯示屏11(采用液晶顯示屏11為佳)；當(dāng)檢測(cè)到無線通信信號(hào)時(shí)，即根據(jù)預(yù)定的通信協(xié)議通過無線通信模塊16進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；當(dāng)檢測(cè)到外部24VDC電源17供電時(shí)，通過脈沖頻率輸出電路模塊13輸出脈沖，并自動(dòng)判斷是否有二線或三線的4mA～20mA電流輸出電路模塊14并輸出，當(dāng)通過RS485數(shù)據(jù)通信電路模塊15通信口接收到數(shù)據(jù)時(shí)，通過RS485數(shù)據(jù)通信電路模塊15根據(jù)通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；當(dāng)程序由于不可預(yù)知的因素“跑飛”或“死機(jī)”時(shí)，單片機(jī)10上的硬件防死機(jī)電路9強(qiáng)制單片機(jī)復(fù)位以進(jìn)入正常工作狀態(tài)。當(dāng)有外部24VDC電源17加入時(shí)，內(nèi)部電池18自動(dòng)切斷供電以節(jié)省電能，如無外部24VDC電源17時(shí)，則內(nèi)部電池18自動(dòng)供電，當(dāng)內(nèi)部電池18在使用過程中慢慢地消耗而致電壓降低時(shí)，電源管理電路19自動(dòng)保持3.6V電壓不變直至電池完全無輸出電流，這樣保證了單片機(jī)系統(tǒng)供電電源20的穩(wěn)定。
權(quán)利要求1.一種蒸汽計(jì)量智能積算儀，其特征在于主要由流量傳感器(Q)、溫度傳感器(T)、壓力傳感器(P)和主機(jī)組成；主機(jī)電路是以單片機(jī)(10)為核心的單片機(jī)系統(tǒng)，其電路連接為供電電源電路(20)與各電路連接；顯示屏(11)與和單片機(jī)(10)連接的顯示驅(qū)動(dòng)電路(12)連接；流量傳感器(Q)與主機(jī)上的流量信號(hào)處理電路(5)連接，流量信號(hào)處理電路(5)與主機(jī)的單片機(jī)(10)連接；壓力傳感器(P)與壓力調(diào)理電路(1)連接、溫度傳感器(T)與溫度調(diào)理電路(2)連接，壓力調(diào)理電路(1)和溫度調(diào)理電路(2)與多路開關(guān)(3)并接，多路開關(guān)(3)與和單片機(jī)(10)連接的運(yùn)算放大器電路(4)連接；與單片機(jī)(10)連接的電路還有晶振電路(6)和鍵盤(8)；當(dāng)通過鍵盤(8)選擇輸入端單獨(dú)輸入溫度傳感器(T)或壓力傳感器(P)的信號(hào)時(shí)，用于對(duì)飽和蒸汽的測(cè)量；當(dāng)通過鍵盤(8)選擇輸入端同時(shí)輸入溫度傳感器(T)和壓力傳感器(P)信號(hào)時(shí)，用于對(duì)過熱蒸汽的測(cè)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蒸汽計(jì)量智能積算儀，其特征在于單片機(jī)系統(tǒng)供電采用電源管理技術(shù)，外部24VDC電源(17)和鋰電池(18)與電源管理電路(19)并接，電源管理電路(19)與單片機(jī)系統(tǒng)供電電源電路(20)連接，當(dāng)僅用鋰電池(18)供電時(shí)，整機(jī)平均功耗不大于200μA。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種蒸汽計(jì)量智能積算儀，其特征在于流量傳感器(Q)為速度式流量傳感器，其流量信號(hào)處理電路(5)的輸出為脈沖頻率信號(hào)與單片機(jī)(10)的計(jì)數(shù)器端口相連接，或流量傳感器(Q)為差壓式流量傳感器，其流量信號(hào)處理電路(5)的輸出為與差壓值相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)與主機(jī)的單片機(jī)(10)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種蒸汽計(jì)量智能積算儀，其特征在于單片機(jī)(10)的程序的數(shù)據(jù)模型采用國(guó)際水和水蒸汽學(xué)會(huì)的“IAPWS水和水蒸汽熱力學(xué)性質(zhì)1997工業(yè)用公式”或簡(jiǎn)稱“IAPWS-IF97公式”。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種蒸汽計(jì)量智能積算儀，其特征在于單片機(jī)(10)的程序的數(shù)據(jù)模型采用國(guó)際水和水蒸汽學(xué)會(huì)的“IAPWS水和水蒸汽熱力學(xué)性質(zhì)1997工業(yè)用公式”或簡(jiǎn)稱“IAPWS-IF97公式”。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種蒸汽計(jì)量智能積算儀，其特征在于與單片機(jī)(10)系統(tǒng)連接的硬件電路還包括EEPROM存儲(chǔ)器(7)、硬件防死機(jī)電路(9)、脈沖頻率輸出電路模塊(13)，4mA～20mA電流輸出電路模塊(14)，RS485數(shù)據(jù)通信電路模塊(15)，無線通信電路模塊(16)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種蒸汽計(jì)量智能積算儀，其特征在于與單片機(jī)(10)系統(tǒng)連接的硬件電路還包括EEPROM存儲(chǔ)器(7)、硬件防死機(jī)電路(9)、脈沖頻率輸出電路模塊(13)，4mA～20mA電流輸出電路模塊(14)，RS485數(shù)據(jù)通信電路模塊(15)，無線通信電路模塊(16)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種蒸汽計(jì)量智能積算儀，其特征在于與單片機(jī)(10)系統(tǒng)連接的硬件電路還包括EEPROM存儲(chǔ)器(7)、硬件防死機(jī)電路(9)、脈沖頻率輸出電路模塊(13)，4mA～20mA電流輸出電路模塊(14)，RS485數(shù)據(jù)通信電路模塊(15)，無線通信電路模塊(16)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種蒸汽計(jì)量智能積算儀，其特征在于與單片機(jī)(10)系統(tǒng)連接的硬件電路還包括EEPROM存儲(chǔ)器(7)、硬件防死機(jī)電路(9)、脈沖頻率輸出電路模塊(13)，4mA～20mA電流輸出電路模塊(14)，RS485數(shù)據(jù)通信電路模塊(15)，無線通信電路模塊(16)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種蒸汽計(jì)量智能積算儀，該積算儀主要由主機(jī)、流量傳感器、壓力傳感器及溫度傳感器等組成一個(gè)整體系統(tǒng)。該積算儀系統(tǒng)一體化程度高，集成多個(gè)傳感器，通過鍵盤8可選擇輸入端單獨(dú)輸入溫度傳感器T或壓力傳感器P信號(hào)，或選擇輸入端同時(shí)輸入溫度傳感器T和壓力傳感器P信號(hào)，當(dāng)輸入端單獨(dú)輸入溫度傳感器T或壓力傳感器P信號(hào)時(shí)，用于對(duì)飽和蒸汽的測(cè)量；當(dāng)輸入端同時(shí)輸入溫度傳感器T和壓力傳感器P信號(hào)時(shí)，用于對(duì)過熱蒸汽的測(cè)量；并能自動(dòng)對(duì)蒸汽計(jì)量數(shù)據(jù)的檢測(cè)、計(jì)算、顯示和信號(hào)遠(yuǎn)傳。主要優(yōu)點(diǎn)是計(jì)量精度高，工作可靠，微功耗。蒸汽作為二次能源，對(duì)蒸汽的準(zhǔn)確計(jì)量具有深遠(yuǎn)的社會(huì)意義，同時(shí)具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
文檔編號(hào)G01D21/02GK2775613SQ20042005519
公開日2006年4月26日 申請(qǐng)日期2004年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月15日
發(fā)明者陶朝建, 葉朋, 李丕想, 葉波 申請(qǐng)人:浙江天信儀表有限公司