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

　　關鍵詞氧濃度變送器預測控制動態(tài)測定法中圖分類號花文獻標識碼文章編號一卜一塊側(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年代發(fā)展起來的一種新型測氧儀表。

　　它具有結(jié)構(gòu)簡單維護方便反應速度快和測量范圍廣等優(yōu)點，適應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)，實現(xiàn)低氧燃燒控制，從而達到節(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熱電偶電熱絲和保護管等組成，其中氧濃差電池輸出的電動勢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，在氧變送器中還應有溫度控制系統(tǒng)。

　　事實上，只有當時晶體才有足夠的活性使之成為氧離子導體，亦即有效。

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

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

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

　　燃燒控制系統(tǒng)鍋爐燃燒過程自動控制的基本任務是使燃料燃燒所提供的熱量適應鍋爐蒸汽負荷的需要，同時還要保證鍋爐安全經(jīng)濟地運行。

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

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

　　魚九鬃二式中為氧濃差電勢（為理想氣體常數(shù)為法拉第常數(shù)（為遷移一個氧分子輸送的電子數(shù)（對于氧為參比氣體氧分壓為被測氣體氧分壓為熱力學溫度刃管溫以空氣作為參比氣體，則為空氣中氧分壓值，只要測得氧濃差電勢即可求得被測氣體氧日期一傳感器技術第燃料調(diào)節(jié)器送風調(diào)節(jié)器引風調(diào)節(jié)器圖鍋爐燃燒控制系統(tǒng)框圖由圖可見，空氣過剩系數(shù)亦即煙道氣比較佳其中氧含量月的測量有著重要意義。

　　兩者的關系為月。

　　下開一面一月。

　　式中月。

　　為標準空氣中氧的體積分數(shù)。

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

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

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

　　氧傳感器中的測溫熱電偶輸出反映溫度變化的電壓信號，該電壓信號經(jīng)放大整理及習轉(zhuǎn)換后送人氧濃差電勢經(jīng)放大和州轉(zhuǎn)換也送人由駐留在加中的相關模塊按式（8）計算出與空氣過剩系數(shù)變化量對應的數(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，還可經(jīng)串行口將數(shù)字信號直接傳送至上位計算機，刃傳感器測量與控制電路系統(tǒng)框圖如圖所示。

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

　　在實際測量中，在比較佳煙道氣氧含量條件下，系統(tǒng)允許相應的空氣過剩系數(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，對式進行線性化處理，可求得便于用線性電路實現(xiàn)的結(jié)果一剎阮信號處理電路單片機控溫電路至工控機圖測控系統(tǒng)框圖儀祀耐注娜第期袁有臣智能氧化錯氧變送器在鍋爐燃燒控制中的應用1單片機系統(tǒng)的另一個重要任務是實現(xiàn)對心氧傳感器的溫度控制功能。

　　為了延長式傳感器的使用壽命，應盡可能減少傳感器在高溫條件下的使用時間。

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

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

　　控制邏輯控制計算機的控制軟件由開發(fā)。

　　與本設計有關的模塊的功能是為單片機提供控制信號和接收從單片機傳送來的信號在兩次測量的時間間隔內(nèi)，根據(jù)鍋爐的運行狀態(tài)參數(shù)計算出反應空氣過剩系數(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，采用預測控制算法由即時參量如燃料量送風量引風量鍋爐蒸汽壓和爐膛負壓等能夠較為準確的計算出下一個時刻空氣過剩系數(shù)。

　　或比較佳氧含量尸但是，無論采用何種算法，時間累積誤差不可避免。

　　實踐證明，采用定時動態(tài)校正是消除時間累積誤差的有效方法。

　　實測結(jié)果表明，內(nèi)，時間累積誤差一般控制在以內(nèi)。

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

　　采用動態(tài)測定法的目的主要是為了延長探頭的使用壽命。

　　結(jié)束語運用預測控制理論和循環(huán)升溫動態(tài)測定方法研制的智能氧變送器，延長了氧傳感器的使用壽命，同時還提高了煙道氣氧含量的測量精度，優(yōu)化了鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的性能。

　　隨著預測控制理論的發(fā)展和預測算法的改進，測量精度還可進一步提高，時間累積誤差還能減少，而這些工作均可在工控機上通過編程實現(xiàn)。

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

　　如何處理兩者的關系，在工控機上通過編程計算是比較好的選擇。

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　　預測控制在現(xiàn)代過程工業(yè)中的應用與發(fā)展測控技術，一袁有臣。

　　鍋爐控制系統(tǒng)氧量變送器的設計儀表技術與傳感器，一作者簡介袁有臣一男，山東省青島市人，青島化工學院自動化系講師，主要從事傳感器和檢測技術專業(yè)的教學與研究。

　　企業(yè)之窗三