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换热器在线检测装置的设计与研究

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李旭

摘要：换热器在线检测装置的设计与研究，主要是以服务换热器检测实验室和换热器生产企业为核心，以检测换热器产品质量为目标，通过数据采集模块、传输模块、处理模块以及计算机软件等的设计实现换热器的在线检测。

关键词：换热器;机械设计;在线检测

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1引言

换热器是化工生产中重要的单元设备，是一种在不同温度的两种或两种以上冷热流体间实现物料之间热量传递的节能设备[1]。换热器检测是指对换热器性能的检测，大多数采用传热与阻力性能作为对换热器的评价依据。由于换热器检测系统的体积大、建设开发成本高，大多数换热器厂家并没有完整的测试试验台。国内具备换热器检测资质和能力的实验室较少，生产企业对换热器检测主要是以送检的形式，将换热器运输到具备检测能力和资质的实验室进行检测，运输和检测周期较长，运输和检测费用也很高，企业无法方便快捷地对换热器进行检测。因此，目前的换热器检测系统不能完全满足市场的需求。为解决以上问题，本文提出换热器在线检测装置的设计与研究：企业的换热器在安装检测装置后，便可以对换热器运行时的温度、压力、流量等数据进行采集，将数据传输到企业计算机中的检测系统应用软件上显示，并依照标准公式计算得出当前工况下的总传热系数和压力降。结果表明：本文设计的换热器在线检测装置实现了换热器的在线检测。

2换热器在线检测装置的硬件设计

2.1换热器在线检测装置的设计理念

换热器在线检测装置硬件部分主要由单片机控制模块、电源模块、数据采集模块、报警模块、通信模块以及存储模块等组成，检测装置架构如图1所示。STM8S105C6T6型号的单片机具有功能多、价格低等特点，因此，选作本系统硬件的控制模块，主要用来实现对信号进行判断、对数据进行处理以及完成通信等功能。压力、温度传感器和流量计等构成了具有实时采集数据功能的数据采集模块;报警模块的作用是在检测数据超出系统预设范围时，播放声音警报;电源模块的作用是为蜂鸣器、单片机、压力传感器、温度传感器等提供所需的直流电压。单片机通过RS-485总线的形式将数据传输到计算机进行数据处理。

2.2单片机控制模块

2.2.1单片机控制模块的主要功能及选型

处理器单元作为硬件设计的核心，性能、可靠性等是评价控制芯片的主要参考依据。单片机由控制器、运算器、存储器、输入输出等设备构成，协调整个硬件终端系统的运转，包括数据的采集、存储、传输，以及对计算机命令的处理，是整个检测单元的“大脑”。就本系统而言，在精度和功能满足要求的前提下，对单片机最主要的需求是抗干扰能力强、成本价格低、方便开发。STM8系列的单片机采用先进内核架构和工艺技术，处理能力达20MIPS，主频为24MHz的8位单片机，相比同类的8位单片机，它最显著的特点是功能强、支持在线仿真、引脚数多[2]，对比16位和32位单片机，它具有价格便宜的特点。本文采用的是STM8系列工业级的STM8S105C6T6作为微处理器。

2.2.2单片机电路设计

STM8S105C6T6作为检测单元的核心，所有的模块都要与它进行连接，单片机的引脚和部分连接如图2所示。

数据采集模块中的温度检测电路通过PB0、PB1、PB2、PB3进行连接，压力检测电路通过PB4、PB5、PB6、PB7进行连接，流量检测电路通过PE6、PE7进行连接，报警模块通过PD5进行连接。

2.3存储模块

对于检验检测工作来说，数据安全、便捷、可靠的存储十分重要。因此，系统存储采用企业计算机存储和云服务器存储两级存储方案。

第一级，将换热器信息包含检测单元实时采集到的信息存储到相应企业的计算机专用移动硬盘中。通过对比系统需求和节约成本的原则，选用容量为1TB的联想F500移动硬盘作为计算机数据存储设备。该硬盘适用于WindowsVista/XP/7/8/10/Mac等系统，采用USB3.0的高速接口，硬盘理论读取速度为60～140MB/s，写入速度为50～90MB/s，高速的读写能力满足系统对存储数据的需求。同时硬盘内置加密软件保證数据的安全性。第二级，通过云存储技术将数据通过互联网存储到检测中心服务器上。对于换热器用户来说，检测系统的使用时间并不固定，甚至是24小时不间断工作运行，而且数据存储量非常大，因此，要求服务器设备具备运行速度快、内存大、能够长时间稳定运行的特点。结合上述需求，选择了联想的TS250塔式服务器。

2.4电源模块

作为应用在工业上的设备，硬件系统要求电源电压稳定、纹波小、寿命长、效率高，能够在恶劣环境稳定工作[3]。系统硬件元件需要的供电直流电压分别为单片机5V、蜂鸣器5V、温度传感器5V、压力传感器24V、电磁流量计24