［摘要］介绍烟气排污计量仪的设计方法。设计的特点是把计量仪作为数据采集器和记录器，而用PC机管理数据。用户利用IC卡定期从仪器中取出数据，再将数据转送到PC机中，由PC机进行数据处理、打印、存档、制定报表、绘制曲线。实现了烟气排污的数字化管理。 ［关键词］烟气流量；数据采集；IC卡
为了对锅炉、工业窑炉及工艺废气等大气污染物进行总量控制，环保部门必须对排污单位的烟气排放量进行计量检测。这项工作涉及范围广，工作量大。以往只是根据一年一次的烟气量测定来推算全年的排放量，或者根据燃煤的低位热值及空气过剩系数，求得燃烧每吨煤所需空气量来估算全年的烟气排放量。这种以点代面的估算方法所带来的误差有时可达到实际值的数倍。烟气排污计量仪通过对烟气排放主要参数的测试，实现了烟气流量的连续计量。是实现排放大气污染物许可证制度的重要计量监督手段。同时简化了填写统计报表，提高了统计数字的可信度，使烟尘管理数字化、科学化。另外，对司炉工合理调节风量，也是有利的。 1工作原理 根据GB5468－91规定，每秒钟烟气排放量可用下式进行计算：
可见，对每秒钟烟气流量的计量，必须要进行烟气动压Pd、烟气静压Ps、烟气温度ts、含湿量XSW及大气压力Ba的测量。该设计分别采用热电偶温度传感器、含湿量传感器和压力传感器测量ts、XSW、Ba和PS。烟气的动压Pd则由双向D形管作为受压元件。双向D形管测孔的开口正对烟气方向，用以测量烟气的全压，其背向管的测孔背向烟气方向，用以测量烟气的静压，全压与静压之差即为动压，用差压变送器即可测出动压Pd。为了防止烟尘堵塞测孔，设计了一套程控反吹装置，该装置用压缩机将空气压缩在储气罐内，压力PS、Ba、Pd等参数进行测试，另外还有两个参数：皮托管调整系数KP和烟道截面积F，可通过一次性标定后置入。仪器面板上有16个键组成的键盘和8位数码管。键盘用来设定、修改工作参数以及校时，进行显示切换操作。显示器可以显示F，KP，ts，XSW，PS，Ba，Pd等参数，还可以显示瞬时烟气流量Qn．d、累计烟气流量∑Qn.k，以及时钟和日期。显示器最高位显示序号，低6位显示数据。累计烟气流量由于数值较大，表示成为指数形式，尾数为4位有效数字。 整个系统的硬件原理如图2—1所示。
（1）数据的采集烟气温度的测量采用热电偶传感器经温度变送器后转换成为0～10 mA信号输入仪器。烟道湿度的测量实际是干湿球温差的测量，仪器采用两端式温度传感器AD590作为感温电流源，测得温差t0后可用以下公式计算烟气湿度：
其中Pb为空气饱和时的水蒸气压力。它与温度有对应关系，可通过查表求得一定温度时的Pb值。烟道静压、大气压力和烟道动压分别经过压力变送器和差压变送器转换成为电流信号输入仪器，所有这些信号都经过信号调理最后成为0～5 V的电压进入A／D转换器AD0809，进行模数转换。AD0809是8位A／D转换器，有8个输入通道，实际使用了5个通道。每个通道的转换时间是80μs。（2）电压监视器和时钟电路系统采用X25045作为电压监视器。X25045兼有电压监视和看门狗的功能，看门狗的定时时间可以编程设定。X25045内部还有512字节的EEPROM。因计量仪必须长期工作在无人看管的场合。任何外部干扰引起的死机或数据丢失，都将使仪器失效。因此，系统的长期可靠运行十分重要。X25045的电压监视功能能保证仪器在外部电压波动时可靠复位。而当系统因某种原因死机时，看门狗电路将使系统自动复位。并可将一些必要的数据在X25045内部EEPROM中保存。另外由手工置入的参数F，KP等，也保存在EEP－ROM中，以免停电时丢失。仪器采用DS1302作为实时时钟电路。DS1302是串行的时钟／日历芯片，可提供秒、分、时、日、月、星期、年的走时。该芯片内部还有31字节的RAM可利用。在2．5V工作时芯片电流为300 nA。外接备用电池可保证长期走时。DS1302为系统提供了实时时间。（3）键盘和显示仪器采用HD7279键盘／显示芯片。该芯片采用串行接口，可同时驱动8个共阴数码管，还可同时连接最多64键的键盘矩阵。该芯片属于智能芯片，具有多种控制指令，如消隐、闪烁、左移、右移等。HD7279只占用CPU的4根位线，HD7279的使用可简化系统的硬件设计，节省CPU的工作时间。（4）数据的存储和记录对各排污烟道的排烟情况，环保部门要定期记录。采用IC卡传递数据。取得了很好的效果。仪器采用ATMEL公司的24C256作为数据存储器。除了一些中间数据存放在RAM中外，需要记录的数据都存储在24C256中。24C256是串行EEP－ROM，存储容量为32KB，存储数据可在系统停电的情况下100年不丢失。允许写入次数为10万次。该电路通过I2C总线与单片机进行数据读写操作。只需占用单片机2根位线。I2C总线上最多可挂4片24C256，CPU通过电路的硬接线选片。在仪器的面板上接有一个IC卡的插座，该插座挂在I2C总线上。用户需要提取数据时，只要将IC卡插入插座，就可在几秒钟内取出记录在内部数据存储器中的数据。然后将IC卡插入PC机打印口上的IC卡读写器中，即可将全部数据送入PC机，利用PC机可以进行数据处理、存档、打印，也可将记录数据以曲线的形式在PC机屏幕上显示。普通PC机的打印适配器是为打印机设计的，只能进行数据输出而不能进行数据的双向传送，要利用该打印口进行24C256的读写，其数据线SDA的操作必须是双向的，要解决这个问题，只要在打印插头上增加一只三态门或三极管即可。IC卡也是采用24C256制成。因此，每次传递的数据量是32K字节。该仪器设计的记录密度是每小时一次，可以记录一年以上的数据。 3软件设计系统的计算工作量较大，所涉及的数据有的很大，有的很小。软件设计在数值计算上采用多字节浮点数运算。既保证一定的计算精度，又要能表示较大的数值范围。系统在主程序中进行初始化，并进行键盘／显示管理。查询IC卡插座，如有IC卡插入，则进行IC卡转存数据的操作。对数据的记录则是在时钟电路DS1302的控制下进行。单片机每小时一次将数据写入24C256中。并将每小时排放量Qn．d．H加入累计烟气量∑Qn.d.H中。数据采集则在定时中断服务程序中进行。设计的采样周期是每秒钟一次。在中断服务程序中完成数据采集，并计算出XSW，VS，Qn．d（每秒钟排烟量）等数值，将Qn．d加入Qn．d．H（每小时排烟量）。以上数据均放在显示缓冲区中。软件流程如图3—1所示。
4结语该计量仪经过现场使用，测试数据的准确性和精度是好的。当Kp设定值为0．85时，与标准皮托管所测的烟气流量比较，误差小于5．3％。由于采用IC卡转存数据，使仪器和PC机之间有了一个方便的接口，从而可以利用PC机的强大功能，将记录的全部实时数据在屏幕显示，并可绘成曲线，制订报表，打印或长期存储归档。管理人员只要一年一次到现场用IC卡取出记录数据即可。这给仪器的使用管理带来了许多方便。
［1］环境保护法规标准汇编［S］．常州市环境保护局，1998．［2］过幼南．用PC机打印口作为24C256存储卡读写器［J］．电子与自动化，2000 
