專利名稱：碳五燃氣含量測量儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用物理方法來測量碳五燃氣中氧含量，從而確定碳五含量及碳五與空氣比值，屬測試儀表類。
碳五液化石油氣是石油化工廠生產過程產生碳五的副產品經分餾所得的裂解輕烴燃料，它經氣化與空氣以一定的比例混合后，以氣態形式進行管道輸送，用于市政民用工業管道燃氣工程，由于它來源廣、熱值高，很有發展前途，該燃氣必須要有一定的碳五與空氣混合比例，所以需要經常測定它們的百分比含量，由于空氣中含氧量是固定的，因此，測定含氧量，就可確定碳五燃氣中空氣和碳五含量，通常燃氣測量儀對于碳五燃氣均不適用，由于碳五燃氣中含有多種的飽和烴或不飽和烴，對通常燃氣含量測量儀均起干擾、導致測定含量不正確。
本發明的目的是采用一種物理學方法，來測定碳五燃氣中的含量氧，從而確定碳五的含量，碳五與空氣比值，使碳五燃氣達到最佳碳五空氣混合比，由此方法設計的測量儀，具有快速、準確等特點。
為了達到上述目的，本發明是這樣來考慮的被測氣體(碳五與空氣的混合氣體)由采樣泵將其吸入聲振蕩式分子量傳感器，被測氣體在傳感器中以聲速傳播速度進行振蕩，其振蕩頻率與聲速成正比即f＝Ka (1)式中f為振蕩頻率K為常數a為聲速由于聲速是與被測氣體的分子量和溫度相關，所以振蕩頻率與被測氣體的分子量和溫度有關
f＝F(M，T) (2)式中M為被測氣體分子量T為被測氣體溫度由于被測氣體是由碳五和空氣組成的，根據道爾頓(Dalton)定律，被測氣體的分子量是與混合氣體的空氣濃度(或碳五濃度)有關，即M＝F(g) (3)式中g為混合氣體中空氣的百分濃度又因為空氣中氧的濃度是恒定的，這樣就可得出被測氣體的分子量與氧百分濃度的關系式，M＝F(g氧)(4)式中g氧為混合氣體中氧百分濃度，將(4)式代入(2)式，便可得到f＝F(g氧、T) (5)由(5)式可知被測氯體的振蕩頻率是與被測氣體的溫度和其中的氧濃度有關，若用自然空氣作為參考，與被測氣體進行比較，參照公式(2)，自然空氣在傳感器中的振蕩頻率為f空＝F(M空T空)(6)式中f空為自然空氣振蕩頻率M空為自然空氣分子量，M＝29為恒量T空為自然空氣的溫度由(5)式和(6)式便可得出
若自然空氣的溫度與被測氣體溫度相同，則(7)式成為g氧＝F(f空/f)(8)所以，只要測量出自然空氣和被測氣體的振蕩頻率，就可算出被測氣體中氧百分濃度的數值，根據上述理論，本發明由采樣系統，聲振蕩式分子量傳感器，氣/電轉換裝置和電路系統四大部分組成，被測氣體由采樣系統將其吸入聲振蕩式分子量傳感器(以下簡稱聲振蕩器)中，產生一振蕩頻率信號(氣壓方波)，若使空氣和燃氣交替地進入聲振蕩器，則不同密度的氣體在聲振蕩器內就會產生不同的氣振蕩頻率f空和f燃，然后經過氣電轉換裝置將氣振頻率轉變成電振頻率，然后輸入到微機主控電路來測量顯示燃氣中含氧量。
下面結合實施例附圖對本發明作進一步說明附
圖1為本發明系統方框圖；附圖2為本發明實施例工作原理方框圖；附圖3為本發明實施例前置放大整形電原理圖；附圖4為本發明實施例驅動電路電原理圖。
參考附圖1、2，本發明由氣體采樣系統、聲振蕩式分子量傳感器，氣/電轉換裝置和電路系統四大部分組成，在本實施例中，氣體采樣系統由氣源氣體定值器(1)，噴射泵(2)，氣控二位四通閥(3)、空氣氣控二通截止閥(4)，燃氣穩壓器(5)和燃氣氣控二通截止閥(6)等組成，由200～300Kpa壓力的氣源Ps經氣源氣體定值器(1)(可調)送至噴射泵(2)的氣壓穩定，從而保證噴射泵(2)與聲振蕩器(7)的聯接口處產生一個穩定的負壓，此負壓的作用使聲振蕩器(7)吸入空氣或燃氣并引起氣振蕩，聲振蕩器(7)是交替地吸入空氣和燃氣的，何時吸入何種氣體受微機主控電路控制，并由電磁閥和一些氣動元件執行，電磁閥(8)在微機的作用下，輸出一個氣動控制信號，此信號去控制氣控二位四通閥(3)，使其輸出一個定時交替的氣壓信號去開關空氣氣控二通截止閥(4)和燃氣氣控二通截止閥(6)，空氣氣控截止閥(4)和燃氣氣控二通截止閥(6)的輸出經一個三通接頭用氣管與聲振蕩(7)的輸入端相接，從而使空氣和燃氣定時交替地進入聲振蕩器(7)，燃氣穩壓器(5)是為確保進入聲振蕩器(7)的將(8～16)Kpa波動的燃氣穩定在(1～2)Kpa，不同密度的氣體在聲振蕩器內會產生不同的氣振頻率即f空f燃、氣振蕩信號經壓電陶瓷氣/電轉換器(9)，將氣振頻率轉換成電振蕩頻率信號，所述的聲振蕩器(7)已入選“中國八五科技成果選”，作為公知技術，這里不作贅述，所述的氣/電轉換裝置(9)是將氣振頻率信號轉換成電振頻率信號，采用市售產品壓電陶瓷片。參照附圖3，電路系統由前置放大整形電路(10)，光電耦合電路(11)，驅動電路(12)和微機主控電路(13)組成，由晶體氣/電轉換器(9)輸出的電振蕩頻率信號輸入到前置放大整形電路(10)，經放大整形后輸出一個方波頻率信號，通過光電耦臺電路送至微機主控電路(13)，微機主控電路主要由MCS51單片機系統和一些門電路組成，屬常規技術，線路圖省略，其作用是根據測試頻率信號計算和顯示燃氣含量，通過面板撥盤和按鈕設置報警點，并實現定時輸出，交替控制信號經驅動電路(12)去控制電磁閥(8)，所述的前置放大整形電路(10)(見附圖3)，放大整形電路的工作電壓為DC24V，工作電流為11～14mA，實際工作頻率范圍2～4KHZ，電路J1接口接氣/電轉換裝置的輸出，無極性要求，J2接口中的上端(+)為DC24V供電正極，下端(F-)為供電負極，中間(F+)為輸出頻率信號正極，頻率信號負極與供電負極(F-)同極，通過J2接口將頻率信號送至測試儀部分，電路中為了減小干擾，采用了由LM339組成的二級電壓比較電路，電路中的電位器VR可根據氣/電轉換裝置輸出電平高低改變比較臂值，以求得最佳的輸出波形，D1為工作指示燈，工作時發亮，LM339是低功耗、低失調的四電壓比較器，實際只用了其中二只，另二只空置。所述的驅動電路(12)(見附圖4)，共有四個通道，它是一組光電耦合直流放大電路，最后由繼電器輸出，去控制電磁閥(8)，四只光電耦合管采用GD-2S，八只放大管采用9013，三只驅動微型繼電器型號為JRC-19F，工作電壓是DC24V，繼電器的輸出觸點容量為0.5A120VAC或1ADC，電路中第一組直流放大器用于驅動電磁閥(8)，供切換采樣氣體，下面二組為上、下限報警，供外接報警器，第二組是用于自動指示驅動，由于功耗小，不需用繼電器，電阻R1、R2用于匹配放大器工作電流，二極管D(1N4001)是反峰保護二極管。氣源氣體定值器(1)、噴射泵(2)、氣控二位四通閥(3)、氣控二通截止閥(4)(6)、燃氣穩壓器(5)、聲振蕩器(7)和電磁閥(8)等輸出信號都為氣信號，它們之間連接都用管道連接，電路系統之間用帶螺紋鎖緊的五芯插件連接。
利用上述物理方法和工作原理框圖構成測試儀，同樣可以用來測定液化石油氣燃氣的含量。
本發明由于采用物理方法測定燃氣中的氧量，因此具有量程寬、穩定性好、精度高、響應時間小等優點。
權利要求
1.一種用物理方法來測量碳五(液化石油氣)燃氣中氧含量，其特征在于由采樣泵將被測氣體吸入聲振蕩式分子量傳感器，產生氣振蕩，通過氣/電轉換裝置將氣振蕩頻率轉換成電振蕩頻率，然后輸入到微機主控電路來運算、顯示燃氣中含氧量，確定碳五(液化石油氣)與空氣比值，用于碳五(液化石油氣)管道燃氣工程。
2.一種用物理方法設計的碳五燃氣含量測量儀，其特征在于1)采樣系統由氣源氣體定值器(1)、噴射泵(2)、氣控二位四通閥(3)、空氣氣控二通截止閥(4)、燃氣穩壓器(5)和燃氣氣控二通截止閥(6)組成，由200～300Kpa壓力的氣源Ps經過氣源氣體定值器(1)送至噴射泵(2)的氣壓穩定，從而保證噴射泵(2)與聲振蕩器(7)的聯接口處產生一個穩定的負壓，電磁閥(8)在微機作用下，輸出一個氣動控制信號，去控制氣控二位器通閥(3)，使其輸出一個交替的氣壓信號去開關空氣氣控二通截止閥(4)和燃氣氣控二通截止閥(6)，二個截止閥(4)、(6)的輸出經過一個三通接頭用氣管與聲振蕩(7)輸入端相接，聲振蕩器(7)獲得不同時刻的空氣和燃氣的氣頻信號經過氣/電轉換裝置(9)轉換成電頻信號輸出，2)電路系統由前置放大整形電路(10)，光電耦合電路(11)，驅動電路(12)和微機主控電路(13)組成，微機主控電路主要由Mcs51單片機系統和一些門電路構成。
3.根據權利要求2所述的碳五燃氣含量測量儀，其特征在于氣源氣體定值器(1)、噴射泵(2)、氣控二位四通閥(3)、氣控二通截止閥(4)、(6)、燃氣穩壓器(5)、聲振蕩器(7)和電磁閥(8)工作信號都為氣信號，它們之間連接都用管道聯接，
4.根據權利要求2所述的碳五燃氣含量測量儀，其特征在于電路系統之間用帶螺紋鎖緊的五芯插體連接，
5.根據權利要求2所述的碳五燃氣含量測量儀，其特征在于所述的前置放大整形電路采用了由LM339組成的二級電壓比較電路，
6.根據權利要求2所述的碳五燃氣含量測量儀，其特征在于所述的驅動電路輸出采用繼電器的光電耦合直流放大電路。
全文摘要
本發明涉及一種用物理方法來測量碳五燃氣中氧含量,從而確定碳五燃氣中空氣與碳五混合比。并應用此方法設計的碳五燃氣含量測量儀,它是由采樣泵將被測氣體吸入聲振蕩分子量傳感器,產生氣振蕩,通過氣/電轉換成電振蕩頻率,輸入到微機主控電路,運算、顯示出燃氣中的含氧量,從而可確定碳五與空氣比值,具有量程寬、穩定性好、精度高、響應時間小等優點。
文檔編號G01N33/00GK1191974SQ9811061
公開日1998年9月2日 申請日期1998年1月19日 優先權日1998年1月19日
發明者周瑞章, 沈凱民, 王國雄, 陳富祥, 劉炳康 申請人:上海浦東新區海科(集團)公司