專利名稱：煤制氣含氣量自動測試儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種煤制氣含氣量自動測試儀，適用于非常規天燃氣如煤制氣、頁巖氣等含氣量測量，屬于測量儀器技術領域。
背景技術：
當今能源問題關系到經濟的發展和社會的穩定，不斷增長的世界能源需求和現有資源的消減引起的供求差距越來越大，傳統能源對環境的破壞比較嚴重，新型替代能源的選擇是越來越重要，非常規天燃氣屬于新一代的“清潔能源”，而且它的儲量巨大，是常規天然氣的2. 2倍，這就使非常規天然氣成為新一代環保、高效的優質替代能源。雖然非常規天燃氣有著諸多的優點，但是其開采難度大，開采的投入產出比難以估算，因此對非常規天然氣的開采價值的研究尤為重要。經檢索，目前煤制氣的計量方法為手工排水集氣法。勞動強度大，人為誤差大。幾家研究單位正在研發的煤制氣測量儀也遠未成熟。

發明內容
本發明的目的是提供一種煤制氣含氣量自動測試儀，克服目前常用的排水集氣法對采集到的氣體流量的干擾，實現高精度測量，大大減輕勞動強度。本發明的目的是通過以下技術方案實現的，一種煤制氣含氣量自動測試儀，包括殼體，其特征是，在殼體內設置流量計、高速串行A/D轉換芯片、包括電源和外圍電路的單片機，壓力傳感器和電磁閥；壓力傳感器和電磁閥設置在流量計外接解析罐出氣口的管路中，壓力傳感器的模擬信號送入高速串行A/D轉換芯片，轉變成數字信號后單片機讀取轉換結果并存儲，預置解吸氣壓力流量形成憋氣間隔，達到解吸氣壓力流量后，電磁閥打開， 解吸氣壓力流量的模擬信號送入高速串行A/D轉換芯片，轉換的數字信號送單片機，采集數據經單片機送入EEPROM存儲器，單片機同時還對這些數字信號進行計算和處理，將每次開閥放氣期間積分計算的流量數據轉換成質量流量數據，再將質量流量數據經TTL-RS232 外送PC機中，單片機Pl 口連接MOS管柵極驅動電磁閥。單片機采用STC12C5410AD，單片機的串行口送出的TTL電平信號經過TTL-232轉換器變成RS232直接與外設的PC機相連。A/D轉換芯片采用MCP3202。流量計采用微型氣體流量計或高精度質量流量計。預置解吸氣壓力范圍為0. 001-0. OlMPa0本發明設置微型氣體流量計采集解吸氣流量，以單片機為核心的轉換、計算和處理分析電路，通過壓力傳感器實現形成憋氣間隔，本發明解吸氣含氣量的自動化高精度測量，結構簡單，操作方便，可以滿足自動化、高精度測量的要求。而且通用性比較強，將采用的熱式流量計修改后可以實現對其他流體的數據采集。本發明有靈活的數據存儲功能，整個試驗過程中所有數據保存在EEPROM中，試驗結束后連接PC機再把處理后的實驗數據傳 A PC機中，也可在試驗過程中始終連接PC機實時傳輸記錄曲線。本發明避免了目前常用的排水集氣法存在的收集到的氣體過干潮濕或者部分氣體溶于水中帶來的誤差，實現高精度測量，大大減輕勞動強度。


圖1為本發明結構框 圖2為本發明中A/D轉換芯片的引腳連線示意 圖3為本發明中單片機的控制電路 圖中，1解析罐，2壓カ傳感器，3電磁閥，4流量計，5電路板。
具體實施例方式結合附圖和實施例進ー步說明本發明，如圖I所示，本發明由殼體，殼體內的流量計4、A/D轉換芯片、單片機、壓カ傳感器2和電磁閥3構成。電路板5中包括A/D轉換芯片、單片機、單片機的外圍電路和電源。流量計4經管路采集解析罐I出氣ロ的解吸氣流量，流量計4出氣ロ直接排放或連接到排水集氣裝置進氣ロ作為校核對比用，壓カ傳感器2的模擬信號送入高速串行A/D轉換芯片，轉變成數字信號后單片機讀取轉換結果并存儲，流量計4采集到預置解吸氣壓カ流量后，電磁閥3打開，將解吸氣流量的模擬信號送入高速串行A/D轉換芯片，轉換的數字信號送包括電源和外圍電路的單片機，并將采集數據經單片機送入EEPROM存儲器，單片機同時還對這些數字信號進行計算和處理，將每次開閥放氣期間積分計算的流量數據轉換成質量流量數據，再將質量流量數據經TTL-RS232送入PC機中。PC機進行數據處理、存儲并顯示流量曲線。單片機Pl ロ連接MOS管柵極驅動電磁閥。本發明采用単一流量計，控制采樣間隔，少量憋氣保證每次放氣壓カ相近，保證每次憋氣程度相近，放氣量在所用流量計最佳測量范圍內。無需多量程流量計。本發明脫離PC機長期單獨運行，實驗過程中或試驗結束后數據可以隨時發送到PC機完成損失氣量計算等數據處理工作。如圖2所示，A/D轉換采用12位串行A/D轉換芯片MCP3202，此芯片可滿足對氣體流量信號采集精度和采樣速度的要求。單片機控制電路如圖3所示，STC12C5410AD單片機有加密性強，超強抗干擾，單片機時鐘電路對外部電磁輻射低，超低功耗等優點，同時還具有串行ロ編程的功能，同樣通過串行ロ把單片機所采集并存儲在EEPROM中的數據讀入PC機。該單片機有512B的內部RAM，但每個樣品要采集1200個點，A/D轉換芯片是12位的，所以一個點的數據存儲就需要4個字節，所需RAM空間要遠遠大于單片機的內部RAM空間，所以擴展了 32k的外部EEPROM空間用于數據存儲，采用11. 0592MHZ的晶體振蕩器，便于和PC機進行9600波特的串行通信。最終的結果通過TTL-RS232傳輸到PC機中，利用PC機數據處理、顯示累積流量。本發明的工作過程為將解吸罐的出氣ロ接流量計的進氣ロ，研制階段從流量計出氣ロ再用玻璃管收集氣體，與排水集氣法比較以便驗證儀器準確度。剛剛開始ー個新的煤樣品測試時，電磁閥處于常開狀態，本發明每秒采集20個點，毎次開閥10秒共采集200次進行累加，將累加后的結果存儲(典型的一次噴氣過程傳感器模擬電壓輸出記錄200點如圖X)，井根據每次流量大小控制采樣間隔，把毎次放氣量控制在所用流量計最適宜的流量水平，當流量小于每天10毫升吋，電磁閥每天打開一次，連續7天后結束試驗。在采集過程中，單片機對存儲結果進行計算、分析，最終將處理后的結果送到PC機顯示存儲、生成報告。我國煤制氣含量試驗方法最新標準為GB/T 19559-2004，仍采用排水集氣法手工計量發氣量。原因在于發氣量測定原則上要在無憋氣的自然狀態下解析(釋放)，而任何流量計都要在一定壓差下工作，而且隨著樣品中氣體的釋放發氣流量越來越小，變化范圍很大，這就需要量程很寬，并在整個量程范圍內測量精度都很高的流量計。目前還沒有這樣的流量計產品。本發明是在仔細分析現有試驗方法的基礎上，觀察表明人工解析是按照國家標準的5，10，15，30，60，120分鐘等間隔規定，用排水集氣法讀取發氣量，后期根據發氣量自主延長讀取間隔。這就是說即使手工操作也是有憋氣的，至少憋氣5分鐘，最長24小時。這就為自動檢測提供了可能，只要控制電磁閥根據上次出氣量設定合適的間隔每次開閥10秒，并保證每次放氣量在所用流量計測量最準確的范圍，就能獲取比手工計量更加接近自然解析的數據。實測數據也說明了這一點。本方法與用量程大小不同的一系列流量計分別測量初期大流量和中后期中小流量方法相比，成本大大降低，只要電磁閥控制開閥間隔恰當，每次放氣量接近，就說明每次憋氣壓力幾乎恒定，比人工操作更合理。為了能使本發明準確的測定試驗過程中接近自然解吸狀態下的氣體流量，首先在實驗室中利用已知的氣體流量進行校準試驗。在控制間隔和開閥時間的情況下進行樣本采集。當氣體流量太小，每次的間隔量就實時增加。對比兩次實驗結果可以發現計算機記錄的曲線光滑，符合自然規律；人工記錄的曲線粗糙，規律混亂。由于實際實驗過程要接近自然解吸狀態一無憋氣，而當氣體流量太小但有沒有達到試驗終止標準時(24小時發氣不超過10毫升)，憋氣是必須的，因此要通過大量的試驗來確定最佳的參數，使每次放氣量相近。
權利要求
1.一種煤制氣含氣量自動測試儀，包括殼體，其特征是，在殼體內設置流量計、高速串行A/D轉換芯片、包括電源和外圍電路的單片機，壓カ傳感器和電磁閥；壓力傳感器和電磁閥設置在流量計外接解析罐出氣ロ的管路中，壓カ傳感器的模擬信號送入高速串行A/D轉換芯片，轉變成數字信號后單片機讀取轉換結果并存儲，預置解吸氣壓カ流量形成憋氣間隔，達到解吸氣壓カ流量后，電磁閥打開，解吸氣壓カ流量的模擬信號送入高速串行A/D轉換芯片，轉換的數字信號送單片機，采集數據經單片機送入EEPROM存儲器，單片機同時還對這些數字信號進行計算和處理，將每次開閥放氣期間積分計算的流量數據轉換成質量流量數據，再將質量流量數據經TTL-RS232外送PC機中，單片機Pl ロ連接MOS管柵極驅動電磁閥。
2.根據權利要求I所述的煤制氣含氣量自動測試儀，其特征是，單片機采用STC12C5410AD，單片機的串行ロ送出的TTL電平信號經過TTL-232轉換器變成RS232直接與外設的PC機相連。
3.根據權利要求I所述的煤制氣含氣量自動測試儀，其特征是，A/D轉換芯片采用MCP3202。
4.根據權利要求I所述的煤制氣含氣量自動測試儀，其特征是，流量計采用微型氣體流量計或高精度質量流量計。
5.根據權利要求I所述的煤制氣含氣量自動測試儀，其特征是，預置解吸氣壓カ范圍為 O.001-0. OlMPa0
全文摘要
本發明涉及一種煤制氣含氣量自動測試儀，適用于非常規天燃氣如煤制氣、頁巖氣等含氣量測量，屬于測量儀器技術領域，主要特點是設置微型氣體流量計采集解吸氣流量，以單片機為核心的轉換、計算和處理分析電路，通過壓力傳感器實現形成憋氣間隔，實現解吸氣含氣量的自動化高精度測量，結構簡單，操作方便，可以滿足自動化、高精度測量的要求。本發明有靈活的數據存儲功能，整個試驗過程中所有數據保存在EEPROM中，試驗結束后連接PC機再把處理后的實驗數據傳入PC機中，也可在試驗過程中始終連接PC機實時傳輸記錄曲線。本發明避免了目前常用的排水集氣法存在的收集到的氣體過于潮濕或者部分氣體溶于水中帶來的誤差，實現高精度測量，大大減輕勞動強度。
文檔編號G01N7/02GK102621032SQ20121007148
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月19日 優先權日2012年3月19日
發明者李倩雯, 王昌龍 申請人:揚州大學