气源车气体露点实时在线检测与控制系统设计

2006-05-07 15:49:31来源: 电子技术应用

气源车是目前部队使用的主要装备,通常要求其产生的32Mpa左右的高压气体很干燥,露点低于-45℃。但是气源车并没有对气体的露点进行检测,因此无法知道产生的高压气体是否合格。只有压气完毕后才能对高压气体露点进行检测。经露点检查,如果气体不合格,则压出来的高压气体将不能使用。这不仅造成了机器设备的损耗和人力、物力的极大浪费,耐用更为重要的是降低了技术准备的效率,贻误战机。因此有必要运用现代计算机技术对气源车产生的高压气体进行实时在线检测。

1 气源车工作原理

外界大气经一到四级的气缸压缩后,压力由0.1Mpa上升到35Mpa,然后经一、四级油水分离器、高压过滤器、吸附器、末端过滤器,使气体露点低于-45℃。气源车工作原理如图1所示。总的来看,气源车的工作主要分为两部分:一是压力由0.1Mpa提高到35Mpa;二是高压气体的脱水干燥。为得到合格的高压气体,露点实时在线检测与控制系统的设计应选择气体的露点作为主要控制信号,对脱水过程进行实时控制。

2 降露指示系统设计

高压气体降露后的信号检测是实时在线检测与控制系统设计的关键。这里采用的降露指示系统如图2所示。其工作原理如下:光源灯(1)发出的光经物镜(4)后变为平行光照在金属镜面(2)上。当干燥气体经过被冷却的测量金属镜面时,如果没有降露,则镜面是光滑的。入射的平行光经反射后依然为平行光,经物镜(4)聚焦后成一点落在光屏(5)上,没有光到达光敏三极管(3),因此无降露电信号输出。如果气体降露到镜面,镜面不再光滑,入射的平行光经反射后成为散射光,经物镜后一部分光绕过光屏到达光敏三极管,产生降露电信号。

3 温度调节原理

3.1 金属镜面的冷却

为使干燥的高丈夫气体降露,这里采用对其冷却的方法。冷却是通过对高压气体的节流降温实现的。在图3中,由末端过滤器出来的高压气体分为1和2两路。1路为被测气体,2路为冷却气体。被测气体流经测量金属镜面,在金属镜面被冷却后排到大气中。如果金属镜面的冷却温度达到气体的露点温度,则气体就会降露到金属镜面上。2路的高压气体流入温度调节腔3内,经节流后,气体的温度大大下降,冷却与温度调节腔3相连的金属镜面,用以冷却被测气体;然后流出温度调节腔3到达吸附器再生装置,作吸附器再生气体用。

3.2 金属镜面的加热控制

为了使金属镜面的温度能够快速稳定在给定值,应该对金属镜面进行加热。如图3所示,通过对温度调节腔3内的电阻丝进行加热控制,实现对金属镜面的加热控制。

3.3 气体露点(金属镜面温度)的测量

气体露点的测量是通过测量金属镜面下面的铂电阻温度传感器实现的。铂电阻的阻值随着温度的升高而增加,随温度的降低而减少。这样就将温度的变化转变为铂电阻的阻值的变化,进而转化为数字信号,由计算机进行处理。

3.4 金属镜面的温度调节

如果要求气源车产生的气体露点为-45℃,则系统首先通过冷却气体将镜面温度冷却,测温电路实时测量镜温度。当镜面温度达到-45℃时,计算机控制气体压力,减少冷却气体的量,同时对镜面进行加热控制,以保证测量镜面温度为给定值。

4 露点实时在线检测与控制系统设计

根据上述露点测量原理,设计了如图4所示的露点实时在线检测与控制系统,其主要功能如下:

(1)实时露点监控

气源车启动后,通过冷却、加热,使金属镜面温度稳定在给定的值。当气源产生的高压气体流经金属镜面时,被冷却到给定温度。如果气体在该温度降露,说明气源车产生的气体不合格,系统自动报警、显示,并自动增大被测气体流量和控制气体干燥设备。

    (2)气体干燥设备的控制

报体干燥设备工作状态的好坏直接决定高压气体露点的高低。以往,气体干燥设备的工作状态靠人工凭经验控制,效果不理想。为此应将实测气体的露点作为气体干燥设备工作状态的控制信号。如果在给定的温度值气体没有降露,则说明气体含水量的要求的范围内,关闭吹洗开关,打开送气开关,向储气设备送气。如果在给定的温度值气体降露,则应关闭送气开关,打开吹洗开关,对气体进行脱水处理。

(3)控制吸附器的再生与工作状态转换

吸附器是气体脱水的重要环节。由于吸附器工作一段时间后,吸收水的能力大大下降,为了使高压气体的露点达到规定值,应恢复吸附器的吸水能力,即吸附器的再生。吸附器的再生通过对吸附剂的恒温(380℃)加热完成。因此,对吸附器的控制主要包括吸附器温度的测量、吸附器加热控制及吸附器工作状态与再生状态的转换控制。

5 软件及实验

图5为软件主程序框图。对不同的高压气体露点温度(-45℃、-50℃、-55℃、-60℃)进行实验研究,其结果如表1所示。

表1 实验结果

             给定露点值
    产气量
-45℃ -50℃ -55℃ -60℃
气源车产气量/m3h -1 15 11 8 6

通过对气源车气体露点进行实时在线检测与控制,避免了工作的盲目性,减少了工作的环节,提高了工作的效率,具有很大的意义。从表1的实验结果来看,给定气体的露点值越为低,气源车的产气量越少。因此应用时应根据实际使用高压气体的场合,合理确定给定气体露点值。

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/sensor/200605/1363.html
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