瀝青軟優(yōu)點(diǎn)自動(dòng)檢測裝置的設計

摘要：介紹了一種瀝青軟化點(diǎn)自動(dòng)檢測裝置的設計方法。以國家標準GB/T 4507-84《石油瀝青軟化點(diǎn)測定法》為依據并結合實(shí)際操作的具體情況，提出了自動(dòng)檢測裝置的總體設計方案。主要介紹了溫度檢測通道、光電檢測通道和鏈盤(pán)顯示等電路的工作原理及部分程序設計思想。

石油瀝青是國家基本建設的重要原材料之一，它廣泛地應用在高速公路路面建設、房屋防水防潮、絕緣防腐等防護層工程中。瀝青質(zhì)量的好壞直接影響工程項目的質(zhì)量和服務(wù)年限。對于瀝青生產(chǎn)單位和以瀝青為原料的施工單位來(lái)說(shuō)，瀝青軟化點(diǎn)的檢測是保證瀝青質(zhì)量的重要指標之一。所以，瀝青生產(chǎn)單位和使用瀝青的施工單位都急需一種能自動(dòng)精確檢測瀝青軟化點(diǎn)的裝置，來(lái)保證瀝青生產(chǎn)和工程質(zhì)量。瀝青的軟化點(diǎn)是試樣在規定檢測條件下因受熱而下墜到25.4mm時(shí)的溫度。不同的工程項目要求的瀝青軟化點(diǎn)不同，煉油廠(chǎng)需要根據不同工程項目控制生產(chǎn)工藝過(guò)程，使其軟化點(diǎn)限制在規定要求的范圍內；而工程施工單位則需要根據工程的要求檢驗瀝青的軟化點(diǎn)以確保工程質(zhì)量。國外自動(dòng)檢測裝置比較少，而且價(jià)格很貴，對工作環(huán)境要求較高、只能在研究部門(mén)實(shí)驗室中使用，不適合瀝青生產(chǎn)單位和施工單位使用。本文介紹一種能精確和自動(dòng)檢測瀝青軟化點(diǎn)且適合現場(chǎng)使用的檢測裝置。

1 自動(dòng)檢測裝置的總體設計

根據國家標準《石油瀝青軟化點(diǎn)測定法》中提出的要求，瀝青軟化點(diǎn)自動(dòng)檢測裝置必須滿(mǎn)足以下幾方面的要求：(1)對燒杯內的水或甘油加熱溫度應該保持每分鐘上升5±0.5℃，因此需要采用恒功率控制加熱器；（2）瀝青軟化點(diǎn)不高于80℃的試樣用水作為加熱媒體，高于80℃的試樣用甘油作為加熱媒體，因此需要對兩種加熱媒體的加熱情況進(jìn)芊區分；（3）加熱前，水溫需要保持在5±0.5℃或甘油溫度保持在32±1℃，且恒溫15分鐘；（4）為自動(dòng)檢測試樣受熱下墜達到25.4mm，需要采用光電技術(shù)檢測瀝青軟化點(diǎn)，以消除人眼觀(guān)測誤差。

根據上述四個(gè)方面的要求，采用單片機作為核心器件組成瀝青軟化點(diǎn)自動(dòng)檢測裝置，這樣可以使瀝青軟件點(diǎn)的自動(dòng)檢測達到“智能”化。下面介紹一下軟化點(diǎn)自動(dòng)檢測裝置的總體設計。

圖1是軟化點(diǎn)檢測系統組成原理框圖。從圖1可以看出，瀝青軟化點(diǎn)檢測系統是由單片機、溫度傳感器、電傳感器、顯示部分、鍵盤(pán)、微型打印機和串行口等組成。單片機是檢測系統的核心，負責數據的采集、處理和整個(gè)系統的協(xié)調工作；溫度傳感器把燒杯中的水或甘油溫度傳送到A/D轉換器，轉換后送到單片機進(jìn)行數據處理；光電傳感器把被檢測的瀝青試樣受熱后下墜達到25.4mm的信息通過(guò)整形電路送入單片機，以便確定瀝青軟化點(diǎn)；顯示部門(mén)把系統運行和操作過(guò)程中的信息顯示給操作人員，使其能及時(shí)了解軟化點(diǎn)檢測裝置的運行情況；鍵盤(pán)是人機對話(huà)的必要工具，用它可以在軟化點(diǎn)檢測裝置運行前輸入必要的信息；微型打印機用來(lái)輸出軟化點(diǎn)檢測結果等相關(guān)數據；蜂鳴器用于報警；串行口是為單片機與PC機交換數據而預留的。

2 單片機最小系統的設計

根據瀝青軟化點(diǎn)檢測的技術(shù)要求，設計了以單片機為核心的單片機最小系統。下面從以下幾個(gè)主要方面做一下介紹。

2.1 溫度檢測通道

圖2所示是溫度檢測通道電路原理圖[1]，它由恒流源、兩級放大和A/D轉換三部分組成。恒流源由U1、5V穩壓管和三級管Q等組成，在三極管Q的發(fā)射極輸出一個(gè)2mA的怛定電流。兩級放大器由U2和U3等元器件組成。Rt100是溫度傳感器，它兩端的雙線(xiàn)表示溫度傳感器是通過(guò)導線(xiàn)從燒杯引到印刷電路板上；U2和U3之間的R7、R8、C1和C2組成一個(gè)工頻濾波器，用以消除工頻信號的干擾。由于濕度的變化相對較慢，所以采用LM331 V/F轉換器，用于A(yíng)/D轉換[1]。來(lái)自放大順的溫度信號通過(guò)R11從LM331的7腳輸入，再比它的3腳輸出一個(gè)頻率與溫度成正比的脈沖信號，然后輸入到單片機的定時(shí)器/計數器1的輸入端T1。單片機定時(shí)地從定時(shí)器/計數器1取計數值就可以完成A/D轉換。

2.2 光電檢測通道

圖3所示是光電檢測通道電路原理圖[2]。它由光電管D1、電壓比較器LM311、延時(shí)電路和觸發(fā)器組成。光電管用來(lái)檢測瀝青度樣下墜狀態(tài)，發(fā)光源和光電管分別放在燒杯的前后兩面。當瀝青試樣受熱下墜達25.4mm時(shí)，瀝青試樣正好遮住發(fā)光源射入到光電管的光線(xiàn)，這時(shí)光電管兩端呈高阻狀態(tài)，光電管D1的陰極電位升高，電壓比較器LM311反相輸入端的電位高于同相輸入端的電位，比較器的輸出端輸出低電位。該低電位輸入到由LM555組成的延時(shí)電路并從延時(shí)電路輸出。而且，電壓比較器LM311和延時(shí)電路LM555兩部分還組成整形電路。把CD4013雙D觸發(fā)器的引腳3、5接地，CD4013便接成基本RS觸發(fā)器。LM555的3腳輸出的信號送到CD4013的6腳，觸發(fā)CD4013的一個(gè)D觸發(fā)器使CD4013的2腳輸出信號送到單片機的外部中斷INT1端。一般情況下，檢測裝置設計兩個(gè)瀝青試樣同時(shí)檢測。圖3是一路瀝青試樣的檢測電路，另一路檢測電中與該路相同。不同的是，另一路由CD4013另一個(gè)D觸發(fā)器組成基本RS觸發(fā)器，其輸出是送到單片機的外部中斷INT0端。

2.3 鍵盤(pán)與顯示接口設備

圖4所示是鍵盤(pán)與顯示接口電路原理圖[3]，主要由HD7279A、16個(gè)按鈕和8個(gè)LED數碼管組成。16個(gè)按鈕和8個(gè)LED數碼管用于人機對話(huà)。HD7279A是一個(gè)具有串行接口、可同時(shí)驅動(dòng)8位共陰極數碼管的智能顯示驅動(dòng)芯片。該芯片同時(shí)還可以連接多達64個(gè)鍵的鍵盤(pán)矩陣，并含有去抖動(dòng)電路。它的內部譯碼器，可以直接接收十六進(jìn)制數碼。引腳8（DATA）為串行數據輸入/輸出端，當執行接收指令時(shí)，該引腳為輸入端，當讀取鍵盤(pán)數據時(shí)，該引腳在“讀”指令最后一