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2 儀器結構與測溫原理
2·1 測量原理
如圖1所示,反射鏡與探測器對稱地置于待測表面法線的兩側。當反射鏡不起作用時,探測器接收到的輻射能P1為
式中:D為光瞳口徑,f′為光學接收系統的焦距,τ0為大氣的傳播系數,A為探測器的靈敏元面積,η為調制盤的調制系數,ελ為溫度為T的待測目標在波長λ處的發射率,Lλ為溫度為T的黑體在波長λ處的輻射出射度,τλ為光學系統對波長為λ的光的總透過率。
當反射鏡起作用時,反射鏡將紅外輻射反射回待測區域的單色輻射能為
并結合式(1)或式(2),即可求出待測表面的溫度。式(6)中,h為Planck常數,k為Boltzmann常數,c為光速。
2·2 儀器結構
該儀器主要由光學接收系統、號放大與處理系統及顯示系統三部分組成。工作時,接收鏡頭接收到的光號(P1、P2),經窄帶干涉濾光片濾光后,再經由PIN硅光電二極管構成的光電轉換系統轉換成電號。該號經前置放大、選頻放大、脈寬壓縮、模-數轉換后送入8031單片機系統進行數據處理,計算出待測表面的發射率及溫度。
電路中所需的各種觸發與同步號,均由同步光電系統產生:透過調制盤上鑲嵌的同步濾光片的光號,先經光電轉換系統轉變成電號,再經整形放大后送入8031單片機,適當延時后分別去觸發、同步各個需要觸發和同步的號。
調制盤的結構簡圖見圖2。其中1、2、4號窗口貼的是波長為0·80μm的窄帶干涉濾光片(帶寬20nm)。3號窗口貼的是波長為1·00μm的濾光片,帶寬約0·1μm(無嚴格要求)。5、6號窗口貼的是波長為1·00μm的濾光片(帶寬也無嚴格要求)。調制盤的轉速為1 200 r/min。
調制盤的具體調制情況如下:(1)當待測表面的光輻射透過3號窗口到達反射鏡、并由反射鏡反射后再次穿過3號濾光片回到待測區域時,1號窗口正對探測器。對于這種情況,反射鏡不起作用。這是因為透過3號濾光片后又回到待測區域的光的中心波長為1·00μm,帶寬約0·1μm。而1號窗口只能通過中心波長為0·80μm、帶寬僅20 nm的光,因此探測器接收到的僅是“直射”能(P1);此時,由5號窗口透過的光輻射形成觸發、同步號;(2)當待測表面的光輻射透過4號窗口到達反射鏡、并由反射鏡反射后再次穿過4號窗口回到待測區域時,2號窗口正對探測器。對于這種情況,反射鏡起作用。探測器接收到的是“直射”能與“反射”能之和(P2);此時,由6號窗口透過的光輻射形成觸發、同步號;(3)當待測表面的光輻射透過1號窗口到達反射鏡時,3號窗口正對探測器。情況與(1)類似,不同的只是探測器接收到的是波長為1·00μm的光輻射。后續電路雖對該號進行放大處理,但因模-數轉換電路沒有觸發號和同步號,因此不對其進行模-數轉換;(4)當待測表面的光輻射透過2號窗口到達反射鏡時,4號窗口正對探測器。情況與(3)類似,不同的只是探測器接收到的是波長為0·80μm的光輻射。后續電路雖對該號進行放大處理,但同樣因模-數轉換電路沒有觸發號和同步號,故不對其進行模-數轉換。
適宜在還原性或中性介質中使用，其熱電勢比較大，靈敏度高，線性度非常好，價格便宜，缺點是測溫上限不高。
在進行熱電偶的選型時，除要注意上述熱電偶的使用環境、測量范圍、測量精度、靈敏度和響應速度之外，還要注意熱電偶保護套管的結構、材料、耐壓強度及保護套管的插入深度等。對于精度要求較高，響應速度和靈敏度要求較高的工藝測量點，必須選用較貴重的S型熱電偶;對于溫度較高，響應速度和靈敏度要求不很高的工藝測量點，選用B型熱電偶：一般的工藝參數測量，我們選用經濟實用的K型或E型熱電偶。例如：我公司窯尾煙室和分解爐的溫度測量，我們多選用S型或K型熱電偶。因為這兩處為動態溫度場，其溫度隨噴煤量的變化而變化，要準確、快速地檢測此兩處的溫度，則熱電偶必須有較高的靈敏度和熱響應速度。我公司窯頭和三次風管(入窯尾煙室處)的溫度測量多選用B型熱電偶;而一、二、三級預熱器出口處的溫度測量多選用K型熱電偶;旋風分離器出口、烘干破碎機出口、窯尾電除塵器出入口的溫度測量多選用E型熱電偶。
2. 熱電偶的冷端溫度補償
在生產實際中，由于熱電偶的工作端(測量端)與冷端(參比端)離得很近，而且冷端又暴露在工作環境之中，因而容易受到周圍工作環境溫度波動的影響，所以冷端溫度難以保持恒定，造成測量不準。實際應用是用專用補償導線，將熱電偶的冷端延伸至溫度較低和比較穩定的地方。
在使用補償導線時，要注意兩個問題。其一，補償導線的型號要與熱電偶的型號相配。其二，熱電偶與補償導線連接端所處的溫度不超過100℃，否則補償導線所產生的金屬導體的溫差電勢不能忽略。
3. 熱電偶的安裝
(1)熱電偶的安裝應盡可能保持垂直，以防止保護套管在高溫下產生變形，但在有流速的情況下，則必須迎著被測介質的流向插入，以保證測溫元件與流體的充分接觸。
(2)熱電偶應安裝在有保護層的管道內，以防止熱量散失。
(3)熱電偶安裝在負壓管道中時，必須保證測量處的密封性，以防止外界冷空氣進入，使讀數偏低。
(4)熱電偶的接線盒面蓋應向上，入線口應向下，以避免雨水或灰塵進入接線盒，影響測量精度。
介紹了一種實用化實時測溫系統。該系統采用了PIN硅光電二極管作光接收器件,由光學接收系統、號放大與處理系統及顯示系統三部分組成。從系統的相對測溫靈敏度及探測器的溫度分辨率與波長間的關系出發,結合大氣對紅外輻射的透射特性,確定了系統的工作波長;從系統的抗反射輻射能力出發,并結合探測器的小可探測光功率要求,確定了系統的波長帶寬。從輻射能P1、P2的測量不確定度出發,討論了待測目標的發射率及溫度的測量精度。結果表明,當λ=0·80μm、Δλ=20 nm時,在測溫范圍600~2 500℃內,系統的測溫不確定度
1 引 言
輻射測溫法分為主動式輻射測溫法和被動式輻射測溫法兩類[1,2]。在主動式輻射測溫法中,由于使用了激光源或紅外源作為輔助測量光源[3~5],因而都能實時測出待測目標的溫度,且都具有較高的精度。被動式輻射測溫法又可分為單波長、雙波長及多波長輻射測溫法三種[6,7]。由于目前的單波長或雙波長輻射測溫法不能測出待測目標的發射率,因而往往都有較大的測溫誤差。本文所述的測溫儀器采用了PIN硅光電二極管作光電轉換器件。由于使用了反射鏡與之配合,因而可以“被動地”同時實現發射率及溫度的測量,且具有較高的測量精度。
我們要考慮的是壓力變送器所測量的介質,一般的壓力變送器的接觸介質部分的材質采用的是316不銹鋼,如果你的介質對316不銹鋼沒有腐蝕性,那么基本上所有的壓力變送器都適合你對介質壓力的測量.
如果你的介質對316不銹鋼有腐蝕性,那么我們就要采用化學密封,這樣不但起到可以測量介質的壓力,也可以有效的阻止介質與壓力變送器的接液部分的接觸,從而起到保護壓力變送器,延長了壓力變送器的壽面.
第二,精度等級
每一種電子式的測量計都會有精度誤差的,但是由于各個所標的精度等級是不一樣的,比如,中國和美國等標的精度是傳感器在線性度好的部分,也就是我們通常所說的測量范圍的10%到90%之間的精度;而歐洲標的精度則是線性度不好的部分,也就是我們通常所說的測量反的0到10%以及90%到之間的精度.如歐洲標的精度為1%,則在中國標的精度就為0.5%.
第三,量程范圍
一般傳感器測量的大范圍為傳感器的滿量程70%是好的,也就是現在要測量70bar的壓力,我們選壓力變送器的量程應該選100bar.
第四,輸出號
目前由于各種采集的需要,現在市場上壓力變送器的輸出號有很多種,主要4...20mA,0...20mA,0...10V,0...5V等等,但是比較常用的是4...20mA和0...10V兩種,在我上面舉的這些輸出號中,只有4...20mA為兩線制(我們所說的輸出為幾線制不包含接地或屏蔽線),其他的均為三線制.
第五,介質溫度
由于壓力變送器的號是通過電子線路部分轉換的,所以一般情況下,壓力變送器的測量介質溫度為-30到+100度,如果溫度過高,我們一般采用的是冷凝彎來冷卻介質,這樣相對讓廠家特地為你生產一個耐高溫的壓力變送器的成本會降低很多.
第六,測量介質
一般我們測量的是相對比較清潔的流體,我們就直接采用標準的壓力變送器就可以了,如果你所測量的介質是易結晶的或粘稠的,我們一般采用的是外置膜片的或和化學密封共同使用,這樣會有效的阻止介質堵住壓力測量孔.
第七,其他
我們確定上面的五個參數之后還要確認你的壓力變送器的過程連接接口以及壓力變送器的供電電壓;如果在特殊的場合下使用還要考慮防爆以及防護等級
對于不同的測量系統或不同的工藝要求，我們可以根據其系統或工藝的測量范圍、測量狀態和介質情況選用不同類型的熱電偶
1. 水泥企業常用熱電偶的選擇
對于不同的測量系統或不同的工藝要求，我們可以根據其系統或工藝的測量范圍、測量狀態和介質情況選用不同類型的熱電偶，工業熱工(如新型干法生產線的窯)常用的熱電偶見表1。
(1)WRR熱電偶
其熱電特性在高溫下為穩定，適宜于在氧化性和中性介質中使用，但其產生的熱電勢小，因而靈敏度低，響應速度慢，而且價格昂貴。由于WRR在低溫時熱電勢極小，因此當熱電偶冷端溫度在40℃以下時，一般不需要進行冷端溫度補償。
(2)WRP熱電偶
適宜于在氧化性或中性介質中使用，耐高溫，不易氧化和腐蝕，有較好的化學穩定性和較高的測量精度，可用于精密溫度測量和作基準熱電偶(校準用熱電偶)。
(3)WRN熱電偶
適宜于在氧化性和中性介質中使用。500℃以下低溫范圍內，也可在還原性介質中進行測量。其突出優點是熱電勢大，靈敏度高，響應速度快，線性度好，測溫范圍較寬，造價低，因而在工礦企業應用廣泛。
(4)WRE熱電偶
受加工、裝配工藝的影響，電動閥門普遍存在手動關嚴后電動打不開的現象，如通過上下限位開關的動作位置把電動閥門的行程調整小一些，則出現電動閥門關不嚴或者閥門開不展的不理想狀態;把電動閥門的行程調整大一些，則引起過力矩開關保護動作;如果將過力矩開關的動作值調整的大一些，則出現撞壞減速傳動機構或者撞壞閥門，甚至將電機燒毀的事故。為了解決這一問題，通常，電動門調試時手動將電動閥門搖到底，再往開方向搖一圈，定電動門的下限位開關位置，然后將電動閥門開到全開位置定上限開關位置，這樣電動閥門就不會出現手動關嚴后電動打不開的現象，才能使電動門開、關操作自如，但無形中就引起了電動門內漏。即使電動閥門調整的比較理想，由于限位開關的動作位置是相對固定的，閥門控制的介質在運行中對閥門的不斷沖刷、磨損，也會造成閥門關閉不嚴而引起的內漏現象。
2.4選型錯誤造成閥門的空化腐蝕引起電動閥門的內漏
空化與壓差有關，當閥門的實際壓差△P大于產生空化的臨界壓差△Pc、并在出口壓力P2≥Pv時，就產生空化，空化過程中氣泡破裂時釋放出巨大的能量，對閥座、閥芯等節流元件產生巨大的破壞作用，一般的閥門在空化條件下多運行三個月甚至更短時間，即閥門遭受到嚴重的空化腐蝕，致使閥座泄漏量高可達額定流量的30%以上，這是無法彌補的，因此，不同用途的電動門都有不同的具體技術要求，要按照系統工藝流程來合理選擇電動閥門至關重要。
2.5介質的沖刷、電動閥門老化引起的內漏
電動閥門調整好后經過一定時間的運行，由于閥門的氣蝕和介質的沖刷、閥芯與閥座產生磨損、內部部件老化等原因，則會出現電動閥門行程偏大、電動閥門關不嚴的現象，造成電動閥門泄漏量變大，隨著時間的推移，電動閥門內漏現象會越來越嚴重。
3 應有高科技解決電動閥門關不嚴、內漏問題
目前，隨著電力工業的高速發展，200MW、300MW、600MW、100MW等大容量、高參數機組相繼投入運行，在電網中發揮了主力機組的作用。在廠網分開，獨立經營的情況下，減少非計劃停機次數，提高機組等效可用系數，節能降耗，減人增效，改善機組運行環境，提高經濟效益，確保主、輔設備在佳狀態下運行，是各個發電公司所追求的目標。
在火力發電廠中電動閥門設備隨小，但與機組的、穩定、經濟運行密切相關，電動閥門的長期內漏不僅造成大量能源的浪費，而且直接影響機組的經濟效益，如用于汽機本體電動閥門疏水時，由于電動閥門的內漏可能造成凝汽器真空降低，當凝汽器真空低于設計要求時，將直接影響機組的經濟性和性，據計算，300 MW機組真空每下降1kPa，煤耗率增大2g/kWh, 出力下降2.2MW以上，因此，研究更加行之有效的可靠方法，來、推遲、解決新建機組和改造以投產機組原有電動閥門的內漏問題，是發電廠用戶和電動閥門生產廠家都非常關注的課題。
針對電動閥門關不嚴、內漏的難題，我們與辛集市申科自動化儀表有限公司合作，共同開發電動閥門控制裝置，在構思和設計時充分體現了超前意識，充分考慮到安裝、改造、調試、維護等管理的實施，秉承裝置簡單實用，標準化程度高、模塊化、模擬力矩、互換性好，安裝、調試方便，免維護的設計思想，成功的研制了ZWD-05B智能定位器控制裝置，通過電廠試驗，徹底解決了電動閥門關不嚴、內漏的難題。該控制裝置具有如下特點：
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