LSD-2C智能开口闪点测定仪

摘 要：开口闪点是石油产品的一项重要性能指标。本文介绍了智能开口闪点测定仪的总体设计及部分单元电路的设计。提出的新方法和新型传感器件对开发石油产品自动化检测仪表和其他智能仪表都有一定的参考价值。

关键词：开口；闪点；闪点试验；国际标准；国家标准

概述

“闪点”是表征石油产品储运安全性的一项指标，单位是摄氏度，它表明石油产品处此温度时如遇到明火将会引起“爆鸣”，危及设备及人身安全。因此，石油产品出厂前，用户进货入库前都要先测试闪点，以确保安全。

国家标准及国际标准都给出了开口闪点的测试方框图，见图1。

图1 测试方框图

图中1为油杯，其形状有明确规定， 2为火焰扫划装置， 3为温度计，可用来读出试样温度。油杯下部安装电热器件4，通过调压器5可控制油杯中试样的温升速度。测试过程大体如下：先假定一个闪点温度值，此值称为预闪点，然后转动调压器使试样按标准规定的速度线性升温（每分钟5～6℃），在预闪点前28℃，开始用试验火焰扫划，温度每升高2℃，再扫划一次。当试样液面上任一点出现闪火时，立即记下温度计的温度读数，作为闪点。因为预闪点是先估计的，所以会出现因估值过高而实际闪点值较低第一次火焰扫划即“爆鸣”的现象，也会出现估值过低扫划很多次也不“爆鸣”的现象，对此有关标准都规定了具体处置方法，这里不作赘述。

我们试制的LSD-2C智能开口闪点测定仪与手动仪表相比有非常明显的优点。手动仪表最大不足是升温特性不佳，很难按国家标准及国际标准线性升温。实测时温度变动太大，得出的闪点值重复性很差，无实用价值。

根据标准要求，我们新开发的开口闪点测定仪，采用微电脑作为控制单元，整机运行完全由微电脑控制，操作者一次键入预闪点后，测试过程即完全自动进行。如果操作者预置不当还会发出声音报警拒绝执行，并能对测试结果进行判断。我们研制开发的闪点仪主要功能如下：

测温系统采用4位半A/D转换芯片ICL7135作为模数转换器，传感器输出的模拟信号直接变成BCD码输出；火焰扫划系统实现了自动化；闪火点检测采用新型材料特殊结构的传感器件；为了有效地控制温升，使之满足国家标准和国际标准的要求，采用了模糊逻辑算法控制温升；闪点值除可以用LED显示外，尚可以用所配的微型打印机，自动打印出测试时间，油号，气压，预闪点，闪点值，并给出诊断结果；测试过程完全符合国家标准和国际标准；具有完善的气压校正功能。实践表明，制成的样机基本满足这些要求。

总体方框图

照上一节所述的设想，我们给出主方框图如图2。

图2 整机方框图

为了提高可靠性，所有电脑向外部输出的端口，一律采用TTL门电路加以隔离，至于需连接执行电机，电热器部分，则在TTL门电路之后再接光控可控硅器件MOC3020进行隔离。对于需外界输入信号的端口，一律经过光耦合器隔离，全部控制过程无触点，控制部分和受控部分之间无直接联系。

微型打印机要求电流较大，打印时会对整机产生干扰，为此单独加了一组专供微型打印机的电源。在时间上工作和打印采用分时工作制，打印只在测试结束后进行，从而消除了相互间的干扰。

电脑控制部分

作为整机的控制单元的电脑部分，是整机的核心部件，我们采用INTEL8031作为CPU的单片机组成整机的控制系统。

应用8031芯片的缺点是口线不足，外接EPROM即占用两组口线，余下只有两组接口供实际应用，不敷需要。为解决这一矛盾，我们利用8155进行口线扩展，使之和打印机及A/D转换器相接，还利用8155的PC口输出报警信号并作国家标准和国际标准鉴别之用。

同样为了节省接口，我们利用8031的串行口驱动LED显示器，至于其他火焰扫划，闪火检测等主要控制线由8031的P1，P3口承担。在这种安排下，口线仍嫌不足，因而又采用分时控制方式，使8155的PC4口一开机作输入口，鉴别测试的制式，运行后又作输出口。按上述原则设计的电脑部分方框图如图3，整机程序流程图如图4。图4只是简略的流程图，除此之外，尚有铂电阻非线性校正程序，A/D转换读数的数字滤波程序，气压校正及键入单位（kpa 和hpa）鉴别程序以及抗干扰Watch Dog程序，软件陷井程序，延时程序，A/D转换锁存程序 ，火焰控制程序等，限于篇幅从略。

图3 电脑部分方框图

本程序的特点是设计比较严谨，考虑的出发点是可靠，实用。为了提高可靠性，在程序设计上使闪火前微机处于内部处理状态和外部接口停止联系，除Watch Dog采用定时器中断技术外，检测闪火未采用中断方式而采用查询方式 ，实践表明这一方案更有效些。

为确保闪火检测无漏报无虚报，采用选票表决方式来确定闪点，即在可能出现闪火的时间内共查询有无闪火168次，如仅有一两次闪火，则认为是虚报不予受理，只有在32次以上时才按闪火处理，有效地抑制了短脉冲干扰。

在气压校正方面，我国气象部门多用百帕作为计量单位，但闪点检测标准则用千帕作为单位，为避免因习惯不同产生的错误，在程序编制方面作了处理，使之只要是在合理范围下的气压值，不论以百帕为单位键入，还是以千帕为单位键入都可以得到正确的结果。

单元电路设计

测温部分

由前面叙述，我们给出测温部分电路如图5。

图5 测温电路

测温传感器采用BA2铂电阻，0℃时电阻为100Ω，温度为100℃时为138.5Ω，平均每度变化0.385Ω，流过铂电阻的电流平均为2.37mA，即每度变化为0.915mv，近似的可以看作温度变化1℃电桥输出电压1mv。

测温电桥的电源，为提高稳定性采用了2DW234稳压电路，构成电桥的电阻R1，R2因分别处于不同对角线上要求可适当降低，故采用一般金属膜电阻，和热电阻相邻的电阻R3系由锰铜电阻绕制而成的，故温度系数小，为了使之可调，R3绕成107Ω，再并一个5KΩ多圈电位器，使之既可调又有较高的稳定性。2DW234的电压-温度系数为0.00005/℃，设环境温度变化为40℃，则输出电压波动为：

ΔE=0.00005×40×6=12mv，

设Rt工作于200℃即Rt=177Ω，则因ΔE导致的电压变化为：ΔV=[（ΔE×177）/（2400+177）]-[（ΔE×100）/（2400+100）]=0.32mv

这表明因环境温度变化电桥供电会导致0.3℃左右的变化。考虑到上述计算是在环境温度变化40℃，而且测试温度较大时得到的，所以这一误差尚可允许。

控温系统

控温过程的调节方式由软件编程决定，控温采用模糊逻辑算法的脉宽调制方式，由8031的P1.3输出调宽脉冲经7407隔离后,再经光控可控硅MOC3020隔离控制加热器,炉丝功率为600W。应当指出,加热系统采用炉盘加热,惰性很大,这给控温带来困难。主要流程图如图6。

火焰扫划系统

火焰扫划系统的执行机构是移相式微电机,见图7,利用15V绕组的通断来控制电机的转动。控制指令来自于8031的P1.6,P1.7脚,经光控可控硅MOC3021控制双向可控硅,使电机正反向转动,火焰扫划系统就可以正向扫划或反向扫划。电机转轴上固定一个带凹槽的圆盘,控制两个微动开关。当微动开关接通时，P1.4或P1.5低电平,此时程序指令使P1.6或P1.7低电平,图中c,d连接或a,b连接,使移相电机正转或反转,直到微动开关断开,电机才停止转动。

图6 控温流程图

图7 火焰扫划系统

闪火检测系统

本系统可分为火焰检测器,高通滤波器,阈值设定及比较器等部分.闪火信号(低电平有效)经8031的P3.2口送往单片机,为了鉴别闪火,在程序中有选票表决程序,只有经过一定次数的低电平后方认为有效。

经过多次采样测试表明,视试样不同及加热环境的变化,闪火之火焰强弱及存在时间相差极大,存在时间约为10ms～200ms,为摒除未出现闪火的零星放电干扰(小于1ms),采用了选票表决制,即闪火时每24μs查询一次8031的P3.2脚,如偶有低电平则不予置理,只有在查询段内出现32次低电平方为有效.这一措施有效地抑制了杂散尖峰干扰。

火焰检测器采用了特殊金属热电阻，即细钨丝。我们采用了200W白炽灯的钨丝（已制成螺旋状）阻值大约在200Ω左右，并制成网状，置于油杯上方。这样无论闪火点在油杯上方的何处，都能有效地检测闪火。闪火检测器结构如图8（a）。

实践表明，这一结构的闪点检测传感器有较高的灵敏度，既使传感器的十分之一感受到火焰而受热，也足以使比较器LM339翻转。闪点检测电路如图8（b）。

闪火信号经隔离，限幅之后送入LM339的反相端。当V₊-V_-大于2mv，输出即为高电平，但如确切为高点平（4.5V），V₊须比V_-高7mv，为了抗干扰，我们设置V₊-V_-=30mv，既可以对干扰信号进行幅度鉴别，又可防止LM339失调电压温漂导致的输入电平摆动。

阈值不可降的太低，因为在油杯温度超过200℃时，绝缘材料电导增加，会使V₊下降，严重时会产生虚报闪点现象。

（a） （b）

图8 闪火检测器与闪火检测电路

几个待解决的问题

1、闪火检测传感器虽然灵敏度高，检测可靠，但长期使用骨架易变形，今后应考虑用特制陶瓷骨架。

2、打印机的抗干扰问题，打印机无硬件控制电路，在受到干扰的时候，会连续走纸打印。在无人值守的情况下，会浪费打印纸并降低打印机的寿命，应当增加一个定时继电器，强行限定打印机的一次运行时间，避免在故障时，盲目长期运转。

结论

LSD-2C智能开口闪点测定仪，经过设计，试制改进再试制，几个循环制成样机。一年多来的试用表明：本机确可以按国家标准和国际标准进行测试，为废止现行的落后的国家标准，代之以较先进的国际标准提供了物质基础。