??? 摘? 要: 針對氣源車產生高壓氣體所存在的問題,設計了氣源車高壓氣體露點實時在線檢測與控制系統,提高了氣源車的工作效率,縮短了部隊裝備技術準備時間。?

??? 關鍵詞: 氣體露點? 控制系統? 在線檢測?

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??? 氣源車是目前部隊使用的主要裝備,通常要求其產生的32MPa左右的高壓氣體很干燥,露點低于-45℃。但是氣源車并沒有對氣體的露點進行檢測,因此無法知道產生的高壓氣體是否合格。只有壓氣完畢后才能對高壓氣體的露點進行檢測。經露點檢查,如果氣體不合格,則壓出來的高壓氣體將不能使用。這不僅造成了機器設備的損耗和人力、物力的極大浪費,而且更為重要的是降低了技術準備的效率,貽誤戰機。因此有必要運用現代計算機技術對氣源車產生的高壓氣體進行實時在線檢測。?

1 氣源車工作原理?

??? 外界大氣經一到四級的氣缸壓縮后,壓力由0.1MPa上升到35MPa,然后經一、四級油水分離器、高壓過濾器、吸附器、末端過濾器,使氣體露點低于-45℃。氣源車工作原理如圖1所示。總的來看,氣源車的工作主要分為兩部分:一是壓力由0.1MPa提高到35MPa;二是高壓氣體的脫水干燥。為得到合格的高壓氣體,露點實時在線檢測與控制系統的設計應選擇氣體的露點作為主要控制信號,對脫水過程進行實時控制。?

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2 降露指示系統設計?

??? 高壓氣體降露后的信號檢測是實時在線檢測與控制系統設計的關鍵。這里采用的降露指示系統如圖2所示。其工作原理如下:光源燈(1)發出的光經物鏡(4)后變為平行光照在金屬鏡面(2)上。當干燥氣體經過被冷卻的測量金屬鏡面時,如果沒有降露,則鏡面是光滑的。入射的平行光經反射后依然為平行光,經物鏡(4)聚焦后成一點落在光屏(5)上,沒有光到達光敏三極管(3),因此無降露電信號輸出。如果氣體降露到鏡面,鏡面不再光滑,入射的平行光經反射后成為散射光,經物鏡后一部分光繞過光屏到達光敏三極管,產生降露電信號。?

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3 溫度調節原理?

3.1 金屬鏡面的冷卻?

??? 為使干燥的高壓氣體降露,這里采用對其冷卻的方法。冷卻是通過對高壓氣體的節流降溫實現的。在圖3中,由末端過濾器出來的高壓氣體分為1和2兩路。1路為被測氣體,2路為冷卻氣體。被測氣體流經測量金屬鏡面,在金屬鏡面被冷卻后排到大氣中。如果金屬鏡面的冷卻溫度達到氣體的露點溫度,則氣體就會降露到金屬鏡面上。2路的高壓氣體流入溫度調節腔3內,經節流后,氣體的溫度大大下降,冷卻與溫度調節腔3相連的金屬鏡面,用以冷卻被測氣體;然后流出溫度調節腔3到達吸附器再生裝置,作吸附器再生氣體用。

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3.2 金屬鏡面的加熱控制?

??? 為了使金屬鏡面的溫度能夠快速穩定在給定值,應該對金屬鏡面進行加熱。如圖3所示,通過對溫度調節腔3內的電阻絲進行加熱控制,實現對金屬鏡面的加熱控制。?

3.3 氣體露點(金屬鏡面溫度)的測量?

??? 氣體露點的測量是通過測量金屬鏡面下面的鉑電阻溫度傳感器實現的。鉑電阻的阻值隨著溫度的升高而增加,隨溫度的降低而減少。這樣就將溫度的變化轉變為鉑電阻的阻值的變化,進而轉化為數字信號,由計算機進行處理。?

3.4 金屬鏡面的溫度調節?

??? 如果要求氣源車產生的氣體露點為-45℃,則系統首先通過冷卻氣體將鏡面溫度冷卻,測溫電路實時測量鏡面溫度。當鏡面溫度達到-45℃時,計算機控制氣體壓力,減少冷卻氣體的量,同時對鏡面進行加熱控制,以保持測量鏡面溫度為給定值。?

4 露點實時在線檢測與控制系統設計?

??? 根據上述露點測量原理,設計了如圖4所示的露點實時在線檢測與控制系統,其主要功能如下: ?

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??? (1)實時露點監控?

??? 氣源車啟動后,通過冷卻、加熱,使金屬鏡面溫度穩定在給定的值。當氣源車產生的高壓氣體流經金屬鏡面時,被冷卻到給定溫度。如果氣體在該溫度降露,說明氣源車產生的氣體不合格,系統自動報警、顯示,并自動增大被測氣體流量和控制氣體干燥設備。?

??? (2)氣體干燥設備的控制?

??? 氣體干燥設備工作狀態的好壞直接決定高壓氣體露點的高低。以往,氣體干燥設備的工作狀態靠人工憑經驗控制,效果不理想。為此應將實測氣體的露點作為氣體干燥設備工作狀態的控制信號。如果在給定的溫度值氣體沒有降露,則說明氣體含水量在要求的范圍內,關閉吹洗開關,打開送氣開關,向儲氣設備送氣。如果在給定的溫度值氣體降露,則應關閉送氣開關,打開吹洗開關,對氣體進行脫水處理。?

??? (3)控制吸附器的再生與工作狀態轉換?

??? 吸附器是氣體脫水的重要環節。由于吸附器工作一段時間后,吸收水的能力大大下降,為了使高壓氣體的露點達到規定值,應恢復吸附器的吸水能力,即吸附器的再生。吸附器的再生通過對吸附劑的恒溫(380℃)加熱完成。因此,對吸附器的控制主要包括吸附器溫度的測量、吸附器加熱控制及吸附器工作狀態與再生狀態的轉換控制。?

5 軟件及實驗?

??? 圖5為軟件主程序框圖。對不同的高壓氣體露點溫度(-45℃、-50℃、-55℃、-60℃)進行實驗研究,其結果如表1所示。?

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??? 通過對氣源車氣體露點進行實時在線檢測與控制,避免了工作的盲目性,減少了工作的環節,提高了工作的效率,具有很大的意義。從表1的實驗結果來看,給定氣體的露點值越低,氣源車的產氣量越少。因此應用時應根據實際使用高壓氣體的場合,合理確定給定氣體露點值。?

參考文獻?

1 張 偉.單片機原理及應用.北京:機械工業出版社,2002.1?

2 陳龍三. 8051單片機 C語言控制與應用. 北京:清華大學出版社, 2001.6