CN103207027A - 一种高压容器内置离线式温度检测仪及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高压容器内置离线式温度检测仪及检测方法，包括：板载电源模块，数字温度传感器，处理运算模块，信息存储模块及USB接口电路；处理运算模块由微控制器及标准JTAG电路构成；信息存储模块用于存储温度传感器采集的测温结果；USB接口电路用于提供数据传输接口；处理运算模块控制数字温度传感器、信息存储模块及USB接口电路工作；电池是聚合物锂离子电池，压力达到20MPa不爆炸；板载电源模块，数字温度传感器，处理运算模块，信息存储模块及USB接口电路符合工业级标准，耐温范围在-40℃至85℃之间，除电池以外的所有元器件耐压不小于25MPa，并且紧密集成在一块电路板上，外形尺寸能够顺利通过直径不小于25㎜的高压容器瓶颈。
Description
技术领域
本发明涉及一种高压容器内置离线式温度检测仪及检测方法，此检测仪及检测方法特别适用于在服役期内不允许改变其任何结构的高压容器，在充、放气全过程中容器内各部位气体温度值的测量，不会带来高压容器密封问题。
背景技术
普通的检测容器内气体温度的仪器仪表均带有电源、信号线缆及温度感应元件，检测时将温度感应元件安放在容器内，信号由线缆拉引至容器外，这必将改变容器结构。容器结构的改变必将导致泄露问题。此外，由于我国在燃气汽车的研究和使用方面起步较晚，对车用气瓶使用安全性能的分析及评估研究得较少，现有设备及方法无法在不改变容器结构的情况下研究车用气瓶内温度随压力变化而变化的情况。
发明内容
本发明的目的在于解决现有测温仪器仪表必须依靠改变压力容器结构进行测量而导致的泄漏问题，在不改变容器结构的情况下，为今后进一步研究高压容器内温度与压力的关系奠定基础。具体技术方案如下：
一种高压容器内置离线式温度检测仪，包括：板载电源模块（1），数字温度传感器（2），处理运算模块（3），信息存储模块（4）及USB接口电路（5）；其中，所述的板载电源模块（1）包括电池（6）以及滤波稳压电路（7），电池（6）经滤波稳压电路（7）滤波稳压后为其它的四个模块供电；所述的处理运算模块（3）由微控制器及标准JTAG电路构成；所述的信息存储模块（4）由电可擦除只读存储器EEPROM组成，用于存储温度传感器采集的测温结果；所述的USB接口电路（5）用于提供数据传输接口，以及为电池（6）充电；数字温度传感器（2）、信息存储模块（4）及USB接口电路（5）与处理运算模块（3）连接，处理运算模块（3）控制数字温度传感器（2）、信息存储模块（4）及USB接口电路（5）工作；其特征在于：所述的电池（6）是聚合物锂离子电池，在压力达到20Mpa时不爆炸；所述的板载电源模块（1），数字温度传感器（2），处理运算模块（3），信息存储模块（4）及USB接口电路（5）符合工业级标准，耐温范围在-40℃至85℃之间，并且紧密集成在一块电路板上，外形尺寸能够顺利通过直径不小于25㎜的高压容器瓶颈。
所有模块集成在一块电路板上并线形排布，确保温度检测仪能够顺利通过直径不小于25㎜的高压容器入口。模块中除电池（6）以外的所有元器件在最高压力25MPa以下、在-40℃至85℃温度范围内可稳定工作。
所述的数字温度传感器（2）中的传感器个数为多个。
将一种高压容器内置离线式温度检测仪置于高压容器中，并且将数字温度传感器（2）中的各传感器置于高压容器中的任意测温点，密闭高压容器，并进行充放气，处理运算模块（3）控制数字温度传感器（2）对高压容器的一个充放气完整周期进行温度测量，并将测量数据存储在信息存储模块（4）中，一个充放气周期结束后，通过USB接口电路（5）将存储在信息存储模块（4）中的温度数据发送至上位机。所述的数字温度传感器（2）采集温度的时间间隔可调。
有益效果：
本发明通过将板载电源、温度采集、处理运算、信息存储及人机通信功能模块集成在一块电路板上并线形排布，以确保高压容器内置离线式温度检测仪顺利置入入口直径不小于25㎜的高压容器内。由板载电源供电、根据测温需要设定多个温度传感器在不同的位置按照设定的时间间隔采集数据、经处理运算后将信息存储，待检测周期结束后取出该检测仪，与计算机进行通信，实现了离线式检测高压容器内部气体随充（增压）、放（减压）气过程而导致气体温度变化的功能，避免了改变压力容器结构以及由此引发的密封问题。
附图说明
图1高压容器内置离线式温度检测仪测温示意图；
图2高压容器内置离线式温度检测仪系统结构框图；
图3高压容器内置离线式温度检测仪内部结构电路板图；
图4电源电路原理图；
图5传感器电路图；
图6串行口与USB口转换电路图；
图7JTAG接口电路图；
图8微控制器、存储器图；
图中：（1）、板载电源模块，（2）、数字温度传感器，（3）、处理运算模块，（4）、信息存储模块，（5）、USB接口电路，（6）、电池，（7）、滤波稳压电路，（8）、PC机，（9）、高压容器。
具体实施例
下面结合说明书附图1～附图8对本发明作进一步说明：
本实施例，避开了高压容器结构的约束，提出了一种完全安放于容器内、可进行空间多点自动测温、存储数据的方案，高压容器内置离线式温度检测仪测温示意图如图1所示，高压容器内置离线式温度检测仪内部结构电路板图如图3所示，高压容器内置离线式温度检测仪系统结构框图如图2所示。
板载电源模块（1）如图4所示，包括电源开关、电池（6）以及滤波稳压电路（7），电池（6）选用标称电压为3.7V的聚合物锂离子电池，在高温高压的极端条件下，聚合物锂离子电池(6)具有压力达到20Mpa不爆炸，-40℃至80℃可稳定工作的特点。滤波稳压电路（7）选用低压差线形调压器LM1117芯片，将聚合物锂离子电池（6）的3.7V转换为3.3V为其它模块供电。考虑到电池焊接在电路板上，为了使充电简易方便，使用USB接口电路（5）的外部5V电源经由LM1117芯片将电压转换为3.3V后供电池充电，USB接口具有电池充电与数据传输的功能。
数字温度传感器（2）中选用DS18B20温度传感器，DS18B20集成了测温、AD转换、调理等功能，能够确保系统的稳定性，DS18B20的数据传输遵循单总线协议，在一条信号总线上可根据需要挂接多个温度传感器，但是传感器数量最多不能超过64个，由微控制器选通寻址。通过数据线供电，供电范围为3.0V到5.5V，测温范围为-55～＋125℃，温度计分辨率可以被使用者选择为9～12位，简单的多点分布式测温应用，无需外部器件。本实施例中根据测温需求，选择使用三路DS18B20温度传感器，分别置于高压容器内的底部、中部及顶部位置，然后通过插接接口将DS18B20的数据引脚和处理运算模块（3）中微控制器的数据引脚连接，传感器电路图如图5所示。
处理运算模块（3）由微控制器及标准JTAG电路构成；其中微控制器选用C8051F300，C8051F300微控制器自身并不带有USB接口，为了减小高压容器内置离线式温度检测仪的体积、便于通过直径不小于25㎜的高压容器入口将其放入或取出，也考虑到USB接口的普遍应用，因此通过USB接口电路（5）将串口转换为USB接口，USB接口电路（5）选用CP2102芯片，转换电路如图6所示。标准JTAG电路用于程序的调试和下载，属于公知技术，JTAG接口电路如图7所示。
所述的信息存储模块（4）选用AT24C64芯片，其存储方式采用EEPROM技术，即电子可擦除只读存储器，可以存储至少64M位，超大容量的信息存储模块能充分满足人们多点检测、密集读取数据的需求。微控制器、存储器图如图8所示。所述的USB接口电路（5）用于实现与计算机通信，以及为电池充电。
所有模块集成在一块电路板上并线形排布，确保温度检测仪能够顺利通过直径不小于25㎜的高压容器入口。
测量时，将一种高压容器内置离线式温度检测仪置于高压容器中，将三路DS18B20温度传感器置于高压容器中各测温点，密闭高压容器，并进行充放气，由于容器内部压力变化而导致内部气体温度变化，处理运算模块（3）控制数字温度传感器（2）对高压容器的一个充放气完整周期进行温度测量，并将测量数据存储在信息存储模块（4）中，一个充放气周期结束后，通过USB接口电路（5）将存储在信息存储模块（4）中的温度数据发送至上位机。微控制器在检测仪中起到总体协调的作用，具体分为三个方面：一是分别控制三个通道的DS18B20温度传感器在规定的时间范围内按照设定的时间间隔进行温度测量，获取其数值；二是将DS18B20温度传感器测得的数据实时写入AT24C64芯片的存储单元中，防止掉电或复位丢失；三是当测温过程结束后，控制CP2102芯片通过USB接口接受计算机的指令，与计算机通信；
通过本系统及方法能够在不改变容器结构的情况下准确测量容器内各部位温度，并能够反映高压容器内压力与温度的变化趋势关系，为今后进一步准确研究高压容器内压力与温度的关系、充气速度与瓶内温升之关系以及依此向加气站操作人员准确地提出气瓶“最短充气时间”的限制奠定了基础。
以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，如传感器数量的增加或减少，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种高压容器内置离线式温度检测仪，包括：板载电源模块（1），数字温度传感器（2），处理运算模块（3），信息存储模块（4）及USB接口电路（5）；其中，所述的板载电源模块（1）包括电池（6）以及滤波稳压电路（7），电池（6）经滤波稳压电路（7）滤波稳压后为其它四个模块供电；所述的处理运算模块（3）由微控制器及标准JTAG电路构成；所述的信息存储模块（4）由电可擦除只读存储器EEPROM组成，用于存储温度传感器采集的测温结果；所述的USB接口电路（5）用于提供数据传输接口，以及为电池（6）充电；数字温度传感器（2）、信息存储模块（4）及USB接口电路（5）与处理运算模块（3）连接，处理运算模块（3）控制数字温度传感器（2）、信息存储模块（4）及USB接口电路（5）工作；其特征在于：所述的电池（6）是聚合物锂离子电池，在压力达到20Mpa时不爆炸；所述的板载电源模块（1），数字温度传感器（2），处理运算模块（3），信息存储模块（4）及USB接口电路（5）符合工业级标准，耐温范围在-40℃至85℃之间，除电池（6）以外的所有元器件耐压不小于25Mpa，并且紧密集成在一块电路板上，线形排布，外形尺寸能够顺利通过直径不小于25㎜的高压容器瓶颈。
2.根据权利要求1所述的一种高压容器内置离线式温度检测仪，其特征在于：所述的数字温度传感器（2）中的传感器个数为多个。
3.根据权利要求1所述的一种高压容器内置离线式温度检测方法，其特征在于：将一种高压容器内置离线式温度检测仪置于高压容器中，并且将数字温度传感器（2）中的各传感器置于高压容器中的任意测温点，密闭高压容器，并进行充放气，处理运算模块（3）控制数字温度传感器（2）对高压容器的一个充放气完整周期进行温度测量，并将测量数据存储在信息存储模块（4）中，一个充放气周期结束后，通过USB接口电路（5）将存储在信息存储模块（4）中的温度数据发送至上位机。所述的数字温度传感器（2）采集温度的时间间隔可调。
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