专利名称：干燥窑机载热工检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及热工检测技术，尤其是涉及到测定干燥窑内干燥介质参数的一种机载热工检测装置。
干燥是许多工业企业的重要生产过程。在建材、陶瓷、木材、粮食、烟草、纺织、制药、乳品、食品、茶叶等许多行业中，各种干燥窑、干燥机是其关键的生产设备。各种产品干燥质量的好坏，对这些工业企业的经济效益和社会效益有极大的影响。
为使干燥产品的质量符合要求，通常的做法是根据干燥产品的原始水分，要除去的水分和产品的性质，为干燥窑设定一个最佳温度、湿度分布曲线。对于隧道式干燥窑，这个温湿度曲线沿干燥窑长度合理分布，对于室式干燥窑，这个温湿度曲线沿干燥时间合理分布。
隧道式干燥窑都很长。例如干燥地面砖和墙面砖的辊道式干燥窑，它是一种特殊的遂道式干燥窑，有百余米长。要想在百余米长的辊道式干燥窑上，沿长度设定和测定干燥介质烟气的温湿度分布曲线，就不得不沿干燥窑长度，开出几十个检测孔，安装几十组温湿度传感器，配备几十组温湿度仪表，或配备一套昂贵的巡回检测仪表。不仅投资大，维护工作量大，操作也不方便。类似的烟叶复烤机，也是一种隧道式干燥设备，约50余米长。要在烟叶复烤机上，沿长度开出几十个检测孔，不仅改造费用高，还会产生多处潜在的漏风口，影响干燥机的密封性能，会给干燥过程带来新的质量问题。
有关目前工业企业上广泛使用的各种干燥窑、干燥机的结构，热工参数检测方法，检测仪表等内容，在潘永康主编的《现代干燥技术》(化学工业出版社，1998年)一书中有详细说明。
本发明的目的是提供这样一种检测干燥窑干燥介质参数的热工检测仪表它可以放在干燥窑内部，在隧道式干燥窑里，它可以放在承载干燥产品的机械传送设备上，随干燥产品一起前进，连续测定不同时刻或不同位置上干燥介质的热工参数，自动记录，离开干燥窑后，能通过打印机打印出全部检测结果。
为达到上述目的，本发明给出一种干燥窑机载热工检测装置，在详细说明该检测装置具体结构之前，先说明有关的两条基本原理1、关于热防护原理各种常见干燥窑中干燥介质(热烟气或热空气)的温度有时可能超过200℃，处于这样温度环境中带有电子元件的检测装置，不仅无法正常工作，甚至会造成永久性损坏。有检测和自动记录功能的热工检测装置要用到几种集成芯片，民品级芯片最高工作温度70℃，工业级芯片最高工作温度85℃，军品级芯片最高工作温度125℃，但后者价格昂贵，而且不易买到。为了使热工检测装置进入干燥窑内仍能保持在允许的工作温度范围内，本发明采用的热防护措施是在检测装置上敷上湿纱布，利用纱布水分蒸发降温。干燥窑内干燥介质从湿纱布表面掠过，纱布有充足的水分补给，这时湿纱布的温度是热力学湿球温度。
目前，干燥窑所用的热烟气大多是用燃料油燃烧产生的，也有部分是燃烧天然气或烧煤产生的。烧燃料油产生的每千克烟气含湿量不超过100克，烧天然气产生每千克烟气含湿量不超过150克。热力学湿球温度与干球温度、烟气含湿量的关系是干球温度越高，烟气含湿量越大，则热力学湿球温度越高。当烟气干球温度为300℃，含湿量为每千克烟气含150克水分，通过查《湿空气和烃燃气热力性质图表》(严家禄、尚德敏著，高等教育出版社，1989年)，可知，其热力学湿球温度为70℃。如果干燥窑使用热空气，由于其含湿量很小，热力学湿球温度就更低。因此，如果检测装置采用可耐受70℃的民品级集成芯片或可耐受85℃的工业级集成芯片，利用湿纱布降温，在干燥窑环境中是可以正常工作的。
2、关于测定干燥介质湿度的原理目前，有关干燥介质高温气体湿度的简便检测方法与装置还有待开发，利用干湿球温度测定气体湿度的难点在于这个湿度还和大气压力有关，无论采用计算方法还是查表法都比较麻烦，尤其是对于利用单片机的小型检测装置更难胜任。笔者经过研究，大气压力对气体湿度的影响，可以等效为对湿球温度的修正，并给出如下湿球温度修正公式tw′=tw+(8+tw3)(1-P)]]>式中tw、tw′为修正前、后的湿球温度，单位为℃，P为大气压力，单位为105Pa，利用干球温度t和这个修正湿球温度tw′，查常压下的空气或烟气湿度表，即可给出任意大气压力P下的湿度(相对湿度或含湿量)。
基于上述原理，本发明给出的干燥窑机载热工检测装置包括干球温度传感器，亦即测温传感器。其敏感元件是热电偶，测温范围为0～300℃；湿球温度传感器。其敏感元件采用集成温度传感器，外包湿纱布，用以测定湿球温度，同时作为用热电偶制作的干球温度传感器的冷端温度，测温范围为0～100℃；模拟放大电路。有两个模拟放大电路，一个是干球温度信号模拟放大电路，另一个是湿球温度信号模拟放大电路；大气压力传感器。它是大气绝对压力传感器，核心部分是一个压阻元件。大气压力作用到压阻元件上，大气压力不同，其电阻不同。该压阻元件与另一个固定电阻形成一个分压电路，分压信号反映了大气压力值；模数转换电路。它由一个模数转换器，及其输入、输出、控制线路组成。它的模拟输入线路包括干球温度信号模拟放大电路输出端、湿球温度信号模拟放大电路输出端、大气压力分压电路输出端。模数转换器的控制与输出线路与下述单片机有关线路相连；单片机电路。它包括一个有内部程序存贮器和数据存贮器的单片机、振荡晶体、打印指令键及由单片机接出的地址、数据、控制线路。在单片机上电以后，在其内部运行程序控制下，经过设定的时间间隔，模数转换器的输出信号进入单片机电路。经过单片机内部运算、处理，得出被测干燥介质的温度、相对湿度和含湿量，将这一组数据存入单片机的数据存贮器中。再经过一个时间间隔，重复上述步骤，测得另一组数据，再存入数据存贮器。如此反复，一直到打印指令键被按下，检测结束，同时，通过串行接口，输出全部存贮数据，利用打印机打出；电池及稳压器。一块蓄电池供电，经稳压器输出直流5V电压，供电路使用；上述全部电路及大气压力传感器、蓄电池、稳压器装在一个密封的金属盒内。该金属盒外表面上设置有电池开关、输出信号接口、打印指令键，干球温度传感器和湿球温度传感器也设置在金属盒外表面上。这个安装好上述电子元件的密封金属盒称作机载检测器。在进行干燥窑干燥介质热工检测时，这个机载检测器加上下述热防护设施，安放在干燥窑内承载干燥产品的机械设备上，随同干燥产品一起前进，定时地检测干燥介质的参数；热防护设施。它包括包在机载检测器外表面的湿纱布和给湿纱布提供补给水的供水盒。供水盒位于机载检测器的下方，二者之间有支架固定，机载检测器外包湿纱布的端部下垂浸入供水盒的水中；打印机。这是一个有串行输入接口，内存有字符集和汉字库的微型打印机；仪表箱。这是一个手提箱，内部分割成两个空间，一部分空间用于固定打印机及给打印机供电的稳压电源，另一部分空间用于存放机载检测器和热防护设施。
本发明的优点是1、本发明干燥窑机载热工检测装置，采用湿纱布及供水盒作为进入干燥窑内机载检测器的热防护设施，完全满足民品级或工业品级电子元件的温度要求，降低了生产成本；2、本发明干燥窑机载热工检测装置，利用大气压力传感器配合干湿球温度传感器，测定干燥窑内干燥介质的湿度。由于考虑了大气压力的影响，该装置可用于任何大气压力下的环境，因此本发明有广泛的适用性。
3、本发明干燥窑机载热工检测装置，它的机载检测器加上热防护设施后，可放在干燥窑内传送干燥产品的任何一种类型的机械设备上，它随干燥产品一起经历干燥全过程，连续进行热工检测，一台这样的检测装置，可替代完成几台、几十台固定位置热工检测仪表的工作，因而提高了工作效率。
图1是本发明干燥窑机载热工检测装置的电路系统原理图；图2是本发明干燥窑机载热工检测装置的机载检测器结构图；图3是本发明干燥窑机载热工检测装置的热防护设施示意图；图4是本发明干燥窑机载热工检测装置在干燥窑现场检测示意图；图5是本发明干燥窑机载热工检测装置机箱内部布置示意图；图6是本发明干燥窑机载热工检测装置计算机程序流程图。
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细描述。
图1给出本发明干燥窑机载热工检测装置的电路系统原理，该系统共分为五个部分第一部分单片机电路。它由单片机1、打印指令键2、数据线3、地址线4、串行接口5组成。单片机1的型号为AT89C52，内部有8KB程序存贮器和256字节数据存贮器。打印指令键2是一个常开按键。数据线3将下边要提到的模数转换器6的输出信号传送到单片机的P0端口。地址线是从单片机P1.0～P1.2端口接出的三根线，将单片机给出的三位地址码送到模数转换器6的地址选通输入端A、B、C。串行接口5与下面要提到的微型打印机13相连，当检测完毕，根据打印指令键2的指令，单片机1将依次存入数据存贮器的数据，通过串行接口5输出到打印机13打印出来。
第二部分模数转换电路。它包括一个模数转换器6，两个或非门电路7、8，及输入、输出、控制线路。其中模数转换器的型号是ADC0809，两个或非门电路用一片74LS02担任。
第三部分模拟放大电路。它包括用热电偶制作的干球温度传感器a、由电阻R1～R3及运算放大器m所组成的干球温度信号放大器9，由集成温度传感器外包湿纱布制作的湿球温度传感器b、传感器b与电阻R6组成的分压电路10，由电阻R4、R5及运算放大器n组成的湿球温度信号放大器11，由硅压阻元件制作的大气压力传感器c与电阻R7构成的分压电路12。其中湿球温度传感器b的功能有两个，一个是测干燥介质湿球温度，另一个它又是用热电偶制作的干球温度传感器a的冷端温度。
第四部分微型打印机13。微型打印机13与单片机1间采用串行通信，串行数据由单片机1的TXD端口发向微型打印机13的RXD端口，联络信号由微型打印机13的BUSY端口接到单片机1的P3.2端口。
第五部分稳压电源14。12V的蓄电池的正极接到一个三端稳压器的输入端，蓄电池负极接稳压器的接地端。稳压器型号是LM7805，输出5V电压提供给上述全部电路使用。
下面对图1所示的电路系统原理作进一步详细说明。
模数转换器6片内带有锁存功能的8路模拟开关，可对8路0～5V的输入模拟电压信号分时进行转换，输出端有三态锁存缓冲器，直接连到单片机1的数据线上。单片机AT89C52的ALE脚输出地址锁存允许信号，频率是单片机1时钟频率的1/6，单片机1的时钟频率选用6MHz，则ALE脚输出频率为1MHz，符合模数转换器ADC0809对时钟频率的要求，故将模数转换器6的时钟输入端CLK接到单片机1的ALE脚上。模数转换器6的地址译码引脚A、B、C分别与单片机P1口的低三位P1.0、P1.1、P1.2相连，以选通模数转换器6的IN0～IN7中的一个对应的输入通道。将P2.7(地址总线最高位)作为片选信号，在启动模数转换时，由单片机1的写信号WR与P2.7经或非门8，控制模数转换器6的地址锁存ALE和转换启动START两个端口，因此将ALE和START连在一起，模数转换器6锁存通道地址的同时也启动转换。在读取转换结果时，用单片机1的读信号RD和P2.7脚，经或非门7产生正的脉冲，作为模数转换器6的输出允许信号OE，用以打开三态输出锁存器。
用热电偶制作的干球温度传感器a采集的温度信号，经过由运算放大器m和外接电阻R1、R2、R3构成的干球温度信号放大器9，进入模数转换器6的模拟量输入端口IN0；由集成温度传感器外包湿纱布制作的湿球温度传感器b与电阻R6组成分压电路10，在其连接点上，取出湿度信号，经过由运算放大器n和外接电阻R4、R5组成湿球温度信号放大器11，进入模数转换器6的模拟量输入端口IN1；由硅压阻式大气压力传感器c与电阻R7组成分压电路12，在其连接点上引出大气压力信号，送入模数转换器6的模拟量输入口IN2。
单片机AT89C52的串行输出口P3.1，即TXD，接到打印机13的串行输入口RXD，利用单片机的P3.2脚接收来自打印机13的BUSY信号，用以判别打印机13是“忙”还是“空闲”，以便控制数据从单片机的TXD端输出到打印机。单片机串行口采用工作方式3，波特率与打印机一致都是2400。
图2是本发明干燥窑机载热工检测装置的机载检测器结构图。在一个狭长的全封闭的电子元件盒1内，由一个中间隔板分成左右两个小室。右侧小室内安放一只12V的铅酸蓄电池2，有电源线从蓄电池2的正负极引出，接到左侧小室内的电路板3。在电路板3上有本装置的全部电路及电子元器件。电路板3向外接线除了上述电源线外，还分别接到湿球温度传感器4、串行输出接口5、打印指令键6、电池开关7、干球温度传感器8。电子元件盒1用铝板制成，有很好的密封性能，可防止水或潮气浸入。干球温度传感器8由铝制可转动的基座与电子元件盒1相连，有一段拉开了的弹簧保护热电偶，热电偶是外径为1mm的铠装铜-康铜热电偶，长约5cm，其热端测点是裸露的，有很好的热响应特性。不工作时，于球温度传感器可绕基座旋转，全部贴到电子元件盒1外表面上，有利于防护和便于安放到仪表箱内。
图3是本发明干燥窑机载热工检测装置的热防护设施示意图。热防护设施由供水盒1和包在电子元件盒3外表面的湿纱布4组成。在电子元件盒3和供水盒1之间有支架2，支架2固定在供水盒1上，电子元件盒3的六个外表面用3～4层医用脱脂纱布包好后放在支架2上，电子元件盒3两个侧面均有3～4层纱布下垂并浸入水中，用以向包在电子元件盒3外表面的湿纱布提供补给水，电子元件盒3的两端部所包纱布并不下垂，以保证沿电子元件盒3的下底面有一个通风道7。供水盒1的上表面，除了支撑支架2部分外，其余是敞开的，以使烟气或空气也能流经水表面，水蒸发吸热降低供水盒1的水温。供水盒盛满水时，水的体积约为电子元件盒3体积的4倍。湿球温度传感器5固定在电子元件盒3的外表面，干球温度传感器6从电子元件盒3接出，穿过湿纱布，伸出约5cm，检测烟气或空气温度。
图4是本发明干燥窑机载热工检测装置在三种隧道式干燥窑内现场检测示意图。图4a是该装置的机载检测器1放在隧道式干燥窑内运载干燥产品3的小车2上。干燥产品在行进中被干燥，机载检测器定时检测沿途数十个点的干燥介质参数。图中也可看到机载检测器上有湿纱布和供水盒构成的热防护设施。图4b是另一种隧道式干燥窑，称作辊道式干燥窑。薄板状的干燥产品1在一排滚动的辊2上前进，机载检测器3可放在干燥产品上或直接放在辊上，同样是跟随干燥产品一起前进，沿途检测干燥介质参数。上述薄板状干燥产品可以是地面砖、墙壁砖等。图4c也是一种隧道式干燥窑，称作烟叶复烤机，在传送链条1上，挂着一个个竹竿2，在每个竹竿上挂-排烟叶3，烟叶随竹竿前进中被干燥。利用细铁丝把机载检测器4也挂在竹竿上，同样检测烟叶复烤机全过程的干燥介质参数。
图5是本发明干燥窑机载热工检测装置机箱内部布置示意图。机箱由箱盖1和箱体5构成。在箱体5内部分成两个空间，其中一个空间由小面板4覆盖，在小面板4上设置有电源线6、电源开关7、电源指示灯8、微型打印机9、微型打印机输入信号接口10，在小面板4下有一稳压电源，它是输出功率为20W的直流稳压电源，输入交流220V，输出直流5V；箱体5内部的另一个空间用于存放机载检测器2和供水盒3。当机载检测器2检测完毕，要求打印检测结果时，将机载检测器2的输出信号接口12与微型打印机的输入信号接口10用信号线11连结起来，接通电源线6和电源开关7，按下打印指令键13，则微型打印机9就会将机载检测器2中全部检测结果依次打印出来。其中微型打印机9是一个有串行接口，并带有汉字库和字符集的微型针式打印机。
图6是本发明干燥窑机载热工检测装置计算机流程图，详细说明如下
流程1接通电源，计算机开始工作；流程2初始化。内部数据存贮器全部清零，拟用作记录检测数据的数据存贮器的首地址送到工作寄存器R0；流程3检测干球温度t，湿球温度tw，大气压力P。干球温度传感器、湿球温度传感器和大气压力传感器的信号分别送往运算放大器放大，再经模数转换，进入单片机。干球温度传感器利用铜-康铜热电偶制成，在干燥窑温度范围内，热电势与温度之间线性关系良好。湿球温度传感器的敏感元件是集成温度传感器，型号是AD590，其电流与温度有线性关系，允许使用温度范围覆盖了干燥窑内湿球温度范围，可以正常工作。大气压力传感器的敏感元件是硅压阻材料制成，大气压力越大其电阻值越大，将这个阻值变化转换电压信号，模拟大气压值。
流程4流程3测干球温度所用传感器是热电偶，其冷端处在湿球温度tw，因此要对干球温度t按下式进行温度补偿t′＝t+tw流程5湿空气或湿烟气的含湿量取决于干球温度t、湿球温度tw和大气压力P。为了简化计算或简化查表，经笔者研究，大气压力对含湿量的影响可以通过大气压力对湿球温度的修正来考虑，笔者给出如下修正式tw′=tw+(8+tw3)(1-P)]]>式中修正湿球温度tw′和tw的单位均为℃，大气压力单位为105Pa。
流程6利用在任何大气压力下测定并修正的干、湿球温度t′、tw′，在常压空气湿度表上查出含湿量d；流程7查饱和水与饱和水蒸气表，得出对应于补偿后的干球温度t′的饱和水蒸气压Ps；流程8判断饱和水蒸气压Ps与大气压力Pa的大小若Ps≥Pa，进入下一个流程9，若Ps＜Pa进入下一个流程10；流程9利用下式，计算Ps≥Pa条件下的相对湿度ΦΦ=d0.62+d]]>当大气压等于常压(105Pa)时，这个相对湿度Φ适用于t′≥100℃；流程10利用下式，计算当Ps＜Pa条件下的相对湿度ΦΦ=PaPs=d0.62+d]]>
当大气压等于常压(105Pa)时，这个相对湿度Φ适用于t′＜100℃；流程11在工作寄存器R0内存的数据存贮器地址单元中，存入干球温度t′，然后寄存器R0内存地址码加1；流程12在工作寄存器R0内存的数据存贮器地址单元中，存入相对湿度Φ。然后寄存器R0内存地址码加1；流程13在工作寄存器R0内存的数据存贮器地址单元中，存入含湿量d，然后寄存器R0内存地址码加1；流程14询问是否打印？通过判别打印指令键状态，得出是否打印的结论，若打印，向下进行流程16，若不打印，向下进行流程15；流程15延时一分钟，然后返回到流程3，再检测下一组参数；流程16根据商品打印机的要求，将单片机串行输出口设置成工作方式3，同时与打印机设置成相同的波特率2400；流程17为便于阅读，将打印机输出格式事先设定并编入程序，包括开始一小段汉字说明，打印数据的序号，每一行打印一组(共3个)数据，依次打印出数据存贮器中已记录的全部t′，Φ，d数据。
流程18结束。
权利要求
1.一种用于测定干燥介质参数的干燥窑机载热工检测装置，它包括一个有热防护设施的机载检测器、微型打印机、稳压电源和一个机箱，微型打印机及稳压电源占据机箱内一部分空间，另一部分空间用于存放机载检测器及其热防护设施，所述机载检测器，它包括一个装有电子元件的线路板、电池及电子元件盒，线路板和电池装在电子元件盒内，在电子元件盒外表面上设置电池开关、输出信号接口、打印指令键、湿球温度传感器和干球温度传感器，其特征在于(1)所述机载检测器的热防护设施，包括包在机载检测器的电子元件盒外表面的湿纱布和位于电子元件盒下边的供水盒，电子元件盒外包湿纱布的端部下垂浸入供水盒水中；(2)所述机载检测器还包括一个位于电子元件盒内的大气压力传感器。
2.按照权利要求1所述的干燥窑机载热工检测装置，其特征在于所述微型打印机是一个有串行接口，带有汉字库和字符集的小型针式打印机；
3.按照权利要求1所述的干燥窑机载热工检测装置，其特征在于所述装有电子元件的线路板，其上设置有干球温度信号放大电路、湿球温度信号放大电路、大气压力分压信号电路，模数转换电路、单片机电路、输入输出口接出电路；线路板上安装有三端稳压器LM7805、运算放大器LM224，模数转换器ADC0809、单片面AT89C52、或非门元件74LS02、晶振6MHz、一些电阻、电容；
4.按照权利要求1所述的干燥窑机载热工检测装置，其特征在于所述电子元件盒内的电池是12V的铅酸蓄电池；
5.按照权利要求1所述的干燥窑机载热工检测装置，其特征在于所述湿球温度传感器是固定在电子元件盒外壁上，其敏感元件是感受湿纱布温度的集成温度传感器，型号是AD590；
6.按照权利要求1所述的干燥窑机载热工检测装置，其特征在于所述干球温度传感器是从电子元件盒上伸出，穿过湿纱布，感受干燥介质温度的微型铠装热电偶，长约5cm，外径1mm，热端裸露，冷端设置在处于湿球温度的电子元件盒外壁上；
7.按照权利要求1所述的干燥窑机载热工检测装置，其特征在于所述的大气压力传感器是硅压阻式大气绝对压力传感器；
8.按照权利要求1所述的干燥窑机载热工检测装置，其特征在于所述包在电子元件盒外表面的湿纱布为3～4层，是医用脱脂纱布，它将电子元件盒的全部外表面包起来，其垂入水中的纱布也是3～4层，垂入水中纱布的宽度等于电子元件盒的长度，垂入水中纱布的端部与供水盒底相接触；
9.按照权利要求1所述的干燥窑机载热工检测装置，其特征在于所述机载检测器热防护设施的供水盒，其上表面除了用于支持电子元件盒的支架外，其余部分是敞开的，当供水盒装满水时，所装水的体积约为电子元件盒体积的4倍；
10.按照权利要求1所述的干燥窑机载热工检测装置，其特征在于所述稳压电源是输出功率为20W的直流稳压电源，输入交流220V，输出直流5V。
全文摘要
本发明公开了一种测定干燥窑内热烟气或热空气的温度、相对湿度、含湿量等三项热工参数的干燥窑机载热工检测装置。该装置主要由可放在干燥窑内的机载检测器1和固定于仪器箱2内的微型打印机3组成。机载检测器1加上热防护设施后，可放在隧道式干燥窑的传送设备上，随干燥产品一起前进，按设定的时间间隔，沿途定时测定数十个位置上的窑内气体温湿度，并自动记录。从干燥窑出来，将其输出接口6与打印机输入接口4用信号线5连接，按下打印指令键7，微型打印机即打印出所记录的全部热工参数。
文档编号F26B21/00GK1530622SQ0312172
公开日2004年9月22日 申请日期2003年3月15日 优先权日2003年3月15日
发明者尚德敏 申请人:尚德敏