一種電站鍋爐燃燒風(fēng)粉測量裝置的設(shè)計(jì)研究
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根據(jù)動(dòng)壓測速原理[3]，一次風(fēng)速按如下公式計(jì)算：
V=K√△P
上式中，V為風(fēng)速值，單位為m/s；△P為測速管動(dòng)壓(差壓)值，單位為Pa；K為測速系數(shù)，與測速管標(biāo)定系數(shù)和熱風(fēng)密度有關(guān)。
需要指出的是，為了防止受到煤粉的沖刷作用，測速管應(yīng)安裝在一次風(fēng)管的風(fēng)粉混合段之前較為合適。
一旦煤粉濃度和風(fēng)速數(shù)據(jù)測出后，風(fēng)量和粉量的計(jì)算就十分方便。它們的計(jì)算方法詳見如下敘述。
風(fēng)量按下式計(jì)算:M=AVρ
其中，M為風(fēng)量，單位為kg/s； A為測點(diǎn)處截面積，單位為m2；ρ為熱風(fēng)密度，單位為kg/m3, 與溫度有關(guān)。
而粉量則按下式計(jì)算:B=μM
其中，B為粉量，單位為kg/s。
2.3 顯示器輸出形式
本裝置根據(jù)測點(diǎn)數(shù)自動(dòng)安排屏幕顯示位置。測點(diǎn)數(shù)量最多為20個(gè)，最少為4個(gè)，可滿足各種大小鍋爐的需要，即從只有一層風(fēng)管的小型鍋爐，到有5層風(fēng)管的特大型鍋爐都可使用。每四個(gè)測點(diǎn)分別對應(yīng)一層風(fēng)管中的四根風(fēng)管，而每一根風(fēng)管都同一個(gè)燃燒器相連，四個(gè)分別安裝在鍋爐的四個(gè)角上，形成四角噴燃式燃燒。
在顯示器的屏幕上，其上半部分為數(shù)據(jù)顯示，下半部分為直方圖顯示。在直方圖中所顯示的是每個(gè)測點(diǎn)的濃度值和風(fēng)速值所對應(yīng)的高度，其中左邊為濃度值，右邊為風(fēng)速值。下面以兩層風(fēng)管8個(gè)燃燒器為例說明其顯示形式，如圖3所示。LCD最多可顯示20行，每行可顯示80個(gè)字符。該LCD選用日本日立公司生產(chǎn)的大屏幕顯示器，型號為LM-648，點(diǎn)陣數(shù)為640×200點(diǎn)。
在圖3中，小方框"□"代表該測點(diǎn)相應(yīng)的數(shù)字值。其中，溫度的顯示格式為"XXX"；濃度的格式為"X.XX"；風(fēng)速，風(fēng)量和粉量的顯示格式均為"XX.X"。小數(shù)點(diǎn)并不單獨(dú)占一個(gè)位置，而是與個(gè)位數(shù)一起共占一個(gè)顯示位置，這一點(diǎn)是通過對顯示字符庫和字模庫重新定義后實(shí)現(xiàn)的。
本裝置對外有80路模擬信號輸入通道，它們構(gòu)成了電路設(shè)計(jì)的主要部分。這80個(gè)通道中，用于輸入溫度信號的有60個(gè)，輸入風(fēng)速信號的有20個(gè)。而60個(gè)溫度信號分別是風(fēng)溫20個(gè)，粉溫20個(gè)，混溫20個(gè)。溫度信號是由熱電偶產(chǎn)生的，它是一種只有幾十毫伏的微弱信號，需要采用精密測量放大器，才能將信號放大到所要求的數(shù)值。由于通道很多，需要采用多片模擬開關(guān)疊加起來，共同組成多路采樣開關(guān)。下面對這部分電路的設(shè)計(jì)予以敘述，其余電路因篇幅所限不再驁述。
放大器采用美國B-B公式生產(chǎn)的INA102型精密測量放大器。它的性能十分優(yōu)良，其放大倍數(shù)可達(dá)1000倍，靈敏度在幾十微伏以下，非常適合于弱信號的放大。其電路設(shè)計(jì)如圖4所示。該電路采用共模信號輸入形式，這有利于克服線路中的共模干擾信號。
在圖4中，當(dāng)RG為47Ω時(shí)，該電路的放大倍數(shù)為460倍。當(dāng)輸入信號為10mV時(shí)，輸出信號為4.6V。RG分別與INA102的4和6、7腳相連，Vin的正端和負(fù)端分別與15和14腳相連，-15V一路經(jīng)一個(gè)100K的電阻分別與1和16腳相連，另一路則接入9腳，+15V與12腳相連，10腳接地，11腳為電壓輸出正端。
3.2 多路開關(guān)設(shè)計(jì)
80個(gè)輸入通道分別布置在三塊通道板上，其中60個(gè)溫度通道占用兩塊板，而20個(gè)風(fēng)速通道占用一塊板。兩塊溫度通道板內(nèi)部電路完全一樣，可以互換使用。風(fēng)速通道板的放大電路部分與溫度通道板不一樣。溫度信號的放大電路如前面3.1節(jié)所述。而風(fēng)速信號是經(jīng)由變送器送出的4～20mA的電流信號，其放大電路要簡單的多。盡管這兩種通道板有不同的地方，但它們在多路開關(guān)的結(jié)構(gòu)上卻完全一樣，只需討論一種電路板的設(shè)計(jì)即可，其電路設(shè)計(jì)如圖5所示。
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