基于USB接口的测硫仪设计

　　1 引言

　　含硫量高的煤，供燃烧气化或炼焦煤使用时都会带来很大的危害。如高硫煤用作燃料时，燃烧后所产生的二氧化硫气体，不仅严重腐蚀锅炉管道，而且还严重污染大气;在炼焦工业中，硫分的影响更大，一方面煤中硫分高，焦炭的硫分也高，从而直接影响钢铁的质量，另一方面为了脱去钢铁中硫，就必须在高炉中加入较多的石灰石，这样又会减少高炉的有效容量，同时增加出渣量。因此，为了有效而经济地利用煤炭资源，必须了解煤中硫的含量。

　　采用库仑滴定法进行煤中硫含量的测试。以碘为滴定剂，煤样在1150℃高温下，煤中的硫会转化为SO2和SO3气体;将气体全部导人电解池，SO2与水反应生成亚硫酸，将电解碘氧化而成硫酸。仪器采用双铂电极指示终点。根据电解碘过程中所耗用的电量，由法拉第定律可以计算出煤中硫的含量：

　　2 仪器的构成及工作原理

　　仪器由PC机、智能控制器、进样装置、高温燃烧炉、电源系统、空气输送与净化系统、电解池和搅拌器等部分构成。

　　PC机主要完成控制参数的设置和控制指令的发送、测量数据的处理、温度和电解电流变化曲线的显示、测量结果的存储与打印等功能。

　　智能控制器是测硫仪的关键部分，它可以接收PC机通过USB接口发送来的控制指令和控制参数，与电解池、硅碳管、热电偶等共同完成高温炉的加热控制与温度测量、电解的测量与控制、试样的送达与退出等功能，并将测量过程中的电解电流和温度的变化情况以及电量的测量结果通过USB接口发送到PC机。

　　高温燃烧炉中的加热元件采用硅碳管，并采用热电偶测量炉温。空气输送与净化系统由电磁泵、空气流量计、干燥管和干燥剂组成。电解池壳体用有机玻璃制成，上盖固定一对电解电极和一对指示电极。在电解池内放有一磁性搅拌子，在磁力搅拌器驱动下以约500r/min的速度转动，保证电解池内电解液的状态均匀分布。

　　3 智能控制器的设计

　　智能控制器在测硫仪中处于核心地位，完成热电偶温度、冷端温度、指示电极电压、电解电流等数据的采集以及炉温、电解电流的控制;同时还要控制测量过程中的积分时间，并将电量的积分结果通过USB接口发送到PC机。

　　智能控制器的结构框图如图1所示。图中带USB接口的微控制器采用CY7C68013A，该芯片内含一个增强型8052内核和16KB的RAM，可在上电时通过串行接口将存储在EEPROM内的程序自动加载到RAM中运行，时钟频率可高达48MHz;同时它还具有一个USB2.0接口，既可以与其它设备实现串行通讯功能，还可以通过该接口实现程序的在线更新，给系统的调试和升级带来极大的方便。