智能光电镜面冷凝式露点仪制造技术

本发明专利技术涉及一种智能光电镜面冷凝式露点仪，它包括微机控制器ＣＰＵ、键盘、显示器、以及测量组件，微机控制器的软件部分主要包括双回路的平衡系统，自动控制被测气体中的水蒸汽与镜面上的露呈相平衡状态，从而提高了露点仪的测量精确性，本露点仪是通过测量气体结露温度来测量气体的微量水含量的仪器，适用于空气、氮、氧、氢、氖、氩、六氟化硫气体的测定。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测量仪器，它用于自动化精密测量气体的露点。作为湿度检测基准的露点是指气体在大气压下开始结露时的温度，在许多情况之下，工业气体中的水蒸汽含量明显高出规定的指标，所以解决湿度精确测量和控制的呼声越来越强烈，因此，露点仪的开发与研制受到产业界的广泛注意。目前，国内有关厂家生产的露点仪其测量方法主要利用吸湿原理，绝热膨胀原理或光电原理等，所制得的产品为非平衡式露点仪，用户使用不方便，它表现在两个方面，其一是非平衡式测量使得测量精度无法确保;其二是体积大，易出故障，也未能真正实现在线测量。《中国技术成果大全》91年13期253页刊摘了“智能式光电露点仪”，该露点仪在光电露点法烟气预处理装置的基础上，将光纤技术、半导体致冷热技术与微机应用技术相结合的产物，文摘中未涉及技术实质内容。中国专利局出版的《技术专利公报》于1989年6月14日公告的“微型智能化露点式湿度仪”(公告号CN 2039423U)，其技术方案主要是利用微型梳状电极间的电阻从非结露到结露状态时出现突然减小这一物理特征，以鉴别露点状态;作为冷源的半导体致冷器由单级或多级构成以加大温差范围，从而提高温度测量范围。该技术方案利用单回路控制系统，直接用电信号或温度信号去控制半导体致冷器的工作，这种控制方案无法解决输入量与输出量之间的对应的关系，也就是说未能解决光电信号的变化滞后与变化梯度和控制温度的对应关系，其控制方法仍属于非平衡式控制法，因此测量精度是无法保证的。为了克服上述的现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种智能光电镜面冷凝式露点仪，它采用双回路平衡系统精确控制镜面温度，从而提高露点仪的测量精确性能。本专利技术所遵循的测量原理就是采用热电泵冷却镜面，让被测气体在恒压，恒流状态下通过镜面，当镜面冷却至某一温度时，被测气体中的水蒸汽开始在镜面上冷凝，通过微机自动控制使镜面上的露与气体中的水份呈相平衡状态，用铂热电阻精确测量镜面的温度，该温度就是被测气体的露点温度。利用上述原理而专利技术的露点仪，包括仪器机壳，在其内部设置有微机控制器CPU，与其相连的键盘、显示器位于仪器外部，以及整机供给电源，机壳内有测量组件，其中散热器、结露镜面分别与周围有隔热层的半导体致冷器的热端和冷端相连，所述的结露镜面位于致冷测量室内，被测量的气体流经与测量室相通的进、排气管，光电发射、接收管位于镜面前方，本专利技术的特征是它还包括A光电接收管接入光电测量放大电路的输入端，由光电测量放大电路放大后的模拟电信号经A/D转换器转换成数字信号接至微机控制器CPU;B采集结露镜面温度的传感器与温度测量放大电路相连，由该放大电路放大后的模拟信号经A/D转换器转换成数字号接至微机控制器CPU;C上述的微机控制器CPU输出的数字信号接至D/A转换器，经该转换器转换成模拟信号，该信号接至半导体致冷器，并控制其工作状态;D所述的微机控制器CPU还设有受读入的光电信号、温度信号控制的平衡控制测量模块，该模块可对如下动作进行平衡控制-采集光电信号;-确定目标温度;-计算温度误差;-计算热泵工作效率，稳定或调整热泵的工作状态;-稳定或改变镜面温度;-影响结露呈相平衡状态。上述的平衡控制测量模块所实现的平衡控制方案，实质上是由光电信号决定温度目标值，由温度误差控制温度，然后根据光电信号的变化逐渐修正温度目标值，最后找到汽露的相平衡点-露点。与现有技术中无论是采用开放式的测量方案或简单的PID单回路控制方案相比，也就是同非平衡式测控方案相比，本专利技术充分考虑到各变量之间的关系，采有了双回路控制方案，精确控制镜面温度，从而解决了在单回路中光电信号的变化滞后与变化梯度和被控制温度均不能很好的对应的缺陷，因此提高并确保了测量的精度，另外，本专利技术采用光电信号决定温度目标值，由温度误差控制温度使得这种复杂的控制变得非常简单，并能实现精确的在线平衡控制测量。本专利技术软件中还采用了状态矩阵法调度命令模块，硬件尽量采用较少的按键，实现测量、消露、查询、打印、通讯等多种功能，给用户提供了良好的操作界面。 附图说明图1是本专利技术的原理框图; 图2是本专利技术的平衡控制逻辑图; 图3是控制程序流程图; 图4是光电测量子程序流程图; 图5是平衡控制子程序流程图; 图6是光电测量放大电路原理图; 图7是铂热电阻测量放大电路原理图; 图8是微机部分的电原理图; 图9、图10是本专利技术的外壳示意图; 图11是测量组件示意图。以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。实施例由图1给出的原理框图可见，被测样气送至致冷室，红外发射、接收管采集光电信号经放大器A1后输入A/D，由热敏元件，如铂热电阻采集的温度信号经测量放大器A2接至A/D，光电信号与温度信号经A/D转换后接至微机控制器，该微机控制器上联有显示器和键盘。微机控制器还连有D/A转换器，D/A与热电泵相连控制半导体致冷器工作，由电源向整机供电。图2是平衡控制测量模块的逻辑图，它是一个双回路方案，首先由光电信号决定温度目标值，然后根据光电信号的变化逐渐修正温度目标值，最后找到汽露的相平衡点。图3是控制主程序流程图，它主要包括开机、初始化、输入、输出以及命令处理、任务调度、光电测量、平衡测量控制等模块组成，软件的各模块均以标志位进行通讯，由调度程序统一进行进程调度。所设的状态控制的调度命令模块可以对以下动作进行选择-手动方式测量、消露;或-自动方式测量、循环选择、确认测量周期;或-查询选择显示露点值的起始行或逐行显示露点值;或-通讯或打印。图4给出了光电测量子程序流程图，被测气体在镜面上尚未结露时，镜面将红外线发射光信号全反射到接收管，此时由标准仪器整定一个光电标准值，随着镜面降温，气体开始在镜面上冷凝结露，因此发射管发出的光信号由镜面慢反射(其中含有拆射的部分)到接收管，此时有一个光电值，也就是实际接收到的模拟值。将结露后的光电值与光电标准值作减法处理，并进行误差判断以及选择返回程序或设置F12标志以供执行下述的平衡控制程序。图5是图3中的平衡控制程序的子程序流程图。该子程序符合图2中的逻辑关系，顺序完成如下控制光电信号是否到结露值，如果尚未结露，则需迅速致冷使被测气体结露，将结露状态的温度做为平衡控制温度的目标值，将光电信号与结露值的差值及符合给恒温控制模块，根据光电误值和符号计算调整PID系数，采集镜面温度并计算输出，控制镜面温度，保持镜面温度并持续一段时间，假定持续30秒，判断镜面结露状态是否变化，如果结露状态未持续30秒就开始变化，则转向并再次执行上述的采集镜面温度、计算输出、控制镜面恒温程序，如果持续30秒时间结露状呈稳定状态则判断光电值与结露值的差值是否满足充许的设定的范围内，并对下述的三种进程进行选择a光电值与结露值的差值偏小，则恒温目标值加0.5℃(该值可以大或小)，转向并执行前述的将光电信号与结露值的值差及符号传给恒温控制模块程序; b光电值与结露值的差值偏大则恒温目标值减0.5℃，转向并执行前述的将光电信号与结露值的差值及符号传给恒温控制模块程序; c光电值与结露值的差值为“O”，也就是说差值满足了设定的充许的误差范围，此处“O”是指定的足够小的误差的概念，此时的恒温目标值即为平衡的露点值，至此，平衡测量周期结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能光电镜面冷凝式露点仪，包括仪器机壳，在其内部设置有微机控制器ＣＰＵ，与其相连的键盘、显示器位于仪器外部，以及整机供给电源，机壳内有测量组件，其中散热器（２１）、结露镜面（１４）分别与周围有隔热层的半导体致冷器（１１）的热端和冷端相连，所述的结露镜面（１４）位于测量室（１７）内，被测气体流经与测量室（１７）相通的进、排气管（１５）、（１６），光电发射、接收管（１８）、（１９）位于镜面（１４）前方，本专利技术的特征是它还包括：ａ：光电接收管接入光电测量放大电路的输入端，由 该电路放大后的模拟量经Ａ／Ｄ转换器转换成数字量接至微机控制器ＣＰＵ；ｂ：采集结露镜面（１４）温度的传感器（２０）与温度测量放大电路相连，由该放大电路放大后的模拟量经Ａ／Ｄ转换器转换成数字量接至微机控制器ＣＰＵ；ｃ：上述的微机控制器Ｃ ＰＵ输出的数字信号至Ｄ／Ａ转换器，经该转换器转换成控制半导体致冷器工作状态的模拟信号；ｄ：所述的微机控制器ＣＰＵ还设有受读入的光电信号，温度信号控制的平衡控制测量模块，它能对如下动作进行平衡控制；－采集光电信号；－确定目标温度； －计算温度误差；－计算致冷器工作效率，稳定或调整致冷器的工作状态；－稳定或改变镜面温度；－影响结露呈相平衡状态。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：万春，夏茂，
申请(专利权)人：万春，夏茂，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]