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專利名稱：測(cè)量鍋爐飛灰含碳量的傳感器及其用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及二種測(cè)量鍋爐飛灰含碳量的傳感器及其用途，屬于微波測(cè)量傳感技術(shù)領(lǐng)域。
火力發(fā)電廠燃煤鍋爐燃燒效率高低的一個(gè)重要標(biāo)志是飛灰的含碳量，含碳量低說(shuō)明燃燒效率高。目前火力發(fā)電廠普遍應(yīng)用的是采樣燒灼法，即從采集的鍋爐飛灰樣品中取出1克放在高溫爐中焙燒2小時(shí)，燒掉其中的碳，由稱重法測(cè)出樣品的含碳量。該法的缺點(diǎn)是取樣代表性差，時(shí)間長(zhǎng)，不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線測(cè)量。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)有些發(fā)電廠開始采用WCT-2型微波測(cè)碳儀，它的傳感器部分是由一對(duì)傳輸喇叭和位于它們中間的一個(gè)石英管組成的。石英管用來(lái)采集鍋爐飛灰樣品。鍋爐飛灰樣品的含碳量越多，微波信號(hào)在兩個(gè)傳輸喇叭之間的傳輸損耗就越大，據(jù)此可測(cè)定鍋爐飛灰樣品的含碳量。在實(shí)際應(yīng)用中，該測(cè)量裝置存在著測(cè)量靈敏度不高，石英管堵灰?guī)?lái)維護(hù)困難，不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線測(cè)量等缺點(diǎn)。
本發(fā)明的目的在于提供一種克服了背景技術(shù)具有的缺點(diǎn)的，由帶加載窗的微波諧振腔構(gòu)成的測(cè)量鍋爐飛灰含碳量的傳感器。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種由含活塞的帶加載窗的微波諧振腔構(gòu)成的測(cè)量鍋爐飛灰含碳量的傳感器。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種上述傳感器的用途，用上述傳感器對(duì)鍋爐飛灰含碳量進(jìn)行靜態(tài)測(cè)量。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種在作上述靜態(tài)測(cè)量時(shí)需用到的樣品盒。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供另一種上述傳感器的用途，用上述傳感器對(duì)鍋爐飛灰含碳量進(jìn)行實(shí)時(shí)在線測(cè)量。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一條在作上述靜態(tài)或?qū)崟r(shí)在線測(cè)量時(shí)需用到的諧振指示器讀數(shù)-鍋爐飛灰含碳量關(guān)系曲線。


圖1是本發(fā)明涉及的傳感器(原型)的剖視圖，其中(1)是腔體，(3)是加載窗，(4)是隔離片，(5)是微波輸入口，(6)是微波輸出口。
圖2是本發(fā)明涉及的傳感器的一種變型，含活塞的傳感器的剖況圖，其中(2)是活塞。
圖3是本發(fā)明涉及的傳感器的附件，樣品盒的剖視圖，其中(7)是盒壁，(8)是貯灰腔，(9)是盒底。
圖4是用本發(fā)明涉及的傳感器作鍋爐飛灰樣品含碳量的靜態(tài)測(cè)量的示意圖，其中(10)是鍋爐飛灰樣品，(11)是微波信號(hào)源，(12)是信號(hào)隔離器，(13)是電平衰減器，(14)是檢波器，(15)是直流放大器，(16)是諧振指示器。
圖5是用本發(fā)明涉及的傳感器作鍋爐飛灰含碳量的實(shí)時(shí)在線測(cè)量的示意圖，其中(17)是下灰管道，(18)是采樣孔。
圖6是諧振指示器讀數(shù)-鍋爐飛灰含碳量關(guān)系曲線。
本發(fā)明涉及的傳感器主要是由腔體(1)，加載窗(3)，隔離片(4)，微波輸入口(5)，微波輸出口(6)組成。腔體(1)是一個(gè)由銅或鋁等金屬材料制成的，圓柱形的，諧振頻率在X波段(8500-10,000MHZ)的，內(nèi)徑和高度分別為25-28mm和45-50mm的微波諧振腔。腔體(1)的側(cè)壁開有微波輸入口(5)，其對(duì)面?zhèn)缺陂_有微波輸出口(6)。微波輸入口(5)和微波輸出口(8)的直徑均為4-6mm。腔體(1)的頂壁開有加載窗(3)，頂壁厚度和加載窗(3)的直徑分別為0.5-1.5mm和5-10mm。隔離片(4)是厚度為0.1-1.0mm的，由耐250℃高溫的高頻介質(zhì)如高頻陶瓷之類材料制成的，蓋住加載窗(3)的圓形薄片。
樣品盒是本發(fā)明涉及的傳感器的附件，由盒壁(7)，貯灰腔(8)，盒底(9)組成。盒壁(7)是一段由銅或鋁等金屬材料制成的，高度和內(nèi)徑分別為40-50mm和10-12mm的，其上畢段加工成上寬下窄的漏斗狀的圓形管子。貯灰腔(8)是盒壁(7)包圍的空間。盒底(9)是厚度為0.05-0.2mm的高頻介質(zhì)如滌綸之類材料制成的薄片，并粘附于盒壁(7)下端，封住開口。
本發(fā)明涉及的傳感器的一種用途是用該傳感器來(lái)靜態(tài)測(cè)量鍋爐飛灰樣品的含碳量。為此，傳感器應(yīng)垂直(頂面朝上)放置，通過微波輸入口(5)和微波輸出口(6)與微波測(cè)量電路連接微波信號(hào)源(11)，信號(hào)隔離器(12)和電平衰減器(13)通過微波波導(dǎo)管(未標(biāo)出)與微波輸入口(5)連接，檢波器(14)，直流放大器(15)和諧振指示器(16)通過微波波導(dǎo)管(未標(biāo)出)與微波輸出口(6)連接。微波信號(hào)源(11)是頻率在X波段內(nèi)可調(diào)的微波信號(hào)發(fā)生器。諧振指示器(16)是線性直流電壓表或電流表，標(biāo)度均勻標(biāo)成100格。一只空樣品盒放在傳感器的頂面上，樣品盒與傳感器的中心軸線彼此重合。隔離片(4)可去除不用，由盒底(9)代替。
測(cè)量操作步驟第一步調(diào)諧。反復(fù)輪流調(diào)節(jié)微波信號(hào)源(11)發(fā)出信號(hào)的頻率和電平衰減器(13)的衰減率，直至傳感器與該信號(hào)發(fā)生諧振時(shí)，諧振指示器(16)的讀數(shù)正好為滿度(100格)。
第二步加樣品。把鍋爐飛灰樣品(10)裝滿樣品盒的貯灰腔(8)，傳感器內(nèi)的微波信號(hào)通過加載窗(3)和盒底(9)與樣品盒內(nèi)的鍋爐飛灰樣品(10)發(fā)生耦合，鍋爐飛灰樣品(10)吸收傳感器內(nèi)的微波信號(hào)的能量，成為傳感器的負(fù)載，導(dǎo)致微波輸出口(6)輸出的微波信號(hào)幅度減小，檢波器(14)的輸出信號(hào)，直流放大器(15)的輸出信號(hào)和諧振指示器(16)的讀數(shù)隨之減小。鍋爐飛灰樣品(10)吸收的能量越多，諧振指示器(16)的讀數(shù)越小；反之亦然。鍋爐飛灰樣品(10)的含碳量與諧振指示器(16)的讀數(shù)不成線性關(guān)系，但可以用含碳量已知的鍋爐飛灰樣品(10)進(jìn)行標(biāo)定。一經(jīng)標(biāo)定，只要知道諧振指示器(16)的讀數(shù)，就能確定鍋爐飛灰樣品(10)的含碳量。
第三步讀取諧振指示器(16)的讀數(shù)。
第四步根據(jù)讀得的諧振指示器(16)的讀數(shù)，從諧振指示器(16)讀數(shù)-鍋爐飛灰含碳量關(guān)系曲線(圖6)上查出鍋爐飛灰樣品(10)的含碳量。
諧振指示器(16)讀數(shù)-鍋爐飛灰含碳量關(guān)系曲線是這樣繪制成的。用上述的靜態(tài)測(cè)量方法對(duì)N種含碳量已知的鍋爐飛灰樣品(10)分別進(jìn)行N次測(cè)量，記下每次諧振指示器(16)的讀數(shù)。利用上文提及的燒灼法測(cè)出上述N種鍋爐飛灰樣品(10)的含碳量，接著把所得的數(shù)據(jù)列成諧振指示器(16)讀數(shù)-鍋爐飛灰含碳量對(duì)照表。利用表中所列的數(shù)據(jù)，在方格紙上繪制諧振指示表(16)讀數(shù)-鍋爐飛灰含碳量的關(guān)系曲線，其中橫座標(biāo)表示諧振指示器(16)讀數(shù)(單位格)，縱座標(biāo)表示鍋爐飛灰含碳量(單位％)。含碳量已知的鍋爐飛灰樣品(10)的個(gè)數(shù)可多可少，因個(gè)數(shù)越多，繪出的曲線越精確，所以個(gè)數(shù)不宜少于9個(gè)，以確保曲線的精確度。利用靜態(tài)測(cè)量法測(cè)得的9種已知含碳量的鍋爐飛灰樣品的諧振指示器(16)讀數(shù)，排列成諧振指示器(16)讀數(shù)-鍋爐飛灰含碳量對(duì)照表如下所示，繪成的關(guān)系曲線如圖6所示。
本發(fā)明涉及的傳感器的另一種用途是用該傳感器來(lái)對(duì)鍋爐飛灰樣品含碳量進(jìn)行實(shí)時(shí)在線測(cè)量。為此，需在鍋爐煙囪的下灰管道(17)的側(cè)壁開直徑為40-60mm的采樣孔(18)，在蓋有隔離片(4)的加載窗(3)與采樣孔(18)對(duì)準(zhǔn)的情況下，把傳感器緊貼并固定在下灰管道(17)的側(cè)壁上。微波輸入口(5)和微波輸出口(8)與微波測(cè)量電路的連接，與靜態(tài)測(cè)量時(shí)完全相同。
測(cè)量操作步驟也包括四步，其中第三，四步與靜態(tài)測(cè)量時(shí)的相應(yīng)步驟完全相同，只有第一，二步需略加說(shuō)明。
第一步調(diào)諧。調(diào)諧時(shí)應(yīng)排空下灰管道(17)里的鍋爐飛灰，其他操作步驟與靜態(tài)測(cè)量時(shí)的第一步完全相同。
第二步加樣品。樣品就是從隔離片(4)上流過的鍋爐飛灰，所以它對(duì)傳感器的影響與靜態(tài)測(cè)量時(shí)放在樣品盒內(nèi)的鍋爐飛灰樣品(10)對(duì)傳感器的影響完全相同，適用于靜態(tài)測(cè)量的諧振指示器(16)讀數(shù)-鍋爐飛灰含碳量的關(guān)系曲線，也適用于實(shí)時(shí)在線測(cè)量。
本發(fā)明還涉及含活塞的傳感器，該傳感器是上述傳感器(原型)的變型。與原型相比，其腔體(1)無(wú)底壁，微波諧振腔為40-60mm，腔內(nèi)裝有由銅或鋁等金屬材料制成的，直徑稍小于微波諧振腔直徑的，能貼著微波諧振腔的腔壁移動(dòng)的活塞(2)。該傳感器的其他結(jié)構(gòu)與原型的完全相同。
含活塞的傳感器可用來(lái)靜態(tài)或?qū)崟r(shí)在線測(cè)量鍋爐飛灰樣品的含碳量，測(cè)量時(shí)，與它聯(lián)用的微波測(cè)量電路和樣品盒，它的放置與安裝，它與微波測(cè)量電路的連接方式以及測(cè)量操作步驟(第一步除外)，均與用原型進(jìn)行相同測(cè)量時(shí)完全相同。在測(cè)量操作步驟的第一步時(shí)，微波信號(hào)源(11)發(fā)出一個(gè)頻率不變的信號(hào)，傳感器調(diào)諧改由反復(fù)輪流調(diào)節(jié)活塞(2)在微波諧振腔內(nèi)的位置和電平衰減器(13)的衰減率來(lái)實(shí)現(xiàn)。
與
背景技術(shù)：
相比，本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果1.靈敏度高。本發(fā)明涉及的傳感器用于鍋爐飛灰的含碳量的測(cè)量時(shí)，處于諧振狀態(tài)下，鍋爐飛灰樣品的含碳量略有變化，傳感器的諧振狀態(tài)便會(huì)受到明顯的影響，并以諧振指示器(16)的讀數(shù)明顯變化的形式把這種影響反映出來(lái)。
2.維護(hù)保養(yǎng)容易。鍋爐飛灰樣品(10)與傳感器腔體(1)的微波諧振腔之間有隔離片(3)或盒底(9)分隔，微波通道與鍋爐飛灰通道互不交叉，杜絕了鍋爐飛灰樣品(10)進(jìn)入傳感器腔體(1)而污染微波諧振腔，防止了堵灰現(xiàn)象的發(fā)生，使傳感器的維護(hù)保養(yǎng)變得容易。
3.用本發(fā)明涉及的傳感器可以實(shí)現(xiàn)鍋爐飛灰含碳量的實(shí)時(shí)在線測(cè)量，這是背景技術(shù)完成不了的測(cè)量項(xiàng)目。
本發(fā)明特別適用于用來(lái)監(jiān)視火力發(fā)電廠鍋爐燃燒情況，有助于使燃燒更充分，更完全，提高燃燒效率，節(jié)省燃料耗量，消滅煙囪”黑龍”，和減少環(huán)境污染。本發(fā)明還可以進(jìn)一步與微機(jī)技術(shù)結(jié)合，組成鍋爐燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒控制自動(dòng)化。所以本發(fā)明是火力發(fā)電領(lǐng)域中一項(xiàng)重要的，有發(fā)展前途的節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量鍋爐飛灰含碳量的傳感器，主要由腔體(1)，加載窗(3)，隔離片(4)，微波輸入口(5)，微波輸出口(6)組成，其特征在于腔體(1)是一個(gè)由銅或鋁等金屬材料制成的，圓柱形的，諧振頻率在X波段(8500-10000MHz)范圍內(nèi)的微波諧振腔，內(nèi)徑和高度分別為25-28mm和45-50mm，腔體(1)的側(cè)壁開有微波輸入口(5)，其對(duì)面開有微波輸出口(6)，微波輸入口(5)和微波輸出口(6)的直徑均為4-6mm。腔體(1)的頂壁開有加載窗(3)，頂壁厚度和加載窗(3)的直徑分別為0.5-1.5mm和5-10mm，隔離片(4)是一片厚度為0.1-1.0mm的，由耐250℃高溫的高頻介質(zhì)如高頻陶瓷之類材料制成的，蓋住加載窗(3)的圓形薄片。
2.一種權(quán)利要求1所述的測(cè)量鍋爐飛灰含碳量的傳感器(原型)的變型，其特征在于它的腔體(1)無(wú)底壁，微波諧振腔高度為40-60mm，腔內(nèi)裝有由銅或鋁等金屬材料制成的，直徑稍小于微波諧振腔直徑的，能貼著微波諧振腔的腔壁移動(dòng)的活塞(2)，它的其他結(jié)構(gòu)與原型完全相同。
3.一種權(quán)利要求1或2所述的測(cè)量鍋爐飛灰含碳量的傳感器的附件，是一只由盒壁(7)，貯灰腔(8)，盒底(9)組成的樣品盒，其特征在于盒壁(7)是一段由銅或鋁等金屬材料制成的圓形管子，高度和內(nèi)徑分別為40-50mm和10-12mm，上半段加工成漏斗狀，貯灰腔(8)是盒壁(7)包圍的空間，盒底(9)是厚度為0.05-0.2mm的，由高頻介質(zhì)如滌綸之類高分子材料制成的，粘附于盒壁(7)下端的，封住開口的薄片。
4.權(quán)利要求1或2所述的測(cè)量鍋爐飛灰含碳量的傳感器的一種用途，為此，該傳感器與樣品盒和微波測(cè)量電路聯(lián)用，用來(lái)靜態(tài)測(cè)量鍋爐飛灰樣品(10)的含碳量，其特征在于傳感器應(yīng)垂直(頂壁朝上)放置，該傳感器的頂面上放有一只空樣品盒，該傳感器的中心軸線與樣品盒的中心軸線彼此重合，該傳感器通過微波輸入口(5)和微波輸出口(6)與微波測(cè)量電路連接微波信號(hào)源(11)，信號(hào)隔離器(12)和電平衰減器(13)通過微波波導(dǎo)管與微波輸入口(5)連接，檢波器(14)，直流放大器(15)和諧振指示器(16)通過微波波導(dǎo)管與微波輸出口(6)連接，微波信號(hào)源(11)的頻率在x波段內(nèi)可調(diào)，諧振指示器(16)是一只線性直流電壓表或電流表，標(biāo)度均勻標(biāo)成100格，隔離片(4)可去除不用，由盒底(9)代替，測(cè)量操作步驟第一步如傳感器為原型，反復(fù)輪流調(diào)節(jié)微波信號(hào)源(11)發(fā)出信號(hào)的頻率和電平衰減器(13)的衰減率，直至傳感器與該頻率的信號(hào)發(fā)生諧振時(shí)，諧振指示器(16)的讀數(shù)正好為滿度(100格)，如傳感器為變型，微波信號(hào)源(11)發(fā)出一個(gè)頻率不變的信號(hào)，反復(fù)輪流調(diào)節(jié)活塞(2)在微波諧振腔內(nèi)的位置和電平衰減器(13)的衰減率，直至傳感器與該信號(hào)發(fā)生諧振時(shí)，諧振指示表(16)的讀數(shù)正好為滿度(100格)；第二步把鍋爐飛灰樣品(10)倒?jié)M樣品盒的貯灰腔(8)，諧振指示器(16)的讀數(shù)減小；第三步讀取諧振指示器(16)的讀數(shù)；第四步根據(jù)讀得的諧振指示器(16)的讀數(shù)，從諧振指示器(16)讀數(shù)一鍋爐飛灰含碳量關(guān)系曲線上查出鍋爐飛灰樣品(10)的含碳量。
5.權(quán)利要求1或2所述的測(cè)量鍋爐飛灰含碳量的傳感器的另一個(gè)用途，為此，該傳感器與鍋爐煙囪的下灰管道(17)和微波測(cè)量電路聯(lián)用，用來(lái)實(shí)時(shí)在線測(cè)量鍋爐飛灰樣品(10)的含碳量，其特征在于鍋爐煙囪的下灰管道(17)的側(cè)壁上開一個(gè)直徑為40-60mm采樣孔(18)，在蓋有隔離片(4)的加載窗(3)與采樣孔(18)對(duì)準(zhǔn)的情況下，把傳感器緊貼并固定在下灰管道(17)的側(cè)壁上，微波輸入孔(5)和微波輸出口(6)與微波測(cè)量電路的連接，與靜態(tài)測(cè)量時(shí)完全相同，測(cè)量操作步驟第一步調(diào)諧時(shí)應(yīng)排空下灰管道(17)里的鍋爐飛灰，其他操作步驟與靜態(tài)測(cè)量時(shí)的第一步完全相同；第二步鍋爐飛灰從隔離片(4)上流過，諧振指示器(16)的讀數(shù)減小；第三步，第四步與靜態(tài)測(cè)量時(shí)的相應(yīng)步驟完全相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的測(cè)量鍋爐飛灰含碳量的傳感器的用途，其特征在于諧振指示器(16)讀數(shù)-鍋爐飛灰含碳量的關(guān)系曲線根據(jù)下列諧振指示器(16)讀數(shù)-鍋爐飛灰含碳量對(duì)照表
提供的數(shù)據(jù)繪出的，關(guān)系曲線的橫座標(biāo)表示諧振指示器(16)讀數(shù)(單位格)，縱座標(biāo)表示鍋爐飛灰含碳量(單位％)。
全文摘要
本發(fā)明涉及二種分別由帶加載窗和帶加載窗含活塞微波諧振腔組成的傳感器及其用途，屬微波傳感和測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，該傳感器與微波測(cè)量電路聯(lián)用，能靜態(tài)或?qū)崟r(shí)在線測(cè)量鍋爐飛灰的含碳量，該傳感器還具有測(cè)量靈敏度高，不受鍋爐飛灰的污染，不會(huì)堵灰，維護(hù)容易的優(yōu)點(diǎn)，特別適合用來(lái)監(jiān)視火力發(fā)電廠鍋爐燃燒情況，是一項(xiàng)有發(fā)展前途的節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品。
文檔編號(hào)G01N22/00GK1114415SQ9411217
公開日1996年1月3日 申請(qǐng)日期1994年5月21日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月21日
發(fā)明者儲(chǔ)雪子 申請(qǐng)人:華東師范大學(xué)