煤层气体体积测量方法的研究

摘要

煤炭是我国的主要能源之一,瓦斯(即煤层气)为其伴生物。瓦斯事故是造成煤矿伤亡事故的主要原因之一,成为实现安全生产的最大障碍。同时,瓦斯又是一种不可再生的清洁能源。因此,无论是从瓦斯事故的防治,还是对瓦斯气体的开发利用,都必须精确检测煤层瓦斯原始含量。本课题来源于陕西煤炭研究院。本文在原有的测量方法基础上并结合现场实际情况,采用了利用采样PI控制算法控制步进电机的自动伺服测量系统,以达到对煤层瓦斯原始含量的自动精确测量。本文通过对测量精度要求进行分析,建立了测量系统模型,并设计了测量调节机构,搭建了测量系统的软硬件平台。在分析了常用基准电源的实现方法后,采用基于差分电路产生基准电压的方法,提高了测量精度,这种方法对数字精密测量系统提高精度有一定的实用价值。最后对整个系统进行了测试。测量数据分析表明,测量结果完全满足测量要求。通过对煤层瓦斯原始含量测量方法的分析和研究,建立了自动调节测量控制系统。该测量方法对其它气体及液体的精密检测有一定的借鉴意义。

目录

摘要

Abstract

1.绪论

1.1 引言

1.2 煤层气体体积测量方法的研究意义

1.3 国内外研究现状及发展趋势

1.3.1 煤层瓦斯含量直接测定技术

1.3.2 间接方法测定煤层原始瓦斯含量研究现状

1.4 课题来源及研究的目的及内容

1.5 本章小结

2 测量方案设计

2.1 手动测量方法

2.1.1 手动测量方法理论依据

2.1.2 测量方法示意

2.2 自动测量方法

2.2.1 系统方案设计

2.2.2 系统框图

2.3 本章小结

3 测量调节机构的设计

3.1 定量筒的设计

3.2 敞口动量筒的设计

3.3 丝杠的设计

3.3.1 机械传动部件及其功能要求

3.3.2 滑动丝杆的设计计算

3.4 中间板设计与分析

3.4.1 中间板的受力分析

3.4.2 系统总驱动力矩

3.5 本章小结

4 测量与控制系统

4.1 压力传感器

4.1.1 压阻式传感器的工作原理

4.1.2 压力传感器的选择

4.2 步进伺服系统介绍

4.2.1 步进电机概述

4.2.2 混合式步进电机

4.2.3 步进电机选择

4.2.4 选择步进电机参数计算

4.2.5 步进电机的控制

4.2.6 四相混合式步进电机模型

4.3 测量系统的建模

4.4 电机及系统模型仿真

4.4.1 采样PI控制算法

4.5 本章小结

5 硬件电路设计及软件算法的实现

5.1 硬件电路设计

5.1.1 放大电路的设计

5.1.2 模拟开关电路

5.1.3 A/D转换电路设计

5.1.4 A/D转换基准电源设计

5.1.5 A/D转换与单片机系统的串行连接

5.1.6 AT89C52单片机

5.1.7 步进电机驱动的设计

5.1.8 串行通信设计

5.2 软件设计

5.2.1 基于串口的上位机控制软件开发

5.2.2 下位机程序设计

5.2.3 步进电机控制程序设计

5.4 本章小结

6 试验及结果分析

6.1 系统测试试验

6.2 测量结果及分析

6.3 本章小结

7 总结与展望

致谢

参考文献