冶金行业蒸汽热量计量仪的研究

摘要

冶金行业是中国重要的基础产业部门之一，能源费用是生产成本的重要组成部分。因此，有必要对能源数据进行有效准确的测量，以便于在能量传输过程中供需系统的能源管理，达到及时准确地计量各供需系统所消耗能量的多少。 在能量计量方面，水、电、燃气、燃煤的热量计量已经比较成熟，而在蒸汽热量计量方面还停留在单一表的检测、抄送、巡检、维护的阶段，无计算机通讯接口，不能进行联网通讯，无法实现网络化管理，由于计量数据不能及时准确的上报，实时性差，给生产调度、生产指挥、指标核算及正常的管理和决策带来不便。而且蒸汽的热量计量方式不尽合理，现有的计量方式是仅计流量，而没有考虑到蒸汽类型(饱和蒸汽、过热蒸汽)以及温度和压力的补偿和蒸汽热焓值对实际热能造成的影响。 如今，在市场上所供应的计量蒸汽热量的产品也相对较少，往往也是只计量蒸汽流量，不计实际热量的计量方式。而且在计量流量时，所采用温度、压力补偿的数学模型也相对简单，所适用的温度、压力范围很小，当蒸汽温度过高或压力过大时，就会造成计量数据的不准确。 因此，本文针对冶金行业中蒸汽热量计量的现状及发展趋势，在阅读了大量的文献及资料的基础上，设计、调试了一套用于冶金行业的、能够准确测量能源数据的、并具有数据传输功能的蒸汽热量计量仪。该系统采用了科学的热量计量方式，把蒸汽的热焓值引入到蒸汽热量计算的数学模型中，且采用的温度、压力补偿的数学公式所适用的温度范围基本涵盖了工业中常用的蒸汽温度区域，充分体现了热量仪的科学化、合理化、测量范围宽、精度高的发展趋势。其中，重点在于温度传感器、涡街流量传感器的设计。 在蒸汽热量计量的理论基础上，选用最新的、具有丰富片上资源的控制芯片MSP430系列单片机和外围器件。在硬件电路的设计和软件编制过程中提高了仪表的测量精度，使蒸汽热量计量具有较高的可靠性，为冶金行业中蒸汽热量的消耗提供了准确的依据。 按照模块化的设计方法，将系统硬件部分分为不同的电子电路模块来分别进行设计，并对整个电子电路进行测试仿真；将软件部分分为不同的功能模块分别编制，进而组合起来进行调试；最后对整个系统的性能进行了调试和试验。通过试验，本系统初步达到了蒸汽热量计量的目的，系统的结构合理，硬件和软件设计基本达到了预期要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1蒸汽热量仪概述

1.2蒸汽热量表的国内外发展状况

1.3开发冶金行业蒸汽热量仪的来源与现实意义

第二章蒸汽热量计量仪的原理和结构

2.1硬件电路的构成

2.2蒸汽热量计量的补偿算法及热量计算模型的建立

2.2.1饱和蒸汽和过热蒸汽计量的补偿

2.2.2蒸汽热量的计算模型

2.3单片机的选择

2.4 CPU最小系统的设计

2.5本章小结

第三章蒸汽热量计量仪的测量电路

3.1蒸汽热量对温度测量的要求

3.2温度传感器的选择及测量电路

3.3流量信号的测量

3.3.1测量蒸汽流量仪表的分类及选择

3.3.2涡街流量计的原理及分类

3.3.3漩涡发生体

3.3.4漩涡分离频率检测方法和检测元件

3.3.5信号处理的原则和方法

3.4压力传感器的选择及测量电路

3.5实时时钟芯片的应用

3.6按键与显示模块

3.7本章小结

第四章数据通信设计

4.1M-bus通讯接口电路设计

4.1.1M-bus的接口芯片功能

4.1.2TSS721A的通讯原理

4.2本章小结

第五章蒸汽热量计量仪的软件设计

5.1 MSP430编程语言与开发环境

5.2软件系统概述

5.3存储空间分配

5.4程序初始化

5.5热量计算子程序

5.6数据采样处理程序

5.6.1流量采样程序

5.6.2温度、压力采集程序设计

5.7 FLASH型信息存储器读写程序设计

5.8液晶显示子程序

5.9实时时钟程序的设计

5.10 M-bus串行通讯子程序

5.11本章小结

第六章实验数据

6.1温度测量实验结果

6.2蒸汽流量测量实验

6.3本章小结

第七章抗干扰措施

7.1硬件电路设计的抗干扰考虑

7.1.1抑制干扰源

7.1.2切断干扰传播的路径

7.1.3提高敏感器件的抗干扰性能

7.2软件的抗干扰设计

7.3本章小结

结论

致谢

参考文献

附录

硕士期间发表(录用)的学术论文