CN104132696A - 便携式孔板测量仪 - Google Patents
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Abstract
一种便携式孔板测量仪，其特征在于，所述便携式孔板测量仪的电路原理包括压差采集电路、温度采集电路、绝压采集电路、时钟电路、单片机、液晶电路、键盘电路，其中压差采集电路、温度采集电路、绝压采集电路、时钟电路与单片机之间采用IIC总线连接，键盘电路连接单片机的输入端，单片机的信号输出端连接液晶电路的信号输入端；本产品便携式孔板测量仪采用直接测量方式测量孔板前后压差，误差小，自带温度，压力补偿，可设置使用不同孔板系数的孔板设备进行测量，适用性强，体积小，便于携带，测量过程简单，可由测量人员携带至不同测点进行测量。
Description
技术领域
本发明涉及计量装置，特别是涉及一种测量瓦斯抽放管中气体流量的装置。
背景技术
煤矿瓦斯治理中，对瓦斯抽放管中各项数据的监测必不可少，管道温度，管道压力，管道流量等等数据是治理过程中的基础依据。流量是煤矿上一种非常重要的测量参数，多年以来，煤矿对于气体流量的测量采用了很多种方法，但都很不理想，常用的有三种方案：
方案一：煤矿上广泛使用的孔板流量计，煤矿在具体使用时仍然沿用传统的U形管测量其差压，再结合管道内压力和温度，通过孔板公式计算才能得出流量，因此使用十分繁琐和不便，影响了煤矿上对于管道流量进行准确实时的监测。
方案二：用两台管道压力传感器配合使用测量流量所需压力差，成本高，间接方式测量，放大了原有管道压力测量值的系统误差，导致结果不准确，读取压力值后，依然需要经过孔板公式计算才能得到流量值，使用依然繁琐。
方案三：现有的成套孔板流量计，为数不多，且价格昂贵，每台孔板流量计仅适用于一种管径，不适合产能小，测点多的煤矿使用。
因此，急需一种结构简单、操作方便、测量精度高，成本低的新型孔板测量装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种便携式孔板测量仪用于解决上述技术问题。
本发明便携式孔板测量仪，所述便携式孔板测量仪的电路原理包括压差采集电路、温度采集电路、绝压采集电路、时钟电路、单片机、液晶电路、键盘电路，其中压差采集电路、温度采集电路、绝压采集电路、时钟电路与单片机之间采用IIC总线连接，键盘电路连接单片机的输入端，单片机的信号输出端连接液晶电路的信号输入端；
压差采集电路用于采集瓦斯抽放管道内孔板两侧的压力差值；温度采集电路用于采集环境温度；绝压采集电路用于采集孔板迎风面的压力值；时钟电路用于实时记录时间，并将时间值通过单片机显示在液晶电路中的液晶屏上；液晶电路用于显示各个工作电路采集的压力与温度值以及经单片机计算得出的瓦斯抽放管内的流量值。
所述时钟电路中，时钟芯片的第一引脚与第二引脚之间连接第二晶振，时钟芯片的第四引脚接地，时钟芯片的第七引脚经电阻R11接3V电源，时钟芯片的第八引脚接二极管的负极，二极管的正极接纽扣电池的正极，纽扣电池的负极接地，二极管的负极接3.6V电源，时钟芯片的第六引脚连接单片机的第十九引脚，时钟芯片的第五引脚接单片机的第二十引脚，时钟芯片的第一引脚经电容C9接地。
所述温度采集电路中，温度传感器的第四引脚接地，温度传感器的第五至第八引脚接3V电源，同时经电容C12接地，温度传感器的第一引脚、第二引脚分别接单片机的第二十引脚、第十九引脚。
所述压差采集电路，压差传感器的第一引脚接地、第二引脚接3V电源，且两引脚之间连接电容C11，压差传感器的第三引脚、第四引脚分别连接单片机的第二十引脚、第十九引脚。
所述绝压采集电路中，压力传感器的第一引脚接地、第二引脚接3V电源，且两引脚之间连接电容C10，压力传感器的第三引脚、第四引脚分别连接单片机的第二十引脚、第十九引脚。
所述便携式孔板测量仪的结构组成包括，前壳、后壳、电路板、高压口、低压口，其中前外壳的后部均匀分布按键排，构成九宫格按键，前壳的前部设置有液晶屏窗口，后壳的周边上均匀设置有四个螺丝孔；
所述前壳与后壳通过螺丝孔用螺丝结合固定为一个整体，高压口、低压口并列设置在前壳的前端面上，高压口、低压口位于测量仪内部的两个端口，分别经通气管与压差传感器的两个进气端相连接，高压口为三通式接口，另一支路与绝压传感器相连。
所述前壳、后壳为两端宽中间窄的长方体。
本产品采用直接测量方式测量孔板前后压差，误差小，自带温度，压力补偿，可设置使用不同孔板系数的孔板设备进行测量，适用性强。体积小，便于携带，测量过程简单，可由测量人员携带至不同测点进行测量。
下面结合附图对本发明的便携式孔板测量仪作进一步说明。
附图说明
图1为本发明便携式孔板测量仪原理框图；
图2为便携式孔板测量仪电路结构示意图；
图3为便携式孔板测量仪正面俯视图和电路板侧视图；
图4为便携式孔板测量仪反面俯视图；
图5为与便携式孔板测量仪配套使用的孔板安装结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明便携式孔板测量仪包括压差采集电路、温度采集电路、绝压采集电路、时钟电路、单片机、液晶电路、键盘电路，其中压差采集电路、温度采集电路、绝压采集电路、时钟电路与单片机之间采用IIC总线连接，键盘电路连接单片机的输入端，单片机的信号输出端连接液晶电路的信号输入端；
压差采集电路用于采集瓦斯抽放管道内孔板两侧的压力差值；温度采集电路用于采集环境温度；绝压采集电路用于采集孔板迎风面的压力值；时钟电路用于实时记录时间，并将时间值通过单片机显示在液晶电路中的液晶屏上；液晶电路用于显示各个工作电路采集的压力与温度值以及经单片机计算得出的瓦斯抽放管内的流量值。
如图2所示，本发明便携式孔板测量仪电路结构包括充电电路U1、单片机U2、时钟芯片U3、温度传感器U4、稳压源U5、压差传感器DP1、压力传感器AP1、LCD接口J1、电容C1至电容C15、电阻R1至电阻R12、液晶背光LED接口JP1、第一晶振Y1、第二晶振Y2、三极管BG1、USB接口USB1、二极管D3、按键S2至按键S9；
充电电路U1的第一引脚1、第三引脚3接地，充电电路U1的第二引脚2串联电阻R1、电阻R2后接地，充电电路U1的第四引脚4接电容C2后接地，充电电路U1的第八引脚8接电阻R3后接3.6V电源，充电电路U1的第五引脚5接3.6V电源，同时接电容C1后接地；
单片机U2的地五引脚5、第二十七引脚27、第十七引脚17、第三十八引脚38接电源VCC，单片机U2的第六引脚6、第十八引脚18、第二十八引脚28、第三十九引脚39接地，单片机U2的第二十一引脚21接三极管BG1的集电极，单片机U2的第二十二引脚22、第二十三引脚23提供3V电源，单片机的第二十五引脚25、第二十六引脚26之间连接有第一晶振Y1，单片机U2的第三十七引脚37连接液晶背光LED接口JP1的第二引脚2，液晶背光LED接口JP1的第一引脚1接电阻R12后接3V电源，单片机U2的第三十三引脚33连接电容C13后接地，电阻R5的一端连接3.6V电源，另一端连接电阻R6后接地，电阻R5、电阻R6之间接单片机U2的第三十三引脚33；
时钟芯片U3的第一引脚1与第二引脚2之间连接第二晶振Y2，时钟芯片U3的第四引脚4接地，时钟芯片U3的第七引脚7经电阻R11接3V电源，时钟芯片U3的第八引脚8接二极管D3的负极，二极管D3的正极接纽扣电池BT2的正极，纽扣电池BT2的负极接地，二极管D3的负极接3.6V电源，时钟芯片U3的第六引脚6连接单片机U2的第十九引脚19，时钟芯片U3的第五引脚5接单片机U2的第二十引脚20，时钟芯片U3的第一引脚1经电容C9接地；
温度传感器U4的第四引脚4接地，温度传感器U4的第五至第八引脚接3V电源，同时经电容C12接地，温度传感器U4的第一引脚1、第二引脚2分别接单片机U2的第二十引脚20、第十九引脚19；
稳压源U5的第一引脚1经接电容C14接地，稳压源U5的第一引脚提供电源VCC，稳压源U5的第三引脚3经电容C15接地，稳压源U5的第三引脚3接3.6V电源，稳压源U5的第二引脚2接地；
压差传感器DP1的第一引脚1接地、第二引脚2接3V电源，且两引脚之间连接电容C11，压差传感器DP1的第三引脚3、第四引脚4分别连接单片机U2的第二十引脚20、第十九引脚19；
压力传感器AP1的第一引脚1接地、第二引脚2接3V电源，且两引脚之间连接电容C10，压力传感器AP1的第三引脚3、第四引脚4分别连接单片机U2的第二十引脚20、第十九引脚19；
LCD接口J1的第一引脚1、第二引脚2、第十七引脚17、第十八引脚18、第十九引脚19、第二十引脚20、第二十六引脚26接3V电源，LCD接口J1的第三引脚3、第二十一引脚21、第二十二引脚22、第二十三引脚23、第二十四引脚24接地，LCD接口J1的第四引脚4接单片机U2的第三十六引脚36，LCD接口J1的第五引脚5接单片机U2的第三十五引脚35，LCD接口J1的第六引脚6接单片机U2的第三十四引脚34，LCD接口J1的第七引脚7接单片机U2的第三十二引脚32，LCD接口J1的第八引脚8接单片机U2的第三十一引脚31，LCD接口J1的第九引脚9接单片机U2的第四十引脚40，LCD接口J1的第十引脚10接单片机U2的第四十一引脚41，LCD接口J1的第十一引脚11接单片机U2的第四十二引脚42，LCD接口J1的第十二引脚12接单片机U2的第四十三引脚43，LCD接口J1的第十三引脚13接单片机U2的第四十四引脚44，LCD接口J1的第十四引脚14接单片机U2的第一引脚1，LCD接口J1的第十五引脚15接单片机U2的第二引脚2，LCD接口J1的第十六引脚16接单片机U2的第三引脚3，LCD接口J1的第十七引脚17、第十八引脚18、第十九引脚19、第二十引脚20与第二十一引脚21、第二十二引脚22、第二十三引脚23、第二十四引脚24之间连接电容C3，LCD接口J1的第二十五引脚25经电容C8接地、LCD接口J1的第二十七引脚27经电容C7接地、LCD接口J1的第二十八引脚28经电容C6接地、LCD接口J1的第二十九引脚29经电容C5接地、LCD接口J1的第三十引脚30经电容C4接地；
按键S2的一端接单片机U2的第九引脚9，另一端接地；按键S3的一端接单片机U2的第十引脚10，另一端接地；按键S4的一端接单片机U2的第十一引脚11，另一端接地；按键S5的一端接单片机U2的第十二引脚12，另一端接地；按键S6的一端接单片机U2的第十三引脚13，另一端接地；按键S7的一端接单片机U2的第十四引脚14，另一端接地；按键S8的一端接单片机U2的第十五引脚15，另一端接地；按键S9的一端接单片机U2的第十六引脚16，另一端接地；
三极管BG1的集电极单片机U2的第21引脚，三极管BG1的发射机接地，电阻R4的一端接电源VIN，另一端接电容C16，电容C16的另一端接地，三极管BG1的基极接到电阻R4与电容C16之间；电池组P的负极接地，电池组P的正极顺序串联经电阻R10，R9后，对外提供3.6V电源；电阻R7的一端接3V电源另一端接单片机U2的第十九引脚19，电阻R8的一端接3V电源另一端接单片机U2的第二十引脚20；USB接口USB1的第一引脚提供电源VIN，第五引脚接地。
充电电路U1采用的是型号为CN3062的一款500mA的USB接口兼容的电池充电集成电路，当电池组P电量不足时，使用USB数据线连接USB电源适配器或电脑USB端口，充电电路U1可完成对电池组的充电，充电电路U1的外围电路设置成横流模式，充满电后自动停止充电，有效保护电池，提高电池的使用寿命；
单片机U2采用atmel公司ATMEGA16L，稳定性高；
时钟芯片U3型号为PCF8563，提供当前时刻，结合外围电路当主电池组P供电不足时，内置纽扣电池BT2为时钟芯片保持供电；
温度传感器U4为NS公司的一款温度传感器LM75，将当前温度值通过总线传给单片机，对流量值进行温度补偿，避免因温度的改变对流量测量结果的影响；
稳压源U5的型号为7530A-1，用于将电池组P的3.6V输出转换成3V后再送给单片机；
压差传感器DP1为Honeywell公司的一款数字式压差压力传感器，用于测量孔板两侧压差值，并通过IIC总线方式传给单片机，测量结果更精确，更可靠；
压力传感器AP1是Honeywell公司的一款数字式绝压压力传感器，用于测量孔板迎风侧的当前气压值，并通过IIC总线传给单片机，对流量值进行压力补偿，避免孔板迎风侧的气压的改变对流量测量结果的影响。显示屏采用分辨率为128×128的LCD液晶屏，通过LCD接口J1与单片机相连。
如图3、图4所示本发明的便携式孔板测量仪包括前壳1、后壳5、电路板7、高压口4、低压口3，其中前壳1、后壳5分别为两端宽中间窄的长方形凹槽，便于配合后手持，前外壳1的后部均匀分布按键排，构成九宫格按键2，前壳1的前部设置有液晶屏窗口6-1，后壳5的周边上均匀设置有四个螺丝孔10，后壳5的前后部依次设置有两个铭牌11，前壳1与后壳5通过螺丝孔10用螺丝结合固定为一个整体，前壳1的前端面上并列设置有高压口4、低压口3，高压口4、低压口3位于测量仪内部的两个端口分别经通气管与压差传感器的两个进气端相连接，此外，高压口4为三通式接口，另一支路与绝压传感器相连；温度传感器位于主电路板背面，用于测量环境温度；前壳1的后端面上设置有USB接口；
电路板7与前壳1对应的表面上与九宫格按键相对应的位置分布有相应的九个按键，与液晶屏窗口对应的位置设置有LCD液晶屏6；电路板7与后壳5相对应的表面的下端设置有电源8。
如图5所示，包括第一接口12、第二接口13、第一阀门14、第二阀门15、孔板16，孔板16通过两个法兰结构件安装在管道中，并且孔板16的两边引出第一接口12、第二接口13，图中箭头方向示出气体流向，即孔板16的左侧面为迎风面，孔板16的右侧面为背风面，第一接口12由孔板迎风面引出，第二接口13由孔板背风面引出；
对于管路中其它需要测量流量的地方只需按照上述方式安装相应的孔板16、第一接口12、第二接口13即可。
实际测量中只需将便携式孔板测量仪的高压口4连接第一接口12，低压口3接第二接口13，打开第一阀门14、第二阀门15，然后开启测量仪即可测量，压差传感器测得孔板16两侧的压力差值通过IIC总线输送给单片机，压力传感器测得孔板迎风面的压力值通过IIC总线输送给单片机，温度传感器测得环境温度并通过IIC总线输送给单片机，单片机接收各个传感器采集来的信号按照预设的计算方法得出孔板16所在管道的流量值并显示与LCD液晶屏上。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种便携式孔板测量仪，其特征在于，所述便携式孔板测量仪的电路原理包括压差采集电路、温度采集电路、绝压采集电路、时钟电路、单片机、液晶电路、键盘电路，其中压差采集电路、温度采集电路、绝压采集电路、时钟电路与单片机之间采用IIC总线连接，键盘电路连接单片机的输入端，单片机的信号输出端连接液晶电路的信号输入端；
压差采集电路用于采集瓦斯抽放管道内孔板两侧的压力差值；温度采集电路用于采集环境温度；绝压采集电路用于采集孔板迎风面的压力值；时钟电路用于实时记录时间，并将时间值通过单片机显示在液晶电路中的液晶屏上；液晶电路用于显示各个工作电路采集的压力与温度值以及经单片机计算得出的瓦斯抽放管内的流量值。
2.根据权利要求1所述的便携式孔板测量仪，其特征在于，所述时钟电路中，时钟芯片(U3)的第一引脚(1)与第二引脚(2)之间连接第二晶振(Y2)，时钟芯片(U3)的第四引脚(4)接地，时钟芯片(U3)的第七引脚(7)经电阻R11接3V电源，时钟芯片(U3)的第八引脚(8)接二极管(D3)的负极，二极管(D3)的正极接纽扣电池(BT2)的正极，纽扣电池(BT2)的负极接地，二极管(D3)的负极接3.6V电源，时钟芯片(U3)的第六引脚(6)连接单片机(U2)的第十九引脚(19)，时钟芯片(U3)的第五引脚(5)接单片机(U2)的第二十引脚(20)，时钟芯片(U3)的第一引脚(1)经电容C9接地。
3.根据权利要求2所述的便携式孔板测量仪，其特征在于，所述温度采集电路中，温度传感器(U4)的第四引脚(4)接地，温度传感器(U4)的第五至第八引脚接3V电源，同时经电容C12接地，温度传感器(U4)的第一引脚(1)、第二引脚(2)分别接单片机(U2)的第二十引脚(20)、第十九引脚(19)。
4.根据权利要求3所述的便携式孔板测量仪，其特征在于，所述压差采集电路，压差传感器(DP1)的第一引脚(1)接地、第二引脚(2)接3V电源，且两引脚之间连接电容C11，压差传感器(DP1)的第三引脚(3)、第四引脚(4)分别连接单片机(U2)的第二十引脚(20)、第十九引脚(19)。
5.根据权利要求4所述的便携式孔板测量仪，其特征在于，所述绝压采集电路中，压力传感器(AP1)的第一引脚(1)接地、第二引脚(2)接3V电源，且两引脚之间连接电容(C10)，压力传感器(AP1)的第三引脚(3)、第四引脚(4)分别连接单片机(U2)的第二十引脚(20)、第十九引脚(19)。
6.根据权利要求5所述的便携式孔板测量仪，其特征在于，所述便携式孔板测量仪的结 构组成包括，前壳(1)、后壳(5)、电路板(7)、高压口(4)、低压口(3)，其中前外壳(1)的后部均匀分布按键排，构成九宫格按键(2)，前壳(1)的前部设置有液晶屏窗口(6-1)，后壳(5)的周边上均匀设置有四个螺丝孔(10)；
前壳(1)与后壳(5)通过螺丝孔(10)用螺丝结合固定为一个整体，高压口(4)、低压口(3)并列设置在前壳(1)的前端面上，高压口(4)、低压口(3)位于测量仪内部的两个端口分别经通气管与压差传感器的两个进气端相连接，高压口(4)为三通式接口，另一支路与绝压传感器相连。
7.根据权利要求6所述的便携式孔板测量仪，其特征在于，所述前壳(1)、后壳(5)为两端宽中间窄的长方体。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20141105 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |