??? 摘? 要: 針對(duì)氣源車(chē)產(chǎn)生高壓氣體所存在的問(wèn)題,設(shè)計(jì)了氣源車(chē)高壓氣體露點(diǎn)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與控制系統(tǒng),提高了氣源車(chē)的工作效率,縮短了部隊(duì)裝備技術(shù)準(zhǔn)備時(shí)間。?
??? 關(guān)鍵詞: 氣體露點(diǎn)? 控制系統(tǒng)? 在線檢測(cè)?
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??? 氣源車(chē)是目前部隊(duì)使用的主要裝備,通常要求其產(chǎn)生的32MPa左右的高壓氣體很干燥,露點(diǎn)低于-45℃。但是氣源車(chē)并沒(méi)有對(duì)氣體的露點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè),因此無(wú)法知道產(chǎn)生的高壓氣體是否合格。只有壓氣完畢后才能對(duì)高壓氣體的露點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。經(jīng)露點(diǎn)檢查,如果氣體不合格,則壓出來(lái)的高壓氣體將不能使用。這不僅造成了機(jī)器設(shè)備的損耗和人力、物力的極大浪費(fèi),而且更為重要的是降低了技術(shù)準(zhǔn)備的效率,貽誤戰(zhàn)機(jī)。因此有必要運(yùn)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)氣源車(chē)產(chǎn)生的高壓氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)。?
1 氣源車(chē)工作原理?
??? 外界大氣經(jīng)一到四級(jí)的氣缸壓縮后,壓力由0.1MPa上升到35MPa,然后經(jīng)一、四級(jí)油水分離器、高壓過(guò)濾器、吸附器、末端過(guò)濾器,使氣體露點(diǎn)低于-45℃。氣源車(chē)工作原理如圖1所示。總的來(lái)看,氣源車(chē)的工作主要分為兩部分:一是壓力由0.1MPa提高到35MPa;二是高壓氣體的脫水干燥。為得到合格的高壓氣體,露點(diǎn)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)選擇氣體的露點(diǎn)作為主要控制信號(hào),對(duì)脫水過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。?
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2 降露指示系統(tǒng)設(shè)計(jì)?
??? 高壓氣體降露后的信號(hào)檢測(cè)是實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。這里采用的降露指示系統(tǒng)如圖2所示。其工作原理如下:光源燈(1)發(fā)出的光經(jīng)物鏡(4)后變?yōu)槠叫泄庹赵诮饘?a class="innerlink" href="http://www.xxav2194.com/tags/鏡面" title="鏡面" target="_blank">鏡面(2)上。當(dāng)干燥氣體經(jīng)過(guò)被冷卻的測(cè)量金屬鏡面時(shí),如果沒(méi)有降露,則鏡面是光滑的。入射的平行光經(jīng)反射后依然為平行光,經(jīng)物鏡(4)聚焦后成一點(diǎn)落在光屏(5)上,沒(méi)有光到達(dá)光敏三極管(3),因此無(wú)降露電信號(hào)輸出。如果氣體降露到鏡面,鏡面不再光滑,入射的平行光經(jīng)反射后成為散射光,經(jīng)物鏡后一部分光繞過(guò)光屏到達(dá)光敏三極管,產(chǎn)生降露電信號(hào)。?
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3 溫度調(diào)節(jié)原理?
3.1 金屬鏡面的冷卻?
??? 為使干燥的高壓氣體降露,這里采用對(duì)其冷卻的方法。冷卻是通過(guò)對(duì)高壓氣體的節(jié)流降溫實(shí)現(xiàn)的。在圖3中,由末端過(guò)濾器出來(lái)的高壓氣體分為1和2兩路。1路為被測(cè)氣體,2路為冷卻氣體。被測(cè)氣體流經(jīng)測(cè)量金屬鏡面,在金屬鏡面被冷卻后排到大氣中。如果金屬鏡面的冷卻溫度達(dá)到氣體的露點(diǎn)溫度,則氣體就會(huì)降露到金屬鏡面上。2路的高壓氣體流入溫度調(diào)節(jié)腔3內(nèi),經(jīng)節(jié)流后,氣體的溫度大大下降,冷卻與溫度調(diào)節(jié)腔3相連的金屬鏡面,用以冷卻被測(cè)氣體;然后流出溫度調(diào)節(jié)腔3到達(dá)吸附器再生裝置,作吸附器再生氣體用。
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3.2 金屬鏡面的加熱控制?
??? 為了使金屬鏡面的溫度能夠快速穩(wěn)定在給定值,應(yīng)該對(duì)金屬鏡面進(jìn)行加熱。如圖3所示,通過(guò)對(duì)溫度調(diào)節(jié)腔3內(nèi)的電阻絲進(jìn)行加熱控制,實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬鏡面的加熱控制。?
3.3 氣體露點(diǎn)(金屬鏡面溫度)的測(cè)量?
??? 氣體露點(diǎn)的測(cè)量是通過(guò)測(cè)量金屬鏡面下面的鉑電阻溫度傳感器實(shí)現(xiàn)的。鉑電阻的阻值隨著溫度的升高而增加,隨溫度的降低而減少。這樣就將溫度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殂K電阻的阻值的變化,進(jìn)而轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào),由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。?
3.4 金屬鏡面的溫度調(diào)節(jié)?
??? 如果要求氣源車(chē)產(chǎn)生的氣體露點(diǎn)為-45℃,則系統(tǒng)首先通過(guò)冷卻氣體將鏡面溫度冷卻,測(cè)溫電路實(shí)時(shí)測(cè)量鏡面溫度。當(dāng)鏡面溫度達(dá)到-45℃時(shí),計(jì)算機(jī)控制氣體壓力,減少冷卻氣體的量,同時(shí)對(duì)鏡面進(jìn)行加熱控制,以保持測(cè)量鏡面溫度為給定值。?
4 露點(diǎn)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)?
??? 根據(jù)上述露點(diǎn)測(cè)量原理,設(shè)計(jì)了如圖4所示的露點(diǎn)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與控制系統(tǒng),其主要功能如下: ?
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??? (1)實(shí)時(shí)露點(diǎn)監(jiān)控?
??? 氣源車(chē)啟動(dòng)后,通過(guò)冷卻、加熱,使金屬鏡面溫度穩(wěn)定在給定的值。當(dāng)氣源車(chē)產(chǎn)生的高壓氣體流經(jīng)金屬鏡面時(shí),被冷卻到給定溫度。如果氣體在該溫度降露,說(shuō)明氣源車(chē)產(chǎn)生的氣體不合格,系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警、顯示,并自動(dòng)增大被測(cè)氣體流量和控制氣體干燥設(shè)備。?
??? (2)氣體干燥設(shè)備的控制?
??? 氣體干燥設(shè)備工作狀態(tài)的好壞直接決定高壓氣體露點(diǎn)的高低。以往,氣體干燥設(shè)備的工作狀態(tài)靠人工憑經(jīng)驗(yàn)控制,效果不理想。為此應(yīng)將實(shí)測(cè)氣體的露點(diǎn)作為氣體干燥設(shè)備工作狀態(tài)的控制信號(hào)。如果在給定的溫度值氣體沒(méi)有降露,則說(shuō)明氣體含水量在要求的范圍內(nèi),關(guān)閉吹洗開(kāi)關(guān),打開(kāi)送氣開(kāi)關(guān),向儲(chǔ)氣設(shè)備送氣。如果在給定的溫度值氣體降露,則應(yīng)關(guān)閉送氣開(kāi)關(guān),打開(kāi)吹洗開(kāi)關(guān),對(duì)氣體進(jìn)行脫水處理。?
??? (3)控制吸附器的再生與工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換?
??? 吸附器是氣體脫水的重要環(huán)節(jié)。由于吸附器工作一段時(shí)間后,吸收水的能力大大下降,為了使高壓氣體的露點(diǎn)達(dá)到規(guī)定值,應(yīng)恢復(fù)吸附器的吸水能力,即吸附器的再生。吸附器的再生通過(guò)對(duì)吸附劑的恒溫(380℃)加熱完成。因此,對(duì)吸附器的控制主要包括吸附器溫度的測(cè)量、吸附器加熱控制及吸附器工作狀態(tài)與再生狀態(tài)的轉(zhuǎn)換控制。?
5 軟件及實(shí)驗(yàn)?
??? 圖5為軟件主程序框圖。對(duì)不同的高壓氣體露點(diǎn)溫度(-45℃、-50℃、-55℃、-60℃)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,其結(jié)果如表1所示。?
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??? 通過(guò)對(duì)氣源車(chē)氣體露點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與控制,避免了工作的盲目性,減少了工作的環(huán)節(jié),提高了工作的效率,具有很大的意義。從表1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,給定氣體的露點(diǎn)值越低,氣源車(chē)的產(chǎn)氣量越少。因此應(yīng)用時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用高壓氣體的場(chǎng)合,合理確定給定氣體露點(diǎn)值。?
參考文獻(xiàn)?
1 張 偉.單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.1?
2 陳龍三. 8051單片機(jī) C語(yǔ)言控制與應(yīng)用. 北京:清華大學(xué)出版社, 2001.6