[發明專利]氧化鋯氧傳感器在天然氣燃燒中的使用及流量計算方法

在審

• 申請號: 201911052512.1
• 申請日: 2019-10-31
• 公開（公告）號: CN111023088A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 李文;杜樂;李群山;姚洪;曹朋賢
• 申請（專利權）人: 山東奇威特太陽能科技有限公司
• 主分類號: F23D14/02
• 分類號: F23D14/02;F23D14/62;F23D14/46;F23D14/82;G01F15/07;G05B19/05
• 代理公司: 德州市天科專利商標事務所 37210
• 代理人: 蓋志軍

本發明公開了一種氧化鋯氧傳感器在天然氣燃燒中的使用及流量計算方法，包括以下步驟：1)PLC控制器給出點火啟動信號，風機根據預定轉速工作；2)比例調節閥打開，天然氣和空氣完成充分混合；3)充分混合之后的混合氣體進入燃燒器，在點火器加熱作用下點燃，進行燃燒過程；4)連接有信號放大器和濾波器的氧化鋯氧傳感器、風壓傳感器實時將信號傳輸到PLC控制器；5)PLC控制器根據尾氣中的含氧量對比例調節閥以及風機進行調整，直至尾氣中的含氧量達到預設值。本發明可保證燃氣與空氣完全混合均勻燃燒充分，并且可大大提高氧化鋯氧傳感器在信號傳輸過程中的有效性和可靠性，更精確的檢測排放，做到節能環保提高燃燒效率。

技術領域

本發明涉及燃燒技術領域，具體是一種氧化鋯氧傳感器在天然氣燃燒中的使用及流量計算方法。

背景技術

隨著科學技術的發展，氧傳感器的發展和應用得到發展，氧氣的分析測定廣泛應用于實驗室、生物學、醫學、汽車、化工、能源等許多領域，可以實現對汽車、內燃機尾氣以及各種工業煙氣等含氧量的實時監測。檢測氧含量在工業生產和環境保護等領域具有十分重要的意義，而氧化鋯氧傳感器因其獨特的反應機理能夠測量高粉塵、高溫和混合氣體的氧含量，氧傳感器年產量已經占全部氣體傳感器的四成，居首位，僅汽車行業每年用量就達到數千萬只。

因氧化鋯氧傳感器的輸出特性，在天然氣燃燒系統中的使用并不普遍，尤其是在壁掛爐、冷凝鍋爐、熱氣熱泵等大部分采用開環或者半閉環燃燒，對煙氣的排放不能實現實時監測和控制，長時間運行很可能導致排放不達標，造成能源浪費和環境污染。

結合燃氣熱泵機組當前燃燒系統的現狀與氧化鋯氧傳感的特性，現將氧化鋯氧傳感器應用于燃氣熱泵機組，對煙氣進行實時監測和控制，完成燃燒系統的煙氣排放的全閉環控制，提高機組排放性能，節能環保。

燃燒傳感器尾氣檢測方法一般是利用氧傳感器對尾氣進行檢測，氧化鋯氧傳感器可適用于600℃以上的環境中，然而氧化鋯氧傳感器傳統的應用方式是利用氧化鋯傳感器突變點信號傳給ECU，在燃油控制的理論空燃比：A/F＝14.7:1，λ＝1。當混合氣體變濃時，即尾氣中的含氧量低時氧傳感器輸出電壓接近1V；當混合氣體變稀時，即尾氣中含氧量高氧傳感器輸出信號接近0V，ECU根據信號的突變判斷排放狀態從而調節燃料閥的開度，從而實現對煙氣排放的實時監控。在天然氣燃燒系統中，為了保證排放達標和高燃燒效率，經過大量的實驗測試數據控制的空燃比為21.57:1，λ＝1.25，對于氧化鋯氧傳感器來說一直處于過稀狀態，輸出電壓信號一直低于0.45V；可見，氧化鋯氧傳感器在天然氣燃燒系統中的使用和在燃油中的使用存在很大的差別，主要表現為控制過量空氣的目標值不同；在天然氣燃燒系統中氧化鋯氧傳感器的輸出信號微弱，其在傳輸信號時的有效性和可靠性也大大降低。

發明內容

本發明目的是提供一種氧化鋯氧傳感器在天然氣燃燒中的使用及流量計算方法，可以保證燃氣與空氣完全混合均勻燃燒充分，并且可大大提高氧化鋯氧傳感器在信號傳輸過程中的有效性和可靠性，進而形成閉環控制系統，更精確的檢測排放，確保排放達標，做到節能環保提高燃燒效率。

氧化鋯氧傳感器在天然氣燃燒中的使用方法主要是利用傳感器輸出電壓，將傳感器輸出電壓信號傳送給PLC，PLC根據氧傳感器信號判斷天然氣燃燒尾氣中氧含量，根據過濃過稀狀態調節燃氣閥開度，從而實現天然氣尾氣排放的閉環控制。

因為在該燃燒系統中氧傳感器的輸出信號微弱，因此需要對氧傳感器輸出信號進行處理，以保證信號的有效性和可靠性。信號處理主要包括信號抗干擾處理和信號放大。抗干擾處理主要是采用濾波電容，防止外部交流信號干擾，同時放大器具有共模抑制作用，可以有效的防止外部干擾源造成信號失真，保證信號的可靠性和穩定性。采用放大器對信號進行放大，便于PLC對信號的采集和處理，方便控制功能的實現。

本發明的具體的技術方案是：

氧化鋯氧傳感器在天然氣燃燒中的使用方法，包括以下步驟：