智能定硫仪的设计

　　1　系统的构成及工作原理

　　系统由单片机和测硫仪主机组成,包括电子天平、自动送样机构、高温裂解炉、滴定测硫系统、显示打印等部件。先由电子天平测得样品的质量,并通过RS232送入单片机系统,然后送样机构自动将样品送入高温炉。在单片机系统的控制下,给样品加热,在1150℃最佳温度下样品被氧化,其中硫成份完全转化为SO2,反应中生成的气体导入滴定系统,通过与标样的参数对比而得到试样中的含硫量,送显示和打印,并可通过RS232与PC机连接,以便长期保存数据和进一步处理,系统结构的基本组成如图1所示。

　　2　系统的硬件设计

　　2.1　单片机

　　本系统采用华邦公司的W77E58作中央处理器。利用其2个串行口,通过RS232接口同时与电子天平和PC机通讯,3个定时器T0、T1、T2分别作为时间中断、波特率发生器使用,4个I/O口实现监控测量功能。

　　2.2　键盘和显示

　　采用单片机W77E58的P1口控制ZLG7290,实现键盘显示管理。ZLG7290是广州周立功发展有限公司设计的键盘及LED驱动器,该芯片可直接驱动8位共阴数码管或64只独立LED和64个按键,通过I2C串行接口,方便地与处理器相连;因其独特的性能在仪器仪表中得到广泛的应用。

　　2.3　A/D转换器

　　采用12位串行A/D转换器芯片TLC2543。该芯片具有8路输入,各路分别可连接到各测量点上,通过较少的口线直接与单片机相连,且易于光电隔离。

　　2.4　温度测控系统

　　通过实验和查阅有关资料,确定温度在1150℃时,样品中的硫能够得到充分释放,并和氧气很好地结合成SO2,因而对高温裂解炉的温度控制是至关重要的。温度测控系统由温度采集和控制两部分组成,其框图如图2所示。

　　由于所测温度较高,故采用K分度号热电偶作温度传感器,AD590作冷端补偿,两个信号经放大后送入TLC2543进行A/D转换,并送入单片机进行计算而得到实际显示。单片机通过光电隔离控制晶闸管的通断而对加热炉进行控制,从而达到控温目的。

　　在整个控温中,力求升温速度快,控温准确,因而本系统采用模糊控制加PID调节的复合控制法。实施方案是在温差较大时实行模糊控制,在接近控温点时采用PID实现微控。通过控制电炉丝所受电压的占空比来控制温度。

　　2.5　滴定测控系统

　　滴定测控系统是本系统的核心,其结构见图3。

　　SO2气体进入装有水和pH试剂的反应杯中,形成硫酸或亚硫酸,呈酸性,使杯中的溶液呈深色;与KOH溶液中和反应而呈中性,从而杯中溶液透明。通过光敏管来测量其颜色的变化;通过控制电磁阀达到控制KOH的用量。由压力传感器测量反应量和反应结束时反应杯中溶液的重量(与质量对应),而大气压力通过另一个压力传感器的测量对该量进行修正,从而得到KOH的实际用量;然后与标样进行比较计算,得到S的含量。计算公式为: