[發明專利]一種氧化鋯氧量測量裝置及方法

無效

• 申請號: 201410053179.7
• 申請日: 2014-02-17
• 公開（公告）號: CN103808784A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 董澤;于金生;延寒
• 申請（專利權）人: 華北電力大學(保定)
• 主分類號: G01N27/409
• 分類號: G01N27/409
• 代理公司: 北京中海智圣知識產權代理有限公司 11282
• 代理人: 楊樹芬

技術領域

本發明涉及一種氧化鋯氧量測量裝置及方法；屬于自動控制技術領域。

技術背景

煙氣含氧量是衡量火力發電企業生產效率的重要指標之一。煙氣氧量過高說明進入爐膛的空氣過多，多余的空氣帶走了大量熱量，增加了排煙損失，降低了鍋爐效率；而煙氣氧量低則說明進入爐膛的空氣不足，燃料不能充分燃燒，嚴重時甚至有導致鍋爐滅火的危險。因此，準確測量煙氣含氧量具有重要的現實意義。

傳統方法以及傳統氧化鋯氧量儀表都是依據濃差電池原理測氧，即使氧化鋯工作在一個固定的工作溫度下，由參比氣體中氧氣分壓和濃差電池電動勢通過能斯特(Nernst)公式計算出氧化鋯另一側被測氣體中氧氣分壓，從而推導出被測氣體氧濃度。由于需要固定的工作溫度，就需要通過PID控溫算法對電加熱爐進行溫度控制，控制的溫度越準確，氧化鋯儀表所測被測氣體的氧濃度就越準確。但是由于電加熱爐長期處于高溫和腐蝕的環境下，電加熱爐的對象特性會發生變化，常規的PID控溫算法的控制品質也就會受到影響，進而影響了氧化鋯的測量精度。

發明內容

本發明提供一種氧化鋯氧量測量裝置及方法，以解決傳統氧化鋯氧量儀表的電加熱爐的對象特性由于環境因素發生變化而影響PID控溫算法的控制效果導致儀表測量被測氣體氧濃度不準確的問題。

本發明的氧化鋯氧量測量裝置包括依次連接的氧化鋯檢測器中的測溫傳感器、計算機、控溫電路及氧化鋯檢測器，所述計算機安裝有模糊控制程序模塊，所述的氧化鋯檢測器包括加熱元件和氧化鋯鋯管，其中所述測溫傳感器用于實時檢測氧化鋯檢測器的氧化鋯鋯管內取樣點工藝氣體處溫度，并根據預設的工作溫度計算出溫度變化值，將所述的氧化鋯鋯管內取樣點工藝氣體處溫度和所述的溫度變化值提供給所述的模糊控制程序模塊；所述模糊控制程序模塊，用于根據工藝氣體處溫度值和溫度的變化值確定其溫度等級和溫度變化值所屬的等級，再與預先存儲的控制規則表進行匹配得到控制量，將所述的控制量對應的控制信號提供給所述的控溫電路；所述的控溫電路用于接收所述的模糊控制程序模塊提供的控制信號，并根據所述控制信號自動控制氧化鋯檢測器內氧化鋯鋯管內溫度。所述氧化鋯鋯管內取樣點工藝氣體是指氧化鋯檢測器所測的待測氣體。

所述的氧化鋯檢測器中的測溫傳感器是一個K型的熱電偶，放置于氧化鋯檢測器頂部，用于實時檢測氧化鋯檢測器內部工作溫度。

所述的模糊控制程序模塊包括：

模糊集和論域確定模塊，用于將所述的工藝氣體處溫度值和溫度的變化值分別劃分等級得到所述溫度等級和溫度變化值所屬等級的論域，并確定所述工藝氣體處溫度所屬的溫度等級和所述溫度變化值所屬的等級的論域上的模糊集；

模糊化處理模塊，用于確定所述工藝氣體處溫度所屬的溫度等級和溫度的變化值所屬的等級的論域中的元素分別對于所述工藝氣體處溫度所屬的溫度等級和溫度的變化值所屬的等級的模糊集的隸屬度；

控制規則確定模塊，用于根據所述工藝氣體處溫度所屬的溫度等級和溫度的變化值所屬的等級建立控制規則庫，并根據建立的控制規則庫及所述工藝氣體處溫度所屬的溫度等級和溫度的變化值所屬等級的論域中的元素對于所述工藝氣體處溫度所屬的溫度等級和溫度的變化值所屬的等級的模糊集的隸屬度獲得所述規則控制表。

所述控制規則庫中的控制規則包括：若所述工藝氣體處溫度的溫度變化值所屬的等級大于一個閥值，所述的工藝氣體處溫度所屬的溫度等級為第一等級以上，則將所述控制量設定為第一預設值。

本發明的一種氧化鋯氧量測量方法先是通過模糊控制的方法，確保氧化鋯檢測器工作在一個穩定的工作溫度范圍內，然后由氧化鋯檢測器輸出氧電勢和待測氣體的溫度值，再利用能斯特（Nernst）公式的變換公式計算出氧化鋯檢測器所要檢測的氣體氧氣濃度，由于本發明采用了模糊控制所以不受被控對象的模型特性所影響，可以有效且便捷的實現人的控制策略和經驗；具體步驟如下：

利用氧化鋯檢測器中的測溫傳感器測量氧化鋯鋯管內取樣點工藝氣體處溫度，并根據預設的工作溫度計算出溫度變化值，將所述的氧化鋯鋯管內取樣點工藝氣體處溫度和所述的溫度變化值提供給所述的模糊控制程序模塊；

利用所述模糊控制程序模塊根據所述溫度檢測器提供的氧化鋯鋯管內取樣點工藝氣體處溫度確定所述溫度所屬的溫度等級，再與預先存儲的控制規則表進行匹配得到控制量，將所述的控制量對應的控制信號提供給控溫電路；

利用所述的控溫電路接收所述的模糊控制程序模塊提供的控制信號，并根據所述控制信號自動控制氧化鋯檢測器內氧化鋯鋯管內的溫度；