年第卷第期傳感器技術(shù)（l扮引切叱智能氧化錯(cuò)氧變送器在鍋爐燃燒控制中的應(yīng)用袁有臣（青島化工學(xué)院自動(dòng)化系，山東青島摘要運(yùn)用預(yù)測(cè)控制理論和動(dòng)態(tài)溫度測(cè)定方法研制的智能氧化錯(cuò)（幾）氧變送器，使用壽命延長(zhǎng)了許多倍，同時(shí)還提高了煙道氣氧含量的測(cè)量精度，優(yōu)化了鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的性能。

　　關(guān)鍵詞氧濃度變送器預(yù)測(cè)控制動(dòng)態(tài)測(cè)定法中圖分類號(hào)花文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼文章編號(hào)一卜一塊側(cè)川舊朗二山比h I琪羅，朗ao加扮如司t代刁已卿飛劉城汕曰。

　　從曰出刀前言之氧變送器是世紀(jì)年代發(fā)展起來(lái)的一種新型測(cè)氧儀表。

　　它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單維護(hù)方便反應(yīng)速度快和測(cè)量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)于化工電力輕工冶金等部門分析各種工業(yè)鍋爐及窯爐中煙道氣的氧含量。

　　氧變送器與調(diào)節(jié)器等自控裝置配合后可構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)低氧燃燒控制，從而達(dá)到節(jié)能減少環(huán)境污染等多種效果。

　　代）傳感器工作原理探頭由氧濃差電池?zé)犭娕茧姛峤z和保護(hù)管等組成，其中氧濃差電池輸出的電動(dòng)勢(shì)由公式給出分壓在一定的情況下，為了使只取決于還須使管的溫度保持恒定。

　　因此，在氧變送器中還應(yīng)有溫度控制系統(tǒng)。

　　事實(shí)上，只有當(dāng)時(shí)晶體才有足夠的活性使之成為氧離子導(dǎo)體，亦即有效。

　　在較低溫度下，由于氧離子在晶體中不能有效擴(kuò)散而無(wú)法產(chǎn)生氧濃差電勢(shì)，此時(shí)式提高溫度可有效的增加輸出，即提高靈敏度，然而溫度過(guò)高也可導(dǎo)致多孔鉑電極失效而引起測(cè)量誤差。

　　設(shè)計(jì)中所選溫度為一7可調(diào)，既可保證測(cè)量靈敏度和精度，又兼顧了測(cè)量裝置的可靠性。

　　溫度的具體取值可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況加以選擇，有較大的靈活性。

　　燃燒控制系統(tǒng)鍋爐燃燒過(guò)程自動(dòng)控制的基本任務(wù)是使燃料燃燒所提供的熱量適應(yīng)鍋爐蒸汽負(fù)荷的需要，同時(shí)還要保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。

　　燃燒控制系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)變量為燃料量送風(fēng)量和引風(fēng)量用以控制鍋爐蒸汽壓空氣過(guò)剩系數(shù)或比較佳氧含量月和爐膛負(fù)壓等三個(gè)被調(diào)量川。

　　如圖所示，三個(gè)調(diào)節(jié)器分別控制三個(gè)調(diào)節(jié)變量，三個(gè)調(diào)節(jié)變量的變化均能引起空氣過(guò)剩系數(shù)的改變，據(jù)此可構(gòu)成三個(gè)相互關(guān)聯(lián)的控制系統(tǒng)。

　　魚(yú)九鬃二式中為氧濃差電勢(shì)（為理想氣體常數(shù)為法拉第常數(shù)（為遷移一個(gè)氧分子輸送的電子數(shù)（對(duì)于氧為參比氣體氧分壓為被測(cè)氣體氧分壓為熱力學(xué)溫度刃管溫以空氣作為參比氣體，則為空氣中氧分壓值，只要測(cè)得氧濃差電勢(shì)即可求得被測(cè)氣體氧日期一傳感器技術(shù)第燃料調(diào)節(jié)器送風(fēng)調(diào)節(jié)器引風(fēng)調(diào)節(jié)器圖鍋爐燃燒控制系統(tǒng)框圖由圖可見(jiàn)，空氣過(guò)剩系數(shù)亦即煙道氣比較佳其中氧含量月的測(cè)量有著重要意義。

　　兩者的關(guān)系為月。

　　下開(kāi)一面一月。

　　式中月。

　　為標(biāo)準(zhǔn)空氣中氧的體積分?jǐn)?shù)。

　　一管探頭測(cè)得鍋爐煙道氣中氧含量月，由式可求得空氣過(guò)剩系數(shù)由變送器輸出反映變化的信號(hào)對(duì)各調(diào)節(jié)器產(chǎn)生作用，分別控制三個(gè)調(diào)節(jié)變量，使鍋爐燃燒系統(tǒng)達(dá)到比較佳狀態(tài)。

　　由道爾頓分壓定律可得式中為傳感器溫度系統(tǒng)的設(shè)定溫度比較佳氧含量對(duì)應(yīng)的空氣過(guò)剩系數(shù)。

　　為與于一F一塑汀塑而由式求得空氣過(guò)剩系數(shù)圍繞設(shè)定值變化的表達(dá)式織一1夕魚(yú)月將式式）代人式得業(yè)午畢叢掀衛(wèi)信號(hào)處理電路信號(hào)電路是以片機(jī)為主構(gòu)成的單片機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)。

　　氧傳感器中的測(cè)溫?zé)犭娕驾敵龇从硿囟茸兓碾妷盒盘?hào)，該電壓信號(hào)經(jīng)放大整理及習(xí)轉(zhuǎn)換后送人氧濃差電勢(shì)經(jīng)放大和州轉(zhuǎn)換也送人由駐留在加中的相關(guān)模塊按式（8）計(jì)算出與空氣過(guò)剩系數(shù)變化量對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，該數(shù)字量經(jīng)轉(zhuǎn)換及調(diào)整放大輸出控制信號(hào)，還可經(jīng)串行口將數(shù)字信號(hào)直接傳送至上位計(jì)算機(jī)，刃傳感器測(cè)量與控制電路系統(tǒng)框圖如圖所示。

　　a一一n，人丁一尺一對(duì)于專用于鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的氧傳感器，通過(guò)式（可直接感受空氣過(guò)剩系數(shù)信號(hào)。

　　在實(shí)際測(cè)量中，在比較佳煙道氣氧含量條件下，系統(tǒng)允許相應(yīng)的空氣過(guò)剩系數(shù)變化的范圍很小。

　　此外，傳感器采用溫度控制系統(tǒng)之后，Z式飛探頭的溫度只能在很小的范圍內(nèi)改變。

　　在口和較小的情況下，對(duì)式進(jìn)行線性化處理，可求得便于用線性電路實(shí)現(xiàn)的結(jié)果一剎阮信號(hào)處理電路單片機(jī)控溫電路至工控機(jī)圖測(cè)控系統(tǒng)框圖儀祀耐注娜第期袁有臣智能氧化錯(cuò)氧變送器在鍋爐燃燒控制中的應(yīng)用1單片機(jī)系統(tǒng)的另一個(gè)重要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)對(duì)心氧傳感器的溫度控制功能。

　　為了延長(zhǎng)式傳感器的使用壽命，應(yīng)盡可能減少傳感器在高溫條件下的使用時(shí)間。

　　選定的測(cè)量溫度為由31控制升溫至即停止加熱，并進(jìn)行恒溫控制，在內(nèi)調(diào)用測(cè)量模塊連續(xù)進(jìn)行十次測(cè)量，取平均值后，結(jié)果就是反映空氣過(guò)剩系數(shù)變化的數(shù)字量。

　　此后，飛氧傳感器自然降溫至環(huán)境溫度約兩次測(cè)量之間的時(shí)間間隔是決定傳感器使用壽命的重要因素，一般應(yīng)在之間，這個(gè)時(shí)間由上位機(jī)確定。

　　控制邏輯控制計(jì)算機(jī)的控制軟件由開(kāi)發(fā)。

　　與本設(shè)計(jì)有關(guān)的模塊的功能是為單片機(jī)提供控制信號(hào)和接收從單片機(jī)傳送來(lái)的信號(hào)在兩次測(cè)量的時(shí)間間隔內(nèi)，根據(jù)鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)計(jì)算出反應(yīng)空氣過(guò)剩系數(shù)變化的控制參量，使得在氧傳感器不提供參數(shù)的情況下，系統(tǒng)仍能正常工作。

　　鍋爐燃燒控制系統(tǒng)屬緩慢變化系統(tǒng)，各參量相互制約，采用預(yù)測(cè)控制算法由即時(shí)參量如燃料量送風(fēng)量引風(fēng)量鍋爐蒸汽壓和爐膛負(fù)壓等能夠較為準(zhǔn)確的計(jì)算出下一個(gè)時(shí)刻空氣過(guò)剩系數(shù)。

　　或比較佳氧含量尸但是，無(wú)論采用何種算法，時(shí)間累積誤差不可避免。

　　實(shí)踐證明，采用定時(shí)動(dòng)態(tài)校正是消除時(shí)間累積誤差的有效方法。

　　實(shí)測(cè)結(jié)果表明，內(nèi)，時(shí)間累積誤差一般控制在以內(nèi)。

　　單片機(jī)控制系統(tǒng)的控制邏輯的主要功能是接收控制計(jì)算機(jī)的指令和向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)啟動(dòng)升溫邏輯并按溫升曲線使心氧傳感器探頭溫度升至規(guī)定溫度讀取測(cè)量數(shù)據(jù)并計(jì)算結(jié)果。

　　采用動(dòng)態(tài)測(cè)定法的目的主要是為了延長(zhǎng)探頭的使用壽命。

　　結(jié)束語(yǔ)運(yùn)用預(yù)測(cè)控制理論和循環(huán)升溫動(dòng)態(tài)測(cè)定方法研制的智能氧變送器，延長(zhǎng)了氧傳感器的使用壽命，同時(shí)還提高了煙道氣氧含量的測(cè)量精度，優(yōu)化了鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的性能。

　　隨著預(yù)測(cè)控制理論的發(fā)展和預(yù)測(cè)算法的改進(jìn)，測(cè)量精度還可進(jìn)一步提高，時(shí)間累積誤差還能減少，而這些工作均可在工控機(jī)上通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)。

　　此外，心氧傳感器的測(cè)量時(shí)間間隔與其使用壽命成正比關(guān)系，而時(shí)間間隔的增大將引起時(shí)間累積誤差的增加。

　　如何處理兩者的關(guān)系，在工控機(jī)上通過(guò)編程計(jì)算是比較好的選擇。

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　　鍋爐控制系統(tǒng)氧量變送器的設(shè)計(jì)儀表技術(shù)與傳感器，一作者簡(jiǎn)介袁有臣一男，山東省青島市人，青島化工學(xué)院自動(dòng)化系講師，主要從事傳感器和檢測(cè)技術(shù)專業(yè)的教學(xué)與研究。

　　企業(yè)之窗三