[發(fā)明專利]改進(jìn)冷卻裝置的火焰檢測器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011456163.2
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112594733B
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊煜;鄭植;溫新葉;吳明光
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: F23M11/04
• 分類號: F23M11/04
• 代理公司: 杭州宇信知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 33231
• 代理人: 張宇娟

1.一種改進(jìn)冷卻裝置的火焰檢測器，其特征在于火焰檢測器由火檢探頭(10)、信號外理和通信模塊(20)、電纜組件(30)，配置LoRa無線模塊的熱式氣體質(zhì)量流量計(40)組成，火檢探頭(10)包括光學(xué)鏡頭組(11)、光導(dǎo)纖維(12)、光敏元件(13)、內(nèi)導(dǎo)管(14)、外導(dǎo)管(15)、自清潔出風(fēng)環(huán)(18)；內(nèi)導(dǎo)管(14)與外導(dǎo)管(15)同心，光導(dǎo)纖維(12)位于內(nèi)導(dǎo)管(14)的圓心軸線，內(nèi)導(dǎo)管(14)內(nèi)嵌于外導(dǎo)管(15)，外導(dǎo)管(15)的外側(cè)噴涂 鋁膜(16)，外導(dǎo)管(15)上布置微孔(17)，從火檢探頭(10)的前端至爐墻外壁、微孔(17)分布的密集程度為密→疏→疏→密，光學(xué)鏡頭組(11)和自清潔出風(fēng)環(huán)(18)位于火檢探頭(10)的前端；自清潔出風(fēng)環(huán)(18)的出風(fēng)口采用文丘里風(fēng)道結(jié)構(gòu)，文丘里喉道擴(kuò)散段與鏡片平行，高速低壓冷卻風(fēng)從鏡頭前面四周出風(fēng)，出風(fēng)導(dǎo)向鏡片中心；

光學(xué)鏡頭組(11)經(jīng)光導(dǎo)纖維(12)接入光敏元件(13)，光敏元件(13)與信號外理和通信模塊(20)相連，信號外理和通信模塊(20)經(jīng)電纜組件(30)與DCS相連；光學(xué)鏡頭組(11)聚焦目標(biāo)火焰發(fā)出的光，聚焦后的光信號通過光導(dǎo)纖維(12)傳輸至光敏元件(13)，光敏元件(13)的電氣參數(shù)與目標(biāo)火焰的光相關(guān)，信號外理和通信模塊(20)采集光敏元件(13)的電氣參數(shù)值，獲取目標(biāo)火焰光的特征值，經(jīng)電纜有線信道上傳至DCS；配置LoRa無線模塊的熱式氣體質(zhì)量流量計(40)安裝在冷卻風(fēng)入口處，與信號外理和通信模塊(20)相連，檢測冷卻風(fēng)的流量和溫度，從信號外理和通信模塊(20)讀取目標(biāo)火焰光的特征值，經(jīng)LoRa無線信道上傳至DCS，DCS上增設(shè)LoRa無線模塊；

冷卻風(fēng)從火焰檢測器的冷卻風(fēng)入口輸入，冷卻風(fēng)分成二路：一路經(jīng)內(nèi)導(dǎo)管(14)至自清潔出風(fēng)環(huán)(18)；另一路冷卻風(fēng)的20～40％經(jīng)微孔(17)、在外導(dǎo)管外表面上形成氣膜冷卻、最后排出至爐膛，該路剩余的80～60％冷卻風(fēng)則經(jīng)外導(dǎo)管(15)至自清潔出風(fēng)環(huán)(18)；自清潔出風(fēng)環(huán)(18)匯集內(nèi)導(dǎo)管(14)流入的冷卻風(fēng)，以及外導(dǎo)管(15)流入的剩余冷卻風(fēng)，二股冷卻風(fēng)匯集后的出風(fēng)導(dǎo)向鏡片中心冷卻鏡片，最后排出至爐膛；

其中，所述配置LoRa無線模塊的熱式氣體質(zhì)量流量計(40)包括溫度傳感器恒流源模塊(100)、溫度傳感器模塊(200)、溫度傳感器信號調(diào)理模塊(300)、速度傳感器PWM驅(qū)動模塊(400)、速度傳感器模塊(500)、速度傳感器信號調(diào)理模塊(600)、信號處理和主控模塊(700)、環(huán)形均流板(800)、LoRa無線通信模塊(900)，信號處理和主控模塊(700)以STM32F103芯片為核心，LoRa無線通信模塊(900)的型號為E32-TTL-100；在溫度傳感器恒流源模塊(100)的作用下，溫度傳感器模塊(200)的補(bǔ)償電阻R_L、精密電阻Rb輸出電壓V_L和Vb_L，電壓V_L和Vb_L經(jīng)溫度傳感器信號調(diào)理模塊(300)輸出至信號處理和主控模塊(700)；在速度傳感器PWM驅(qū)動模塊(400)的驅(qū)動下，速度傳感器模塊(500)的速度電阻R_H、精密電阻Ra輸出電壓V_H和Va_H，電壓V_H和Va_H經(jīng)速度傳感器信號調(diào)理模塊(600)輸出至信號處理和主控模塊(700)；信號處理和主控模塊(700)的STM32F103腳10、11、12、13、14分別與E32-TTL-100腳1、2、3、4、5相連，E32-TTL-100的腳6、7分別接VCC、地；信號處理和主控模塊(700)的STM32F103腳21、22接入信號外理和通信模塊(20)的USART端口；

信號處理和主控模塊(700)根據(jù)電壓V_L，V_H、Va_H，推算補(bǔ)償電阻R_L阻值、速度電阻R_H阻值、溫度傳感器的溫度T_L、速度傳感器的溫度T_H，并根據(jù)T_HL＝T_H－T_L0≈T_H－T_L的恒溫差要求，基于Fuzzy-PI雙模無擾切換控制算法生成PWM控制信號，調(diào)節(jié)速度傳感器PWM驅(qū)動模塊(400)的輸出，T_L0為被測氣體的溫度；根據(jù)公式(1)求質(zhì)量流量q_m；

熱式氣體質(zhì)量流量計的理論模型如下式所示：

式中，q_m為質(zhì)量流量；I_H為速度傳感器的加熱電流，R_H為速度傳感器的電阻，T_H為速度傳感器的溫度；T_L0為被測氣體的溫度，T_L為流量計溫度傳感器測得的被測氣體溫度(式中未出現(xiàn))，工程中用T_L近似T_L0；A、B為經(jīng)驗常數(shù)；

被測氣體的管道上設(shè)置環(huán)形均流板(800)，被測氣體經(jīng)過環(huán)形均流板(800)整流，使氣流在管道軸截面上的各點(diǎn)速度分布均勻，流量計測量桿位于環(huán)形均流板(800)之后；流量計測量桿上設(shè)置兩個矩形測量通孔，兩孔相距L≈1/3D，D為管道直徑；補(bǔ)償電阻R_L位于測量桿底部的測量孔，速度電阻R_H位于測量桿中部的測量孔，被測氣體流經(jīng)測量孔；兩個矩形測量通孔用隔熱的聚四氟乙烯隔離，阻斷補(bǔ)償電阻R_L和速度電阻R_H的熱傳導(dǎo)；所述的溫度傳感器模塊(200)的電路包括串聯(lián)的精密電阻Rb和補(bǔ)償電阻R_L；精密電阻Rb的另一端與端子Point_IS、Point_Vb_L1相連，輸出電壓Vb_L，溫度傳感器恒流源模塊(100)的輸出與端子Point_IS相連；補(bǔ)償電阻R_L的另一端接地，精密電阻Rb和補(bǔ)償電阻R_L的串聯(lián)點(diǎn)與端子Point_V_L1相連，輸出電壓V_L；速度傳感器模塊(500)的電路包括串聯(lián)的精密電阻Ra和速度電阻R_H；精密電阻Ra的另一端與端子Point_PWM2、Point_Va_H1相連，輸出電壓Va_H，速度傳感器PWM驅(qū)動模塊(400)的輸出與端子Point_PWM2相連；速度電阻R_H的另一端接地，精密電阻Ra和速度電阻R_H的串聯(lián)點(diǎn)與端子Point_V_H1相連，輸出電壓V_H；補(bǔ)償電阻R_L和速度電阻R_H為同阻值Pt20鉑電阻，精密電阻Rb和Ra選同型號同阻值的電阻；恒溫差T_HL＝T_H－T_L0設(shè)定100℃。

2.一種使用如權(quán)利要求1所述改進(jìn)冷卻裝置的火焰檢測器運(yùn)維方法，其特征在于火焰檢測器運(yùn)維方法流程包括火焰檢測器的離線流程、火焰檢測器的在線流程；

變量說明如下：

溫度temperature，t

流量flow rate，f

上限upper limit，UL

下限lower limit，LL

溫度上限T_UL

流量下限F_LL；

改進(jìn)冷卻裝置的火焰檢測器的離線流程：

①給定,冷卻風(fēng)溫度上限T_UL＝150℃，冷卻風(fēng)流量下限F_LL＝0.5m³/S

②給定,冷卻風(fēng)合格溫度～流量冷量表，其中Ti為整數(shù)，1≤i≤N，1≤N

溫度℃	T1＝-10	……	TN＝150
3/S]]>	≥0.5	≥……	≥1.5

改進(jìn)冷卻裝置的火焰檢測器的在線流程：

①檢測冷卻風(fēng)的溫度t

如果t＞T_UL，冷卻風(fēng)超溫報警，轉(zhuǎn)④

②檢測冷卻風(fēng)的流量f

如果f＜F_LL，冷卻風(fēng)超低流量報警，轉(zhuǎn)④

INT(t+0.5)執(zhí)行冷卻風(fēng)溫度t，四舍五入取整；

查冷卻風(fēng)合格的溫度～流量冷量表，Ti所對應(yīng)的Fi

如果f＜Fi，冷卻風(fēng)低流量報警，轉(zhuǎn)④

③讀取，火焰檢測器信號外理和通信模塊(20)的火焰特征值+t+f

④通過LoRa無線通信模塊(900)上傳DCS

⑤返回①。