CN104697616A - 基于LabVIEW的工业用燃气质量测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于LabVIEW的工业用燃气质量测量装置，它包括一个以上的测量单元，所述测量单元分别安设在管道上；所述测量单元包括压力变送器、温度变送器、涡街流量计，所述压力变送器和温度变送器分别通过螺纹与管道上的凸台连接，所述涡街流量计通过法兰与管道连接；所述压力变送器、温度变送器、涡街流量计将采集的数据传递给数据采集卡，数据采集卡将数据传递给转换器进行数据转换，经转换器转换后数据传递给上位机进行计算、显示、存储。本发明还提供一种基于LabVIEW的工业用燃气质量测量方法。该装置和方法能自动、准确测量消耗的液态气体质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于LabVIEW的工业用燃气质量测量装置及方法。
背景技术
厂区使用的氧气、丙烷等工业燃气是由液态气体汽化后由管道输送至每个车间。要想确切知道所消耗的液态气体的质量，可有两个方案。一钟是直接测量液态气体储罐；另一种是测出管道中流动气体的温度压强和流量，根据公式换算出液态时的质量。第一种方案技术要求很高，可操作性差，不仅需要投入大量的设备才能得出消耗的质量，浪费人力、物力、财力，而且测量准确度差。第二种方案采用的是间接测量，该方案采用市场上的计量装置测量管道中气体的压强、温度和流量。但是这种间接测量方法存在以下问题：
1、计算公式不准确，精度不高
对于用户真正需要工业燃气液态时的消耗量，检测人员只能通过测到的气态量手写计算得到，因推算公式不准确，所以精度也大大降低；
2、需要人工记录，成本高
大部分厂区采用人工定期记录数值的方式来保存纸质数据才能大概知道液态气体的消耗量，因此需要投入大量人工，浪费人力、物力、财力；
3、功能单一
现有市场上的计量装置通常只能单纯的实现某个物理量的采集和显示，若需要查看某一时间段的测量结果或者要求以表格的形式上报，这些计量装置都无法实现现场查看及自动上报功能。
因此，我们有必要设计一种新的测量装置及方法，以达到准确测量消耗的液态气体质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于LabVIEW的工业用燃气质量测量装置及方法，该装置和方法能自动、准确测量消耗的液态气体质量。
本发明是这样实现的：
一种基于LabVIEW的工业用燃气质量测量方法，包括如下步骤：
步骤一、在每一根管道上打2个孔，每个孔焊接一个凸台，第一凸台与压力变送器连接，第二凸台与温度变送器连接；将涡街流量计通过法兰与管道连接；
步骤二、将压力变送器、温度变送器、涡街流量计与数据采集卡连接，数据采集卡通过转换器与上位机连接；
步骤三、压力变送器、温度变送器、涡街流量计将采集的工业用燃气的压强、温度、体积传递给数据采集卡，数据采集卡将这些数据传递给转换器进行数据转换，经转换器转换后的数据传递给上位机进行数据处理、数据显示、数据存储；
步骤三中，上位机进行数据处理、数据显示、数据存储的方法为：
步骤(一)，以LabVIEW为平台，将压力变送器、温度变送器、涡街流量计采集的工业用燃气的压强、温度、体积带入公式(1)中得出工业用燃气的气体消耗质量M，
式中，M为工业用燃气的气体消耗质量，
ρ为工业用燃气的密度，
P1—标准状态下气体压强，
V1—标准状态下气体体积，
T1—标准状态下气体的热力学温度，单位为K，
P表—压力变送器测出的实际情况下气体压强，
V表—涡街流量计测出的实际情况下气体体积，
T表—温度变送器测出的实际状态下气体的温度，单位为℃；
步骤(二)，将工业用燃气的气体消耗质量M显示在上位机的显示屏上；
步骤(三)，将工业用燃气的气体消耗质量M、压力变送器测出的实际情况下气体压强P表、涡街流量计测出的实际情况下气体体积V表、温度变送器测出的实际状态下气体的温度T表进行数据存储并生成报表。
更进一步的方案是：第一凸台与压力变送器采用螺纹连接，第二凸台与温度变送器采用螺纹连接。
本发明还提供一种基于LabVIEW的工业用燃气质量测量装置，它包括一个以上的测量单元，所述测量单元分别安设在管道上；所述测量单元包括压力变送器、温度变送器、涡街流量计，所述压力变送器和温度变送器分别通过螺纹与管道上的凸台连接，所述涡街流量计通过法兰与管道连接；
所述压力变送器、温度变送器、涡街流量计将采集的数据传递给数据采集卡，数据采集卡将数据传递给转换器进行数据转换，经转换器转换后数据传递给上位机进行计算、显示、存储。
更进一步的方案是：所述测量单元有8个。
更进一步的方案是：所述凸台与管道上的孔焊接连接。
更进一步的方案是：所述数据采集卡通过RS485数据线与转换器连接，所述转换器通过RS485数据线或USB数据线与上位机连接。
本发明还提供一种基于LabVIEW的工业用燃气质量测量装置，它包括：
以LabVIEW为平台，将压力变送器、温度变送器、涡街流量计采集的工业用燃气的压强、温度、体积带入公式(1)中得出工业用燃气的气体消耗质量M的计算模块；
式中，M为工业用燃气的气体消耗质量，
ρ为工业用燃气的密度，
P1—标准状态下气体压强，
V1—标准状态下气体体积，
T1—标准状态下气体的热力学温度，单位为K，
P表—压力变送器测出的实际情况下气体压强，
V表—涡街流量计测出的实际情况下气体体积，
T表—温度变送器测出的实际状态下气体的温度，单位为℃；
将工业用燃气的气体消耗质量M显示在上位机显示屏上显示模块；
将工业用燃气的气体消耗质量M、压力变送器测出的实际情况下气体压强P表、涡街流量计测出的实际情况下气体体积V表、温度变送器测出的实际状态下气体的温度T表进行数据存储并生成报表的存储模块和报表生成模块。
本发明主要是通过液态气体与气态气体的质量守恒定律，通过计算气态的质量从而得到液态的质量。首先，用现有的测量装置测量气体在管道内的压力、温度、密度等数值。然后，以LabVIEW作为开发平台开发出一套工业用燃气质量测量装置，从而达到实时监测各车间气体的使用量，得出工业用液态气体的消耗量，并根据用户需求生成报表。本发明利用I/O接口设备完成信号采集、测量与调理；利用计算机强大的功能实现信号数据的运算、分析和处理；利用计算机显示器的显示功能，以多种形式表达输出结果。
本发明的有益效果是：
本发明利用管道内温度、压强以及气体流量进行自动换算消耗液态气体的质量，成功解决了计算公式不明确，精度不高的问题；
本发明可以实现对管道内流动气体的连续监测和显示，解决了气体参数需要人工记录，成本增加的问题；
用户可根据需求生成报表，报表可进行图表显示，将测量数据进行储存，以便日后查阅，降低人员工作强度，也减少了成本开支；
本发明通过在管道上打孔，使凸台与孔焊接连接，以及使凸台与压力变送器、温度变送器通过螺纹连接，不仅测量准确，而且使得安装、拆卸方便。
附图说明
图1为本发明基于LabVIEW的工业用燃气质量测量装置的原理图；
图2为本发明基于LabVIEW的工业用燃气质量测量装置的结构示意图；
图3为用户界面。
图4为报表生成模块生成的图表。
图中：1、压力变送器，2、温度变送器，3、涡街流量计，4、第一凸台，5、第二凸台，6、法兰，7、管道，8、数据采集卡，9、转换器，10、上位机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
参见图1、图2，一种基于LabVIEW的工业用燃气质量测量装置，它包括一个以上的测量单元，所述测量单元分别安设在管道7上(一根管道7对应一个测量单元)；所述测量单元包括压力变送器1、温度变送器2、涡街流量计3，所述压力变送器1通过螺纹与管道7上的第一凸台4连接，所述温度变送器2通过螺纹与管道7上的第二凸台5连接，所述涡街流量计3通过法兰6与管道7连接；
所述压力变送器1、温度变送器2、涡街流量计3将采集的数据传递给数据采集卡8，数据采集卡8将数据通过RS485数据线传递给转换器9进行数据转换，经转换器9转换后数据通过USB数据线传递给上位机10(PC机)进行计算、显示、存储。
为了保证测量的准确性：第一凸台4和第二凸台与管道7上的孔焊接连接。
为了测量的精度，可采用上润精密仪器有限公司生产的CH301型温度变送器、WP-LU型涡街流量计和WIDE PLUS-8压力变送器；数据采集卡采用北京中泰研创科技有限公司生产的USB-7660型数据采集卡。
在较佳实施例中，可使用8个测量单元分别对8根管道进行测量(即采用24个传感器)，用户在上位机的用户界面输入被测气体的密度，便会自动计算显示出所消耗的液态气体的质量。
本发明还提供一种基于LabVIEW的工业用燃气质量测量方法，包括如下步骤：
步骤一、在每一根管道上打2个孔，每个孔焊接一个凸台，第一凸台与压力变送器连接，第二凸台与温度变送器连接；将涡街流量计通过法兰与管道连接；
步骤二、将压力变送器、温度变送器、涡街流量计与数据采集卡连接(压力变送器、温度变送器、涡街流量计与数据采集卡连接之前首先对数据采集卡进行跳线设置)，数据采集卡通过转换器与上位机连接；
步骤三、压力变送器、温度变送器、涡街流量计将采集的工业用燃气的压强、温度、体积传递给数据采集卡，数据采集卡将这些数据传递给转换器进行数据转换，经转换器转换后的数据传递给上位机进行数据处理、数据显示、数据存储；
步骤三中，上位机进行数据处理、数据显示、数据存储的方法为：
步骤(一)，以LabVIEW为平台，将压力变送器、温度变送器、涡街流量计采集的工业用燃气的压强、温度、体积带入公式(1)中得出工业用燃气的气体消耗质量M，
式中，M—工业用燃气的气体消耗质量，
ρ—工业用燃气的密度，
P1—标准状态下气体压强，
V1—标准状态下气体体积，
T1—标准状态下气体的热力学温度，单位为K，
P表—压力变送器测出的实际情况下气体压强，
V表—涡街流量计测出的实际情况下气体体积，
T表—温度变送器测出的实际状态下气体的温度，单位为℃；
步骤(二)，将工业用燃气的气体消耗质量M显示在上位机的显示屏上；
步骤(三)，将工业用燃气的气体消耗质量M、压力变送器测出的实际情况下气体压强P表、涡街流量计测出的实际情况下气体体积V表、温度变送器测出的实际状态下气体的温度T表进行数据存储并生成报表。
为了安装和拆卸方便，可以将第一凸台与压力变送器采用螺纹连接，第二凸台与温度变送器采用螺纹连接。
本方法根据气液换算公式，利用LabVIEW提供的数据运算选版，建立数学模型，并实时将换算结果显示在上位机的前面板(用户界面)上，参见图3。
下面，对本发明中气液换算公式的推导作进一步详细说明：
由理想气体状态方程知，PV＝nRT
其中，P—理想气体压强，
V—理想气体体积，
n—气体物质的量，
T—理想气体的热力学温度，
R—理想气体常数。
可得，
其中，P1—标准状态下气体压强，
V1—标准状态下气体体积，
T1—标准状态下气体的热力学温度，单位为K，
P表—压力变送器测出的实际情况下气体压强，
V表—涡街流量计测出的实际情况下气体体积，
T表—温度变送器测出的实际状态下气体的温度，单位为℃。
由于，标准状态下T1＝273.5(K)，P1＝101325(Pa)，整理可得标准状态下气体体积：
根据质量守恒原则，可知标准状态下的气体质量与实际情况下的气体质量相等。由于标准状态下工业用燃气的密度r可以查标准得到，所以可以得到所消耗的液态气体质量的计算公式为
以工业用氧气为例，已知标准状态下氧气的密度r＝1.4289(kg/m3)，可得液氧的消耗质量M，
本发明还提供一种基于LabVIEW的工业用燃气质量测量装置，它包括：
以LabVIEW为平台，将压力变送器、温度变送器、涡街流量计采集的工业用燃气的压强、温度、体积带入公式(1)中得出工业用燃气的气体消耗质量M的计算模块；
式中，M—工业用燃气的气体消耗质量，
ρ—工业用燃气的密度，
P1—标准状态下气体压强，
V1—标准状态下气体体积，
T1—标准状态下气体的热力学温度，单位为K，
P表—压力变送器测出的实际情况下气体压强，
V表—涡街流量计测出的实际情况下气体体积，
T表—温度变送器测出的实际状态下气体的温度，单位为℃；
将工业用燃气的气体消耗质量M显示在上位机显示屏上显示模块；
将工业用燃气的气体消耗质量M、压力变送器测出的实际情况下气体压强P表、涡街流量计测出的实际情况下气体体积V表、温度变送器测出的实际状态下气体的温度T表进行数据存储并生成报表的存储模块和报表生成模块，以方便用户统一管理数据。
报表生成模块首先为报表制作一个模板，用MS Office软件设计报表格式，然后在LabVIEW平台上编程，根据用户需求生成报表，参见图4。
本发明中的LabVIEW平台提供了功能强大的VISA(virtual instrument software architecture)库，VISA作为LabVIEW中驱动模块间相互通信的底层功能模块，可连接不同标准的I/O设备。LabVIEW 2013的串口通信子VI存在于“LabVIEW2013\examples\instr\smplsErL.llb”路径下，文件名为“Basic Serial Write and Read.VI”。LabVIEW平台配置串口初始化，发送与接收数据，转换数据格式以及数据处理与显示。
本发明既可以保证测量的准确性，又可以大大减少测量成本。
Claims (7)
1.一种基于LabVIEW的工业用燃气质量测量方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
步骤一、在每一根管道上打2个孔，每个孔焊接一个凸台，第一凸台与压力变送器连接，第二凸台与温度变送器连接；将涡街流量计通过法兰与管道连接；
步骤二、将压力变送器、温度变送器、涡街流量计与数据采集卡连接，数据采集卡通过转换器与上位机连接；
步骤三、压力变送器、温度变送器、涡街流量计将采集的工业用燃气的压强、温度、体积传递给数据采集卡，数据采集卡将这些数据传递给转换器进行数据转换，经转换器转换后的数据传递给上位机进行数据处理、数据显示、数据存储；
步骤三中，上位机进行数据处理、数据显示、数据存储的方法为：
步骤(一)，以LabVIEW为平台，将压力变送器、温度变送器、涡街流量计采集的工业用燃气的压强、温度、体积带入公式(1)中得出工业用燃气的气体消耗质量M，
式中，M为工业用燃气的气体消耗质量，
ρ为工业用燃气的密度，
P1为标准状态下气体压强，
V1为标准状态下气体体积，
T1为标准状态下气体的热力学温度，单位为K，
P表为压力变送器测出的实际情况下气体压强，
V表为涡街流量计测出的实际情况下气体体积，
T表为温度变送器测出的实际状态下气体的温度，单位为℃；
步骤(二)，将工业用燃气的气体消耗质量M显示在上位机的显示屏上；
步骤(三)，将工业用燃气的气体消耗质量M、压力变送器测出的实际情况下气体压强P表、涡街流量计测出的实际情况下气体体积V表、温度变送器测出的实际状态下气体的温度T表进行数据存储并生成报表。
2.如权利要求1所述的基于LabVIEW的工业用燃气质量测量方法，其特征在于：第一凸台与压力变送器采用螺纹连接，第二凸台与温度变送器采用螺纹连接。
3.如权利要求1-2任一所述基于LabVIEW的工业用燃气质量测量方法所使用的装置，其特征在于：它包括一个以上的测量单元，所述测量单元分别安设在管道上；所述测量单元包括压力变送器、温度变送器、涡街流量计，其特征在于：所述压力变送器和温度变送器分别通过螺纹与管道上的凸台连接，所述涡街流量计通过法兰与管道连接；
所述压力变送器、温度变送器、涡街流量计将采集的数据传递给数据采集卡，数据采集卡将数据传递给转换器进行数据转换，经转换器转换后数据传递给上位机进行计算、显示、存储。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述测量单元有8个。
5.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述凸台与管道上的孔焊接连接。
6.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述数据采集卡通过RS485数据线与转换器连接，所述转换器通过RS485数据线或USB数据线与上位机连接。
7.一种基于LabVIEW的工业用燃气质量测量装置，其特征在于它包括：
以LabVIEW为平台，将压力变送器、温度变送器、涡街流量计采集的工业用燃气的压强、温度、体积带入公式(1)中得出工业用燃气的气体消耗质量M的计算模块；
式中，M为工业用燃气的气体消耗质量，
ρ为工业用燃气的密度，
P1为标准状态下气体压强，
V1为标准状态下气体体积，
T1为标准状态下气体的热力学温度，单位为K，
P表为压力变送器测出的实际情况下气体压强，
V表为涡街流量计测出的实际情况下气体体积，
T表为温度变送器测出的实际状态下气体的温度，单位为℃；
将工业用燃气的气体消耗质量M显示在上位机显示屏上显示模块；
将工业用燃气的气体消耗质量M、压力变送器测出的实际情况下气体压强P表、涡街流量计测出的实际情况下气体体积V表、温度变送器测出的实际状态下气体的温度T表进行数据存储并生成报表的存储模块和报表生成模块。
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