專利名稱：蒸汽計量智能積算儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及蒸汽計量數據的采集和處理裝置，特別是一種速度式和差壓式蒸汽流量計的蒸汽計量智能積算儀。
背景技術：
蒸汽作為二次能源，對其的準確計量具有重大的社會意義。現有的蒸汽計量，由于蒸汽計量數學模型的復雜性，大都采用查表方式或自擬合公式，或未采用最新國際標準的數學公式，計算精度差；或采用溫度變送器、壓力變送器、流量傳感器(變送器)單獨分開安裝，再將各傳感器集成到一起的方法進行計量，存在各輸入量的轉換誤差，致計量精度差；或在實際偏離飽和蒸汽狀態的情況下當作飽和蒸汽計量，只單獨采用一個溫度傳感器或壓力傳感器，造成計量不正確，或結果輸出為質量單位，作為結算單位，對于今后的發展趨勢，不能滿足以熱量作為蒸汽的結算單位的情況。
發明內容
本實用新型的目的就針對已有的技術的缺點和不足之處，提供了一種蒸汽計量用的蒸汽計量智能積算儀。它可根據需求進行鍵盤按鍵設定操作，選擇計量飽和蒸汽或過熱蒸汽。當通過鍵盤選擇輸入端單獨輸入溫度傳感器T或壓力傳感器P的信號時，用于對飽和蒸汽的測量；當通過鍵盤選擇輸入端同時輸入溫度傳感器T和壓力傳感器P信號時，用于對過熱蒸汽的測量。它對蒸汽的流量、溫度、壓力實時采集、處理、顯示和遠傳輸出，可輸出顯示的量為有關的蒸汽參數溫度、壓力、密度、熱焓、體積流量、體積總量、質量流量、質量總量、熱量流量、熱量總量，可提供傳輸的信號有與體積流量相對應的脈沖頻率信號、4mA～20mA標準電流信號(二線或三線)、RS485數據通信接口、RF無線射頻信號。
本實用新型的蒸汽計量智能積算儀，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和主機組成；主機電路是以單片機10為核心的單片機系統，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10連接的顯示驅動電路12連接(采用液晶顯示驅動電路12和液晶顯示屏11為佳)；流量傳感器Q與主機上的流量信號處理電路5連接，流量信號處理電路5與主機的單片機10連接；壓力傳感器P與壓力調理電路1連接、溫度傳感器T與溫度調理電路2連接，壓力調理電路1和溫度調理電路2與多路開關3并接，多路開關3與和單片機10連接的運算放大器電路4連接；與單片機10連接的電路還有晶振電路6和鍵盤8(當通過鍵盤8選擇輸入端單獨輸入溫度傳感器T或壓力傳感器P的信號時，用于對飽和蒸汽的測量；當通過鍵盤8選擇輸入端同時輸入溫度傳感器T和壓力傳感器P信號時，用于對過熱蒸汽的測量。)。
本實用新型的蒸汽計量智能積算儀與現有技術相比具有以下優點系統一體化程度高，集成多個傳感器，通過鍵盤8可選擇選擇輸入端單獨輸入溫度傳感器T或壓力傳感器P信號，或選擇輸入端同時輸入溫度傳感器T和壓力傳感器P信號，當輸入端單獨輸入溫度傳感器T或壓力傳感器P信號時，用于對飽和蒸汽的測量；當輸入端同時輸入溫度傳感器T和壓力傳感器P信號時，用于對過熱蒸汽的測量。整體具有很高的可靠性，能長期自動計量蒸汽，計量精度高，顯示數據量大，可輸出顯示的量為有關的蒸汽參數溫度、壓力、密度、熱焓、體積流量、體積總量、質量流量、質量總量、熱量流量、熱量總量；輸出接口功能豐富，可提供傳輸的信號有與體積流量相對應的脈沖頻率信號、4mA～20mA標準電流信號(二線或三線)、RS485數據通信接口、RF無線射頻信號，便于上位機集中管理；為適應發展趨勢，積算儀能計量熱量。可以使用本積算儀進行長期在線連續計量，使蒸汽計量達到一個新的高技術水。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明。
圖1是本實用新型的蒸汽計量智能積算儀的電原理的電路框圖。
圖2是本實用新型的蒸汽計量智能積算儀的主程序流程圖。
圖中1.壓力調理電路，2.溫度調理電路，3.多路開關，4.運算放大器電路，5.流量信號處理電路，6.晶振電路，7.EEPROM存儲器，8.鍵盤，9.硬件防死機電路，10.單片機，11.顯示屏，12.顯示驅動電路，13.脈沖頻率輸出電路模塊，14.4mA～20mA電流輸出電路模塊，15.RS485數據通信電路模塊，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。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型的蒸汽計量智能積算儀，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和主機組成；主機電路是以單片機10為核心的單片機系統，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10連接的顯示驅動電路12連接(采用液晶顯示驅動電路12和液晶顯示屏11為佳)；流量傳感器Q與主機上的流量信號處理電路5連接，流量信號處理電路5與主機的單片機10連接；壓力傳感器P與壓力調理電路1連接、溫度傳感器T與溫度調理電路2連接，壓力調理電路1和溫度調理電路2與多路開關3并接，多路開關3與和單片機10連接的運算放大器電路4連接；與單片機10連接的電路還有晶振電路6和鍵盤8(當通過鍵盤8選擇輸入端單獨輸入溫度傳感器T或壓力傳感器P的信號時，用于對飽和蒸汽的測量；當通過鍵盤8選擇輸入端同時輸入溫度傳感器T和壓力傳感器P信號時，用于對過熱蒸汽的測量。)。由于功能的需要，與單片機系統連接的硬件電路還包括EEPROM存儲器7、硬件防死機電路9、脈沖頻率輸出電路模塊13，4mA～20mA電流輸出電路模塊14，RS485數據通信電路模塊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。
遠傳信號輸出采用模塊化電路設計，每種輸出信號均采用一個單獨的電路模塊，根據需要可進行增減；輸出電路采用光電隔離技術，從而大大提高系統的抗干擾性。
所述的蒸汽計量智能積算儀，其特征在于單片機10的程序的數據模型采用國際水和水蒸汽學會的“IAPWS水和水蒸汽熱力學性質1997工業用公式”或簡稱“IAPWS-IP97公式”。在該積算儀的程序中，由于“IAPWS-IP97”公式計算的復雜性，采用IEEE754的四字節單精度浮點數格式進行加、減、乘、除、比較、數制轉換等運算，程序模塊化結構，清晰易懂、維護方便。
所述的蒸汽計量智能積算儀，其特征在于流量傳感器Q為速度式流量傳感器，其流量信號處理電路5的輸出為脈沖頻率信號與單片機10的計數器端口相連接，或流量傳感器Q為差壓式流量傳感器，其流量信號處理電路5的輸出為與差壓值相對應的電壓信號與主機的單片機10連接。
所述的蒸汽計量智能積算儀，其特征在于單片機可通過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數據通信電路模塊15、無線通信電路模塊16連接，方便與上位機的聯網。
所述的蒸汽計量智能積算儀，其特征在于單片機系統供電采用電源管理技術，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與單片機系統供電電源電路20連接，當僅使用鋰電池18供電時，通過電源管理電路19和單片機的程序控制管理，電源平均功耗不大于200μA，且當鋰電池18供電電壓低于3.6V，只要電池未完全耗盡，則單片機系統供電電源20供電電壓維持在3.6V，保證了電路工作的可靠性。
所述的蒸汽計量智能積算儀，其特征在于單片機系統采用了硬件防死機電路9，當系統運行由于外部干擾或不可預知的因素出現死機時，由硬件電路強制復位后正常運行。
所述的蒸汽計量智能積算儀，其特征在于單片機系統采用EEPROM存儲器7，在斷電后能長期保存原有的數據，在上電后恢復。避免由于斷電后的數據丟失。
所述的蒸汽計量智能積算儀，其特征在于所有電路均采用本質安全設計。采用限流供電方式，包括內部電池電源的限流供電、對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10，其特點是I/O端口數量多，內部集成了很多外圍功能如AD轉換、UART等，微功耗，處理能力強等。單片機上電后根據外部晶振電路6的頻率速度運行，溫度傳感器T和壓力傳感器P經各自信號調理電路后，通過單片機10控制多路開關3選通后進入運算放大器電路4先進行信號放大，再到單片機10的內部進行AD轉換，流量傳感器Q經流量信號處理電路5后與單片機10的I/O端口相連接。單片機10采集到各傳傳感器信號后進行運算，將結果輸出顯示，即通過與顯示驅動電路12(采用液晶顯示驅動電路為佳12)的接口，將數據顯示到顯示屏11(采用液晶顯示屏11為佳)；當檢測到無線通信信號時，即根據預定的通信協議通過無線通信模塊16進行數據傳輸；當檢測到外部24VDC電源17供電時，通過脈沖頻率輸出電路模塊13輸出脈沖，并自動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，當通過RS485數據通信電路模塊15通信口接收到數據時，通過RS485數據通信電路模塊15根據通信協議進行數據傳輸；當程序由于不可預知的因素“跑飛”或“死機”時，單片機10上的硬件防死機電路9強制單片機復位以進入正常工作狀態。當有外部24VDC電源17加入時，內部電池18自動切斷供電以節省電能，如無外部24VDC電源17時，則內部電池18自動供電，當內部電池18在使用過程中慢慢地消耗而致電壓降低時，電源管理電路19自動保持3.6V電壓不變直至電池完全無輸出電流，這樣保證了單片機系統供電電源20的穩定。
權利要求1.一種蒸汽計量智能積算儀，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)和主機組成；主機電路是以單片機(10)為核心的單片機系統，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(10)連接的顯示驅動電路(12)連接；流量傳感器(Q)與主機上的流量信號處理電路(5)連接，流量信號處理電路(5)與主機的單片機(10)連接；壓力傳感器(P)與壓力調理電路(1)連接、溫度傳感器(T)與溫度調理電路(2)連接，壓力調理電路(1)和溫度調理電路(2)與多路開關(3)并接，多路開關(3)與和單片機(10)連接的運算放大器電路(4)連接；與單片機(10)連接的電路還有晶振電路(6)和鍵盤(8)；當通過鍵盤(8)選擇輸入端單獨輸入溫度傳感器(T)或壓力傳感器(P)的信號時，用于對飽和蒸汽的測量；當通過鍵盤(8)選擇輸入端同時輸入溫度傳感器(T)和壓力傳感器(P)信號時，用于對過熱蒸汽的測量。
2.根據權利要求1所述的一種蒸汽計量智能積算儀，其特征在于單片機系統供電采用電源管理技術，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)與單片機系統供電電源電路(20)連接，當僅用鋰電池(18)供電時，整機平均功耗不大于200μA。
3.根據權利要求1或2所述的一種蒸汽計量智能積算儀，其特征在于流量傳感器(Q)為速度式流量傳感器，其流量信號處理電路(5)的輸出為脈沖頻率信號與單片機(10)的計數器端口相連接，或流量傳感器(Q)為差壓式流量傳感器，其流量信號處理電路(5)的輸出為與差壓值相對應的電壓信號與主機的單片機(10)連接。
4.根據權利要求1或2所述的一種蒸汽計量智能積算儀，其特征在于單片機(10)的程序的數據模型采用國際水和水蒸汽學會的“IAPWS水和水蒸汽熱力學性質1997工業用公式”或簡稱“IAPWS-IF97公式”。
5.根據權利要求3所述的一種蒸汽計量智能積算儀，其特征在于單片機(10)的程序的數據模型采用國際水和水蒸汽學會的“IAPWS水和水蒸汽熱力學性質1997工業用公式”或簡稱“IAPWS-IF97公式”。
6.根據權利要求1或2所述的一種蒸汽計量智能積算儀，其特征在于與單片機(10)系統連接的硬件電路還包括EEPROM存儲器(7)、硬件防死機電路(9)、脈沖頻率輸出電路模塊(13)，4mA～20mA電流輸出電路模塊(14)，RS485數據通信電路模塊(15)，無線通信電路模塊(16)。
7.根據權利要求3所述的一種蒸汽計量智能積算儀，其特征在于與單片機(10)系統連接的硬件電路還包括EEPROM存儲器(7)、硬件防死機電路(9)、脈沖頻率輸出電路模塊(13)，4mA～20mA電流輸出電路模塊(14)，RS485數據通信電路模塊(15)，無線通信電路模塊(16)。
8.根據權利要求4所述的一種蒸汽計量智能積算儀，其特征在于與單片機(10)系統連接的硬件電路還包括EEPROM存儲器(7)、硬件防死機電路(9)、脈沖頻率輸出電路模塊(13)，4mA～20mA電流輸出電路模塊(14)，RS485數據通信電路模塊(15)，無線通信電路模塊(16)。
9.根據權利要求5所述的一種蒸汽計量智能積算儀，其特征在于與單片機(10)系統連接的硬件電路還包括EEPROM存儲器(7)、硬件防死機電路(9)、脈沖頻率輸出電路模塊(13)，4mA～20mA電流輸出電路模塊(14)，RS485數據通信電路模塊(15)，無線通信電路模塊(16)。
專利摘要本實用新型涉及一種蒸汽計量智能積算儀，該積算儀主要由主機、流量傳感器、壓力傳感器及溫度傳感器等組成一個整體系統。該積算儀系統一體化程度高，集成多個傳感器，通過鍵盤8可選擇輸入端單獨輸入溫度傳感器T或壓力傳感器P信號，或選擇輸入端同時輸入溫度傳感器T和壓力傳感器P信號，當輸入端單獨輸入溫度傳感器T或壓力傳感器P信號時，用于對飽和蒸汽的測量；當輸入端同時輸入溫度傳感器T和壓力傳感器P信號時，用于對過熱蒸汽的測量；并能自動對蒸汽計量數據的檢測、計算、顯示和信號遠傳。主要優點是計量精度高，工作可靠，微功耗。蒸汽作為二次能源，對蒸汽的準確計量具有深遠的社會意義，同時具有很高的經濟效益和社會效益。
文檔編號G01D21/02GK2775613SQ20042005519
公開日2006年4月26日 申請日期2004年12月15日 優先權日2004年12月15日
發明者陶朝建, 葉朋, 李丕想, 葉波 申請人:浙江天信儀表有限公司