一种压缩空气压力露点在线检测装置及其计算方法与流程

本发明涉及压力露点在线检测技术，特别是涉及一种压缩空气压力露点在线检测装置及其计算方法。

背景技术：

无论在大气还是管道中，空气中总是含有少量水分子。露点温度便是一种反应空气干燥程度的指标，其值等于空气中水蒸气分压力对应的饱和温度。当空气的温度等于露点温度时，空气中的水蒸气处于饱和状态，如果空气温度再降低，空气中的水呈液体状凝结出来。由于露点温度能够直观的反映出空气中水分凝结出时的温度，所以露点温度是工业中最常用的表示空气干燥程度的一个参数。

仪用压缩空气的含水量是影响工业气动控制及仪表动作性能的重要判据，当现场环境温度较低时，水蒸气出现液化，含水量较大会造成仪表压缩空气雾化、甚至结冰，易将气动控制装置及仪表的动力气源或控制气源堵住，危害到生产安全。尤其是在气动执行装置被广泛应用的电力行业，如果仪用压缩空气含水量超标(特别是在低温环境下)，将极有可能造成机组非正常停运事件的发生。工业上经常遇到对含湿量一定的湿空气的常压露点和压力露点进行换算的问题，但是至今还没有一种有效的测量仪表，直接显示出当前温度、湿度、压力下的露点温度。

技术实现要素：

本发明的构思基础是，针对露点分别有温度、湿度、压力三个量所影响的特性，而传统的露点测量仅仅使用到温度、湿度两个量，而在压缩空气中大范围的压力变化，使传统常压露点的测量变得不准确。1)本发明提出压力露点概念，管道内空气压缩，其压力值的大量改变造成水蒸气凝结温度点发生改变，传统露点仪却不具备对压力的测量，显示系数也不准确。压力露点，将压力与温度、湿度相结合，共同测量压缩空气中的准确的露点温度。2)本发明提出在带显示器的压力变送器原有模具上，内部加装主控制芯片，将所测量到的压力、温度、湿度汇总并处理，得出所需要的压缩空气的压力露点。外形封装采用防压防爆的压力变送器封装；一侧配电线口连接电源供电，另一侧配电线口连接温湿度变送器，将温湿度传感器和压力传感器同时连接在管道中，完成对流动气体的数据测量。

由于其功率低，发热量小，封闭效果好，安全系数高，可以在现场实现稳定长久的不间断工作。做到长久不间断工作，每次测量独立稳定，大大提高工作效率，降低故障发生率。

本发明的目的是，克服现有技术的不足，为仪用压缩空气，提供一种结构简单，造价低廉，可实施性好，做到长久不间断工作，每次测量独立稳定强，测量周期短，工作效率的压缩空气压力露点在线检测装置；并提供在传统的通过温湿度测量来计算常压露点的基础上，附加压力的测量，科学合理，适用性强，准确率高的压缩空气压力露点在线检测计算方法。

实现本发明目的所采取的技术方案之一是：一种压缩空气压力露点在线检测装置,其特征在于：它包括现场数据采集用的温湿度传感器、压力传感器、压力数据处理模块、直流电源、主芯片、液晶显示屏；所述的主芯片包括处理器与采集芯片电连接，采集芯片与变压器电连接，所述的温湿度传感器与主芯片的处理器电连接，所述的处理器与液晶显示屏电连接，所述的压力传感器与主芯片的采集芯片电连接，直流电源分别与压力传感器和变压器电连接，所述的变压器与液晶显示屏电连接。

所述的温湿度传感器采用db140温湿度传感器。

所述的压力传感器采用eja530a压力传感器。

所述的处理器采用stc89c52处理芯片。

所述的采集芯片采用tlc2543c-ad采集芯片。

所述的液晶显示屏采用jlx177-lcd液晶显示屏。

实现本发明目的所采取的技术方案之二是：一种压缩空气压力露点在线检测计算方法，其特征在于：它包括的内容有：将湿度采集的数据、管道内压力采集的数据进行组合，推算常压下湿度；将推算常压下湿度与温度采集的数据组合，计算常压露点；计算常压露点水蒸气分压；计算有压下水蒸气分压；计算压力露点；

具体内容由下述方程组定量描述：

常压湿度：

h＝h×101324/pa(1)

温度下的水蒸气饱和分压：

当t<-20℃,t＝t+273,

当-20℃<＝t<＝1℃

pq＝607.32+48.96×t+1.64×t²+0.0227×t³(3)

当1℃<t<＝25℃

pq＝606.3107+46.5352×t+1.064×t²+0.0463×t³(4)

当t>＝25℃

pq＝-596.77526+175.4469×t-3.6753×t²+0.1065×t³(5)

常压下水蒸气分压力

pqb＝pq×h％(6)

压力下水蒸气分压力

pp＝pqb×pa×h％(7)

使用温湿度传感器测量到的温度t、湿度h,压力传感器测量到的压力pa，在管道内直接测得的湿度为压缩空气的湿度，所以通过公式(1)计算出常压状态下的湿度，根据其当下温度通过公式(2)-(5)计算其常压下的水蒸气饱和压力pq，再通过公式(6)计算在常压下的水蒸气分压力pqb，通过公式(7)计算压力下水蒸气分压力pp；当水蒸气分压力等于水蒸气饱和分压力时，所对应的温度即为露点温度，把pp代入公式(2)-(5)，通过迭代的方式计算出所对应的露点温度t，即为压力露点t。

本发明的一种压缩空气压力露点在线检测装置及其计算方法的优点体现在:

1.现场数据采集由压力数据采集、温度数据采集和湿度数据采集。其三个变量的采集均用微型传感器和处理芯片实现。数据就地显示的实现，通过其内部数据处理芯片将所测量到的压力、温度、湿度汇总并处理，得出所需要的压缩空气的压力露点。三个变量仅需要一台仪表，在单独一个采集点，便可以实现压力露点的测量，不需要测量空气压缩前湿度或者其他采集点的帮助。外形封装采用防压防爆的压力变送器封装；一侧配电线口连接电源供电，另一侧配电线口连接温湿度变送器，将温湿度传感器和压力传感器同时连接在管道中，完成对流动气体的数据测量；

2.考虑露点受到压力、温度、湿度三个变量的非线性影响，每次的测量均为独立测量，三个变量互不影响，采用海兰-韦克斯勒饱和水汽压公式进行计算。在最终压力露点的计算时采用相互迭代，逐步逼近的方式，可以精确到百万分之一，保证了压力露点的准确测量以及显示；

3.其装置结构简单、合理，造价低廉，可实施性好，做到长久不间断工作，每次测量独立稳定强，测量周期短，大大提高工作效率，降低故障发生率；

4.其方法科学合理，适用性强，计算准确率高。

附图说明

图1为一种压缩空气压力露点在线检测装置结构示意图；

图2为一种压缩空气压力露点在线检测计算方法流程图。

图中：1、温湿度传感器，2、压力传感器，3、压力数据处理模块，4、直流电源，5、主芯片，6、处理器，7、采集芯片，8、变压器，9、液晶显示屏，10、温湿度数据传输通道，11、压力数据处理通道，12、压力数据传输通道，13、第一电源连接线，14、数字量压力数据传输通道，15、第二电源连接线，16、lcd液晶屏数据传输通道，17、第三电源连接线。

具体实施方式

下面利用附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

1.参照图1实现本发明目的所采取的技术方案之一是：一种压缩空气压力露点在线检测装置,包括现场数据采集用的温湿度传感器1、压力传感器2、压力数据处理模块3、直流电源4、主芯片5、液晶显示屏9。所述的主芯片5包括处理器6通过数字量压力数据传输通道14与采集芯片7电连接。采集芯片7通过第二电源连接线15与变压器8电连接。所述的温湿度传感器1通过温湿度数据传输通道10与主芯片的处理器6电连接。所述的处理器6通过lcd液晶屏数据传输通道16与液晶显示屏9电连接。所述的压力传感器2通过压力数据传输通道12与主芯片的采集芯片7电连接。直流电源4为24v为压力传感器2供电，直流电源4通过第一电源连接线13与变压器8电连接。所述的变压器1通过第三电源连接线17与液晶显示屏9电连接。

温湿度传感器1采用db140温湿度传感器。压力传感器2采用eja530a压力传感器。处理器6采用stc89c52处理芯片。采集芯片7采用tlc2543c-ad采集芯片。液晶显示屏9采用jlx177-lcd液晶显示屏。

本发明的压缩空气压力露点在线检测装置通过主芯片5内部的处理器6将压力传感器2、温湿度传感器1所测量到的压力、温度、湿度汇总并处理，得出所需要的压缩空气的压力露点。外形封装采用防压防爆的压力变送器封装；一侧配电线口连接直流电源4供电，另一侧配电线口连接温湿度变送器，将温湿度传感器1和压力传感器2同时连接在管道中，完成对流动气体的数据测量。处理器6是核心器件，使用stc89c52作为主控芯片，液晶显示屏9采用jlx177-lcd液晶显示屏，作为屏幕显示监测数据，使用采集芯片7进行压力数据采集，温湿度传感器1采用i2c总线通讯进行传输数据。

所述采集芯片7采用a/d转换芯片，其型号为tlc2543c,12输入通道模拟量数据采集芯片。将压力表4-20ma电流信号串联250欧电阻，转换为1-5v通用模拟量电压信号。通过ad转换芯片采集数据传输给主芯片5的处理器6，处理器6为stc89c52主控芯片，记录并显示压力数值。

所述温湿度传感器1通过i2c总线的通信方式实现数据传输，传感器外形采用防压螺丝型外壳，能承受1mpa气压并可以密封在管道内部。使用原有防水防爆压力变送器外壳，改变其内部主控芯片5，同时测量三种变量进行露点计算。在一侧的配电线口连接24v直流电源4，另一侧配电线口连接温湿度传感器1的数据线与电源线，实现数据采集。通过将压力传感器2、温湿度传感器1和压缩空气管道相互连接。由于压力传感器2与温湿度传感器1均为带胶圈的螺纹接口，可以实现接口的密封，在密封空间中进行数据测量和露点计算。

本发明的一种压缩空气压力露点在线检测装置通过db140温湿度传感器1监测管道内部温度、湿度以及eja530a压力传感器2测量的压力参数；处理器6使用stc89c52作为主芯片5的处理器，数据处理速度快，外设功能齐全；使用232电平串口、i2c总线、以及tlc2543c-a/d转换芯片进行数据采集，内部数据处理以及计算后，使用spi通信方式与jlx177-lcd液晶显示屏连接，实现独立数据采集到结果显示。装置内部采用内部pcb板叠加方式，使压力与温湿度的测量相互独立，互不发生干扰。并且由主芯片5连接液晶显示屏9，通过排针和螺丝稳定固定在仪表内部。由于其功率低，发热量小，安全系数高，可以在现场实现稳定长久的不间断工作。做到长久不间断工作，每次测量独立稳定，大大提高工作效率，降低故障发生率。实施方式中主控制芯片5为自主开发，其它器件均为市售产品。

参照图2，本发明的一种压缩空气压力露点在线检测计算方法，使用原有防水防爆压力变送器外壳，外壳内采用主芯片5同时测量三种变量进行露点计算。在一侧的配电线口连接24v直流电源4，另一侧配电线口连接温湿度传感器1的数据线与电源线，主芯片5的内部与处理器6连接通信，实现数据采集。通过将压力传感器2、温湿度传感器1和压缩空气管道相互连接。由于压力传感器2与温湿度传感器1均为带胶圈的螺纹接口，可以实现接口的密封，在密封空间中进行数据测量和露点计算。利用温度湿度以及管道内压力，独立测量，组合计算露点，实现压力露点露点实时准确测量、长期持续工作，整个测量方法由下述方程组定量描述：

常压湿度：

h＝h×101324/pa(1)

温度下的水蒸气饱和分压：

当t<-20℃,t＝t+273,

当-20℃<＝t<＝1℃

pq＝607.32+48.96×t+1.64×t²+0.0227×t³(3)

当1℃<t<＝25℃

pq＝606.3107+46.5352×t+1.064×t²+0.0463×t³(4)

当t>＝25℃

pq＝-596.77526+175.4469×t-3.6753×t²+0.1065×t³(5)

常压下水蒸气分压力

pqb＝pq×h％(6)

压力下水蒸气分压力

pp＝pqb×pa×h％(7)

通过传感器测量到的温度t、湿度h,压力pa由于在管道内直接测得的湿度为压缩空气的湿度，所以通过公式(1)计算出常压状态下的湿度，根据其当下温度通过公式(2)-(5)计算其常压下的水蒸气饱和压力pq。此时通过公式(6)计算在常压下的水蒸气分压力pqb，通过公式(7)计算压力下水蒸气分压力pp；当水蒸气分压力等于水蒸气饱和分压力时，所对应的温度即为露点温度。把pp代入公式(2)-(5)，通过迭代的方式计算出所对应的露点温度t，即为压力露点t。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。