专利名称：碳五燃气含量测量仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用物理方法来测量碳五燃气中氧含量，从而确定碳五含量及碳五与空气比值，属测试仪表类。
碳五液化石油气是石油化工厂生产过程产生碳五的副产品经分馏所得的裂解轻烃燃料，它经气化与空气以一定的比例混合后，以气态形式进行管道输送，用于市政民用工业管道燃气工程，由于它来源广、热值高，很有发展前途，该燃气必须要有一定的碳五与空气混合比例，所以需要经常测定它们的百分比含量，由于空气中含氧量是固定的，因此，测定含氧量，就可确定碳五燃气中空气和碳五含量，通常燃气测量仪对于碳五燃气均不适用，由于碳五燃气中含有多种的饱和烃或不饱和烃，对通常燃气含量测量仪均起干扰、导致测定含量不正确。
本发明的目的是采用一种物理学方法，来测定碳五燃气中的含量氧，从而确定碳五的含量，碳五与空气比值，使碳五燃气达到最佳碳五空气混合比，由此方法设计的测量仪，具有快速、准确等特点。
为了达到上述目的，本发明是这样来考虑的被测气体(碳五与空气的混合气体)由采样泵将其吸入声振荡式分子量传感器，被测气体在传感器中以声速传播速度进行振荡，其振荡频率与声速成正比即f＝Ka (1)式中f为振荡频率K为常数a为声速由于声速是与被测气体的分子量和温度相关，所以振荡频率与被测气体的分子量和温度有关
f＝F(M，T) (2)式中M为被测气体分子量T为被测气体温度由于被测气体是由碳五和空气组成的，根据道尔顿(Dalton)定律，被测气体的分子量是与混合气体的空气浓度(或碳五浓度)有关，即M＝F(g) (3)式中g为混合气体中空气的百分浓度又因为空气中氧的浓度是恒定的，这样就可得出被测气体的分子量与氧百分浓度的关系式，M＝F(g氧)(4)式中g氧为混合气体中氧百分浓度，将(4)式代入(2)式，便可得到f＝F(g氧、T) (5)由(5)式可知被测氯体的振荡频率是与被测气体的温度和其中的氧浓度有关，若用自然空气作为参考，与被测气体进行比较，参照公式(2)，自然空气在传感器中的振荡频率为f空＝F(M空T空)(6)式中f空为自然空气振荡频率M空为自然空气分子量，M＝29为恒量T空为自然空气的温度由(5)式和(6)式便可得出
若自然空气的温度与被测气体温度相同，则(7)式成为g氧＝F(f空/f)(8)所以，只要测量出自然空气和被测气体的振荡频率，就可算出被测气体中氧百分浓度的数值，根据上述理论，本发明由采样系统，声振荡式分子量传感器，气/电转换装置和电路系统四大部分组成，被测气体由采样系统将其吸入声振荡式分子量传感器(以下简称声振荡器)中，产生一振荡频率信号(气压方波)，若使空气和燃气交替地进入声振荡器，则不同密度的气体在声振荡器内就会产生不同的气振荡频率f空和f燃，然后经过气电转换装置将气振频率转变成电振频率，然后输入到微机主控电路来测量显示燃气中含氧量。
下面结合实施例附图对本发明作进一步说明附
图1为本发明系统方框图；附图2为本发明实施例工作原理方框图；附图3为本发明实施例前置放大整形电原理图；附图4为本发明实施例驱动电路电原理图。
参考附图1、2，本发明由气体采样系统、声振荡式分子量传感器，气/电转换装置和电路系统四大部分组成，在本实施例中，气体采样系统由气源气体定值器(1)，喷射泵(2)，气控二位四通阀(3)、空气气控二通截止阀(4)，燃气稳压器(5)和燃气气控二通截止阀(6)等组成，由200～300Kpa压力的气源Ps经气源气体定值器(1)(可调)送至喷射泵(2)的气压稳定，从而保证喷射泵(2)与声振荡器(7)的联接口处产生一个稳定的负压，此负压的作用使声振荡器(7)吸入空气或燃气并引起气振荡，声振荡器(7)是交替地吸入空气和燃气的，何时吸入何种气体受微机主控电路控制，并由电磁阀和一些气动元件执行，电磁阀(8)在微机的作用下，输出一个气动控制信号，此信号去控制气控二位四通阀(3)，使其输出一个定时交替的气压信号去开关空气气控二通截止阀(4)和燃气气控二通截止阀(6)，空气气控截止阀(4)和燃气气控二通截止阀(6)的输出经一个三通接头用气管与声振荡(7)的输入端相接，从而使空气和燃气定时交替地进入声振荡器(7)，燃气稳压器(5)是为确保进入声振荡器(7)的将(8～16)Kpa波动的燃气稳定在(1～2)Kpa，不同密度的气体在声振荡器内会产生不同的气振频率即f空f燃、气振荡信号经压电陶瓷气/电转换器(9)，将气振频率转换成电振荡频率信号，所述的声振荡器(7)已入选“中国八五科技成果选”，作为公知技术，这里不作赘述，所述的气/电转换装置(9)是将气振频率信号转换成电振频率信号，采用市售产品压电陶瓷片。参照附图3，电路系统由前置放大整形电路(10)，光电耦合电路(11)，驱动电路(12)和微机主控电路(13)组成，由晶体气/电转换器(9)输出的电振荡频率信号输入到前置放大整形电路(10)，经放大整形后输出一个方波频率信号，通过光电耦台电路送至微机主控电路(13)，微机主控电路主要由MCS51单片机系统和一些门电路组成，属常规技术，线路图省略，其作用是根据测试频率信号计算和显示燃气含量，通过面板拨盘和按钮设置报警点，并实现定时输出，交替控制信号经驱动电路(12)去控制电磁阀(8)，所述的前置放大整形电路(10)(见附图3)，放大整形电路的工作电压为DC24V，工作电流为11～14mA，实际工作频率范围2～4KHZ，电路J1接口接气/电转换装置的输出，无极性要求，J2接口中的上端(+)为DC24V供电正极，下端(F-)为供电负极，中间(F+)为输出频率信号正极，频率信号负极与供电负极(F-)同极，通过J2接口将频率信号送至测试仪部分，电路中为了减小干扰，采用了由LM339组成的二级电压比较电路，电路中的电位器VR可根据气/电转换装置输出电平高低改变比较臂值，以求得最佳的输出波形，D1为工作指示灯，工作时发亮，LM339是低功耗、低失调的四电压比较器，实际只用了其中二只，另二只空置。所述的驱动电路(12)(见附图4)，共有四个通道，它是一组光电耦合直流放大电路，最后由继电器输出，去控制电磁阀(8)，四只光电耦合管采用GD-2S，八只放大管采用9013，三只驱动微型继电器型号为JRC-19F，工作电压是DC24V，继电器的输出触点容量为0.5A120VAC或1ADC，电路中第一组直流放大器用于驱动电磁阀(8)，供切换采样气体，下面二组为上、下限报警，供外接报警器，第二组是用于自动指示驱动，由于功耗小，不需用继电器，电阻R1、R2用于匹配放大器工作电流，二极管D(1N4001)是反峰保护二极管。气源气体定值器(1)、喷射泵(2)、气控二位四通阀(3)、气控二通截止阀(4)(6)、燃气稳压器(5)、声振荡器(7)和电磁阀(8)等输出信号都为气信号，它们之间连接都用管道连接，电路系统之间用带螺纹锁紧的五芯插件连接。
利用上述物理方法和工作原理框图构成测试仪，同样可以用来测定液化石油气燃气的含量。
本发明由于采用物理方法测定燃气中的氧量，因此具有量程宽、稳定性好、精度高、响应时间小等优点。
权利要求
1.一种用物理方法来测量碳五(液化石油气)燃气中氧含量，其特征在于由采样泵将被测气体吸入声振荡式分子量传感器，产生气振荡，通过气/电转换装置将气振荡频率转换成电振荡频率，然后输入到微机主控电路来运算、显示燃气中含氧量，确定碳五(液化石油气)与空气比值，用于碳五(液化石油气)管道燃气工程。
2.一种用物理方法设计的碳五燃气含量测量仪，其特征在于1)采样系统由气源气体定值器(1)、喷射泵(2)、气控二位四通阀(3)、空气气控二通截止阀(4)、燃气稳压器(5)和燃气气控二通截止阀(6)组成，由200～300Kpa压力的气源Ps经过气源气体定值器(1)送至喷射泵(2)的气压稳定，从而保证喷射泵(2)与声振荡器(7)的联接口处产生一个稳定的负压，电磁阀(8)在微机作用下，输出一个气动控制信号，去控制气控二位器通阀(3)，使其输出一个交替的气压信号去开关空气气控二通截止阀(4)和燃气气控二通截止阀(6)，二个截止阀(4)、(6)的输出经过一个三通接头用气管与声振荡(7)输入端相接，声振荡器(7)获得不同时刻的空气和燃气的气频信号经过气/电转换装置(9)转换成电频信号输出，2)电路系统由前置放大整形电路(10)，光电耦合电路(11)，驱动电路(12)和微机主控电路(13)组成，微机主控电路主要由Mcs51单片机系统和一些门电路构成。
3.根据权利要求2所述的碳五燃气含量测量仪，其特征在于气源气体定值器(1)、喷射泵(2)、气控二位四通阀(3)、气控二通截止阀(4)、(6)、燃气稳压器(5)、声振荡器(7)和电磁阀(8)工作信号都为气信号，它们之间连接都用管道联接，
4.根据权利要求2所述的碳五燃气含量测量仪，其特征在于电路系统之间用带螺纹锁紧的五芯插体连接，
5.根据权利要求2所述的碳五燃气含量测量仪，其特征在于所述的前置放大整形电路采用了由LM339组成的二级电压比较电路，
6.根据权利要求2所述的碳五燃气含量测量仪，其特征在于所述的驱动电路输出采用继电器的光电耦合直流放大电路。
全文摘要
本发明涉及一种用物理方法来测量碳五燃气中氧含量,从而确定碳五燃气中空气与碳五混合比。并应用此方法设计的碳五燃气含量测量仪,它是由采样泵将被测气体吸入声振荡分子量传感器,产生气振荡,通过气/电转换成电振荡频率,输入到微机主控电路,运算、显示出燃气中的含氧量,从而可确定碳五与空气比值,具有量程宽、稳定性好、精度高、响应时间小等优点。
文档编号G01N33/00GK1191974SQ9811061
公开日1998年9月2日 申请日期1998年1月19日 优先权日1998年1月19日
发明者周瑞章, 沈凯民, 王国雄, 陈富祥, 刘炳康 申请人:上海浦东新区海科(集团)公司