氢气纯度测量仪硬件设计与调试.doc

北华航天工业学院本科生毕业设计（论文）原创性及知识产权声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）氢气纯度测量仪硬件设计与调试是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本设计（论文）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。因本毕业设计（论文）引起的法律结果完全由本人承担。本毕业设计（论文）成果归北华航天工业学院所有。本人遵循北华航天工业学院有关毕业设计（论文）的相关规定，提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本。本人同意北华航天工业学院有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以营利为目的的前提下，可以公布非涉密毕业设计（论文）的部分或全部内容。特此声明毕业设计（论文）作者： 指导教师： 年 月 日 年 月 日朠 攌气沯约廀桋淪不,笱稠縠 謍氢气纯度检测仪第1章 绪 论我们生活在高科技发展的世纪，现今社会的发展口号是和谐发展。2009年我国受到全球金融危机的影响，致使我们的经济发展受到重创。全球掀起了节约能源、创新科技的热潮，用高昂的斗志迎接金融危机对我们的挑战。继往开来我们往前看，我们相信前途一片光明，中国的未来更美好。中华民族是一个团结的民族，我们会紧密团结在党中央的周围，一心一意干建设，全心全意保发展。在毕业前用最大的热情努力学好专业知识、做好毕业设计，在毕业后努力工作，为社会主义的现代化建设添砖加瓦。1.1 课题背景制氢站、电厂氢冷发电机组、有色金属等行业在生产工作中需要经常对氢气纯度进行测定，保证其含水量低于设定值。如在用氢气冷却的发电机要求其含水量露点不能高于55，而在硬质合金和钨条丝加工过程中，氢气不但作为制取钨、钼、钴等金属粉末的还原剂，而且是后加工过程预烧、烧结、涂层工艺中保护气体和载体气体。因此氢气在使用过程中，其含氧、含水量为重要指标，对产品的性能、质量起着很重要的作用。同样，用氩气、氮气和干燥压缩空气的许多部门，也需要低含水量的气体。气体的绝对含水量以露点表示，露点愈低的气体，其含水量愈低。氢气纯度测量方法很多，一般有过镜面法、重量法、硫酸法、色谱法、，耨坬砨贈哑醌咨鑡朝亠勥巇輋稭丌气氍乆作伺丶勖厨鐁鐁鑉篑酞岉簫构盘辟卂刌，耔丯明咠勥巇輋窄飧瀁烓縁浂峥嵺舭仝侤戔汓侌命轓伔汓伂噤欢气氨坿伨症輋稭丌儫吧氁吴泏鄺仍醁複指栌宧仁咄瘧惽老跏酷赀瞈忍醁覄癜伨甂吷栌甩气氁气沌呲廥熋匩罺稔沄皸謚姨部锌一鞁襎伫吴泏醄瘔汓伂汓侄盝绹嬫吴泏釥串鞹灨蠺礌鞹瀈慎侄瘔汓伌儫吴泏鄈慎伂气沯约幋淏醹旕沈弚夌丬舉柇轜镢韕氁量釕氁硸釕氁舱賕氁 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 5痣觕沌吵疹寕汉笂辛亹敢霄吉朘伺羹瀂価氉本枇旋仍縢气沯约廀桋淪乀扷儉构盼縈吘侹瀌叫弟送盂褁放昁兮码斿企敡泓朂电解法和电容法等。这些方面各有优缺点。但没有本文介绍氢气纯度检测仪所具有的综合优点，即快速、直观、数显、准确、方便、无污染。原始的硫酸法：受硫酸纯度的影响，难于准确的测量并污染环境。 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 5痣觕氚疎丵痣襠泂鐝亁觏縸庂洓 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 ，吹扫时间长，必须用干燥气体吹扫，气体含水量高不宜通人分析气体以免电解池烧毁。而且呫拶旴长锌彻頨畲廥焔汓伹呫戌汓伫吴泏釘騍亜嬚邺丆劐朔汓俥乍儵痣襠泧烁欂耔专 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 K淏鄢气沄瘲鞹瀨圓0.0测量氢气的露点在40.0以上，误差较大，仪器价格较贵。镜面法是常用的测定气体露点的方法，该方法为传统的方法，镜面要求洁净无污染，测量气体的流量不宜过大，过小。直观式露点湿度分析仪控制气体流速在250mL/min300mL/min。气体流速高，在镜面不易冷凝，测定的含水量偏低；流速过低，通过镜面的含水量偏高，冷却时间短，出露点早，测定的含水量偏高。而且受冷却速度的2/min5/min的影响。并且要保证系统的密封性和较长的吹扫时间。目前国内进口的肖式（英国）型湿度计（SHAW），体积小，种轻，操作简单，测量迅速，测量范围在7020，在杭州汉业公司售价4万元人民币。本文介绍的氢气纯度测量仪，采用高分子薄膜湿敏电容，其基本原理是：在氢气体的相对湿度改变时，电容的容量改变，即容量随相对湿度的增加而增加。通过调理电路将容量的变化转化为信号的频率，由单片机读取和处理并送显示。由于要测量显示的是绝对湿度（露点和ppm），因此在测量氢气的相对湿度的同时也测量氢气的温度，由软件处理再将相对湿度转换为绝对湿度（露点和ppm）。本课题采用的是其中的一种产品单总线数字温度传感器DS18B20，可直接将温度转换值以16位数字码的方式串行输出，将温度转化为数字编码只需1秒左右。而且它具有独特单线接口方式，即与微处理器接口时，仅需占用1个I/O口，测温范围为-55+125，测温精度可达到0.0625。1.2 课题任务本课的任务是应用单片机W78E52B及DS18B20单总线器件温度传感器和HS1101湿敏电容设计一套氢气露点测量系统，实现对温、湿度的测量及显示，并通过按键人为修改插值点的数据，减少测量误差，提高测量精度。本系统以台湾华邦公司生产的高性价比的W78E52B为核心，完成对数据的分析、处理、显示、仪器在系统中可间断测量，亦可在线连续检测或遥测。根据用户要求可加电话报警或与微机通信的RS232口由微机显示测量值，或提供420mA电流输出将露点实现远程传输，传输距离大于1Km。 .采用6位大屏幕笔段式液晶显示，内容明亮、功耗低， .供电电源采用两种供电方式，交流220V或直流9V。 .仪器精度高-60 -45 1.5：-45 -30 TH），或者低于下限（T昺礼倍任罬輖戍付化匌）捤欮长佋淏重醰攀忋夂繲舉挮锺丩溦帾昺礮锌）挀下乤欮閲浶显昺礩溦幋淏鄼倌縳0礎同膨剢怍夾昺祋淏鄲鞹炌呐PM仪器有两种按键，一路是复位（红色）、温度显示（黄色）两个键，安装在显示面板上。复位键和温度显示键通过软线与主板四芯插坐相连，红色按键为复位键，按一下此键强迫仪器复位，测量过程重新开始，在测量过程中如发现测量的露点和PPM显示值不翻转或不变化，按此键使测量重新开始。绿色按键为温度显示键，按一下此键液晶显示温度测量值，约30秒后，自动恢复显示测量露点和PPM。3.4.2 参数校正键效准键共有五个，焊接在印刷电路板上，见下图3.12（使用时可与仪器后面板9针插座相连），各键定义如下：1号2号3号4号5号6号 图3.12按键功能1号：红色按键，按此键可进入参数效准，液晶左面显示E，其余5位为数字，高位数字为参数存放单元地址，其余4位为欲效准的参数值。（当按下红色键时，液晶显示器屏幕上出现E6XXXX等数字，按下3号键显示E7XXXX）2号：空键，留作用户功能扩展3号：黑色，单元地址修改键，按此键单元地址加1。4号：黑色，+键，按此键参数加3，使露点显示绝对值增加。测量过程中，如发现的显示露点值比气体的实际露点偏高，可按此键使存储器的参数增加，显示露点会降低靠近实际值。5号：黑色，-键，按此键参数减1，使露点显示绝对值减少。当显示值抵于实际露点值可应用此键。6号：黑色，温度补偿键，按此键进入参数温度补偿，共4个单元，分别为2、3、4、5。说明：测量露点如发现显示值与实际值误差较大，可按1#键进入校准，欲校准的参数分别存放在6、7、8、9、10、11等单元，其中奇数单元为粗校，该单元的数据改变时会使露点测量显示值产生较大的变化。偶数单元为细校，该单元的数据改变时使测量显示值变化较小。其中6、7单元为基准效准，改变此两单元的内容时，会使整个测量范围显示的数据发生变化，一般可满足测量精度的要求，如精度不够，可在效准其他单元。如显示的露点位于4530之间，可以效准6、7单元和8、9单元。如显示的露点位于3010之间，可以效准0、1单元和2、3单元。在效准过程中，有时会出现仪器不响应按键，这时只要继续按按键直到响应为止。3.5电源本机供电有两种方式；交流220V和直流9V。通过电源开关进行切换。一般情况总是使用220V交流。220V交流电通过电源变压器变换交流18V，再经过桥式整流电路，滤波、稳压电路分别供给单片机和数字电路、模拟电路。具体原理如下：经桥式输出的脉动直流滤出高频成分，首先由LM7812集成稳压块稳压输出12V直流电压，供给LM258模拟放大器。另外一路供给7660，由泵电源7660将12V直流电压变成-12V，供给LM258模拟放大器作为负电源。由LM7812输出的第3路12V电压加到LM7805的输入端，其输出5V电压供给单片机和数字电路。为了保证测量精度，降低电源波动对湿度测量的影响，LM258与LM385主持组成一个电源电路，输出约4.8V左右的稳定电压，供给湿度传感器的频率变换电路，即由LM556组成振荡器。具体电路见图3.13 EMBED PBrush EMBED PBrush 嘳.13 t攺朵疐渍 图3.13 整机电源 第4章 系统的软件设计该系统的控制软件可分为主程序，中断子程序，DS18B20和HS1101接口程序等模块。主程序完成中断系统的初始化，再