一种基于燃烧室恒压控制的尾气自动收集装置的制作方法

本实用新型涉及一种尾气收集装置，尤其是涉及一种基于燃烧室恒压控制的尾气自动收集装置。

背景技术：

近年来，天然气热值测量方面的研究工作在很多的科研院所进行，能量计量反映的是天然气的热量，作为最能反映其燃烧特性的一种合理、科学的计量方式，在天然气贸易中已被西方国家广泛采用。

然而，我国目前尚普遍采用以体积计量的方式作为天然气贸易结算的依据。我国在包括天然气在内的燃气热值计量标准方面还比较落后，现有燃气热值计量体系不能满足气体能源的快速发展的要求。

技术实现要素：

针对背景技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于燃烧室恒压控制的尾气自动收集装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型中的伺服电机通过联轴器与减速器输入端连接，减速器的输出端和滚珠丝杠的螺杆连接在一起，滚珠丝杠的滚珠螺母通过螺母座与连接板焊接在一起；连接板的另一面和活塞杆焊接在一起。减速器固定在支撑平板上面，支撑平板由支撑杆和支撑背板固定；连接板的两端装有导向杆，导向杆固定在支撑背板上；在导向杆的侧面装有主光栅，在连接板的相应一端装有指示光栅；在支撑平板和支架上装有第一接近开关和第二接近开关；气缸缸体由固定钢圈和固定橡胶圈固定在支架上；气缸缸盖通过紧固螺钉和密封圈固定在缸体上，同时缸盖上还装有压力传感器和温度传感器；缸盖的气口和三通阀的一个端口相连，三通阀的另外两个端口分别与抽气口电磁阀和排气口电磁阀相连；抽气口电磁阀通过绝热铜管、第一快速接头和干燥装置相连接，干燥装置通过第二快速接头和燃烧室的出气口相连，同时在该出气口和第二快速接头之间装有压力传感器；燃烧室的进气口通过铜管和混合气室相连，铜管上装有压力传感器；混合气室的三个进气口分别连接的是氩气管、氧气管和燃气管；排气口电磁阀通过第三快速接头与红外气体分析仪取样器相连。

进一步说，所述的支架的四个脚上都装有调平螺丝。

与背景技术相比，本实用新型的有益效果是：

1. 本实用新型中描述的一种基于燃烧室恒压控制的尾气收集装置是一套较为智能的自动控制收集装置，它可以根据燃烧室两端的气压差值，采用PID的控制算法实时、快速、准确地调整伺服电机的抽气速度，以保证燃烧室内的混合气充分、稳定燃烧。

2. 装置的气缸内部装有温度传感器和压力传感器，可以实时监测气缸内部的压力和温度变化，并根据抽气结束后气缸内的温度和压力值，换算出标准状况下气缸内气体的体积，方便计算燃气的热值。

3. 本实用新型装置是采用活塞缸体积为计量标准的，利用安装在导向杆侧面的主光栅配合与活塞杆安装在同一连接板上的指示光栅精确测量活塞杆的位移量，根据经过精密加工的气缸的截面积，可以大大提高缸内气体的体积测量精度。

4. 本装置的支架四脚上装有调平螺丝，能够将装置调整到可接受的水平范围之内，减少了气缸内壁与活塞之间的磨损。

5. 本装置从燃烧室到气缸的抽气口出，均采用了绝热管路，减少了尾气中热量的流逝，提高了计算精度。

6. 干燥装置采用了三段串联的连接方式，便于拆卸称重和更换干燥剂，干燥剂选用了吸水性能好、透气性较好的无水氯化钙，可减少因干燥剂吸水而阻塞管路的情况。

附图说明

图1是本实用新型的结构立体图；

图2是本实用新型的结构斜视图。

具体实施方式

如图1和图2 所示，本实用新型中的伺服电机1通过联轴器与减速器2输入端连接，减速器2的输出端和滚珠丝杠的螺杆36连接在一起，滚珠丝杠的滚珠螺母通过螺母座5与连接板6焊接在一起。连接板6的另一面和活塞杆38焊接在一起；减速器通过螺钉固定在支撑平板3上面，支撑平板由支撑杆4和支撑背板33通过螺钉固定；连接板6的两端装有导向杆32，导向杆32通过螺钉固定在支撑背板33上；在导向杆32的侧面装置有主光栅35，在连接板6的相应一端装有指示光栅37；在支撑平板3和支架8上装有接近开关31和接近开关34；气缸缸体9被固定钢圈7和固定橡胶圈30固定在支架8上；支架8的四个支撑脚上装有调平螺丝13；气缸缸盖42通过紧固螺钉和密封圈固定在缸体9上，同时缸盖42上还装有压力传感器40和温度传感器39；缸盖的进（出）气口41通过绝热铜管和三通阀15相连，三通阀的另外两个端口分别通过绝热铜管与抽气口电磁阀29和排气口电磁阀10相连；抽气口电磁阀29通过绝热铜管28、快速接头16和干燥装置27相连接，干燥装置27通过绝热铜管26、快速接头25和燃烧室23的出气口相连，同时在出气口和快速接头25之间装有压力传感器24；燃烧室23的进气口通过普通铜管21和混合气室19相连，铜管21上装有压力传感器22；混合气室19的三个进气口分别连接的是氩气管20、氧气管17和燃气管18；排气口电磁阀通过普通铜管11和快速接头12与红外气体分析仪取样器14相连。其中的干燥装置27采用的三个干燥管相串联的方式进行尾气的干燥处理，干燥装置两端分别采用了快速接头16和快速接头25，方便干燥装置的拆卸称重和干燥剂的更换，其中所采用的干燥剂为吸水性能好、透气性好的无水氯化钙。

装置采用的MSP430单片机进行控制，压力传感器22和压力传感器24分别用来检测燃烧室23进气口和出气口的压力值反馈给MSP430单片机，控制系统采用PID控制算法通过控制伺服电机1的转速来控制装置的抽气速度，保持燃烧室23两端的气流稳定，从而保证燃烧室内混合气体的稳定燃烧。其中，控制系统包括：下位机MSP430单片机控制系统和上位机数据显示控制系统。下位机MSP430单片机控制系统主要用来直接控制装置运行，采集伺服电机转速、光栅尺、温度传感器和压力传感器的数据并上传到上位机，上位机数据显示控制系统主要是接收下位机数据，经过处理后显示出来，并通过按钮命令的形式，间接控制和设定装置的运行状态。光栅尺由主光栅35和指示光栅37组成，两者配合精确测量活塞的位移量，根据气缸的截面积，进而计算出抽入缸体的气体体积。红外气体分析仪取样器，负责取样气缸内部的一小部分气体，然后接到红外气体分析仪上分析收集到的尾气的气体成分。

本实用新型的工作过程如下：先将打开排气口电磁阀并开始排气，将气缸内的气体全部排出后停止排气；此时再打开抽气口电磁阀，使用氩气对整个管路冲洗一分钟左右，使管路中充满氩气，先关闭排气口电磁阀，随后立即关闭氩气控制开关；先拧紧安装在干燥装置两端快速接头上的气孔调节螺丝，使干燥剂与外界隔绝，再拆开快速接头，对此时的干燥装置进行称重；称重完毕后再将干燥装置接回管路中，拧开气孔调节螺丝；根据燃气、氧气和氩气的流量，通过上位机设定好抽气初始速度和燃烧室两端的压力差值的上下限；打开抽气口电磁阀和伺服电机，开始抽气的同时打开燃烧室的点火装置，并打开燃气、氧气和氩气的控制开关；当燃烧室的混合气体开始燃烧时，两端的压差会发生改变，导致燃烧不稳定，此时两端的压力传感器会将检测到的压力反馈给下位机MSP430单片机控制系统，单片机控制系统会把两端压力值处理后与设定的压差值的上下限作比较，并用来控制电机的转速，从而调整装置的抽气速度，维持燃烧室两端压差稳定，保证燃烧室内的混合气体稳定燃烧；燃烧室出来的尾气通过干燥装置后，燃烧生成的水蒸气被干燥剂吸收，燃烧完成后，先关闭燃气和氧气控制开关，十秒后关闭氩气控制开关并关闭伺服电机和抽气口电磁阀；用前面相同的方法拆下干燥装置并进行称重，计算前后重量的差值；根据光栅尺反馈的位移和气缸的截面积，计算气缸内气体体积；根据装在缸盖上的温度传感器和压力传感器的返回值，和已知内缸内气体体积，可换算出标况下气体的体积；将红外气体分析仪取样器接到排气口，打开排气口电磁阀并打开伺服电机，排出少量气体到取样器，并关闭排气口电磁阀和伺服电机；将取样器接到红外气体分析仪上，分析收集到的尾气的成分和各组分浓度。