專利名稱：一種利用聲學(xué)測(cè)量爐膛煙氣溫度的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高溫?zé)煔鉁囟葴y(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用聲學(xué)測(cè)量爐膛煙 氣溫度的裝置。
技術(shù)背景在大型燃煤、燃油鍋爐中，例如火力發(fā)電廠鍋爐、煉鋼高爐、水泥回轉(zhuǎn)窯、 煉焦器等高溫設(shè)備，爐內(nèi)煙氣溫度的測(cè)量，直接關(guān)系到燃燒的穩(wěn)定與優(yōu)化，對(duì)于 設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。以住，由于爐內(nèi)高溫、多塵、腐蝕、湍流 等復(fù)雜惡劣環(huán)境限制，針對(duì)鍋爐煙氣溫度，大都采用基于熱平衡的熱力計(jì)算獲得。 這種通過計(jì)算的間接方法，需要采集爐膛尾部煙氣側(cè)和蒸汽側(cè)的大量溫度和壓力 信息，而且鍋爐本體龐大，計(jì)算結(jié)果滯后，無(wú)法實(shí)時(shí)反應(yīng)爐膛煙氣溫度信息。另 一種方法，使用抽氣式高溫?zé)煔馓结?，其?shí)質(zhì)是熱電偶測(cè)量原理。需要復(fù)雜的冷.卻裝置，而且只能用于鍋爐點(diǎn)火時(shí)，防止管道超溫做短時(shí)間測(cè)量，超過54(TC， 探針自動(dòng)退出，無(wú)法實(shí)現(xiàn)鍋爐運(yùn)行時(shí)的實(shí)時(shí)測(cè)量。對(duì)于紅外測(cè)溫這種便攜式測(cè)溫 設(shè)備，工程界普遍認(rèn)為其測(cè)量結(jié)果不穩(wěn)定，誤差太大，難以應(yīng)用于高溫?zé)煔鉁y(cè)量。 最近，有基于CCD圖像反演溫度的技術(shù)出現(xiàn)，但是由于存在攝像頭易于因爐內(nèi)飛 灰而結(jié)垢的問題，無(wú)法長(zhǎng)期準(zhǔn)確測(cè)量。因此，目前國(guó)內(nèi)尚未有一種能夠?qū)崿F(xiàn)爐膛 煙氣溫度長(zhǎng)期穩(wěn)定、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)的技術(shù)和裝置。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)國(guó)內(nèi)尚未有能夠?qū)崿F(xiàn)爐膛煙氣溫度長(zhǎng)期穩(wěn)定、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)在線監(jiān) 測(cè)設(shè)備的問題，提供了一種利用聲學(xué)測(cè)量爐膛煙氣溫度的裝置。其特征在于，在 爐膛9的兩側(cè)爐墻對(duì)稱位置分別安裝左聲波導(dǎo)管61和右聲波導(dǎo)管62;左聲波導(dǎo)管61的末端連接左電動(dòng)揚(yáng)聲器51，左聲波導(dǎo)管61的上端連接左增強(qiáng)型傳聲器 71;右聲波導(dǎo)管62的末端連接右電動(dòng)揚(yáng)聲器52，右聲波導(dǎo)管62的上端連接右增 強(qiáng)型傳聲器72;左電動(dòng)揚(yáng)聲器51和右電動(dòng)揚(yáng)聲器52均連接到功率放大器4，功 率放大器4與接線盒3的輸出端連接；左增強(qiáng)型傳聲器71和右增強(qiáng)型傳聲器72 均連接到信號(hào)調(diào)理器8，信號(hào)調(diào)理器8與接線盒3的輸入端連接；接線盒3通過 與雙通道數(shù)據(jù)采集卡2連接，雙通道數(shù)據(jù)采集卡2通過USB線連接到電腦1。所述左聲波導(dǎo)管61、左電動(dòng)揚(yáng)聲器51和左增強(qiáng)型傳聲器71之間，以及右聲 波導(dǎo)管62、右電動(dòng)揚(yáng)聲器52和右增強(qiáng)型傳聲器72之間均通過螺紋連接，形成一 體的聲波收發(fā)器，便于組裝、拆卸和更換。所述左聲波導(dǎo)管61和右聲波導(dǎo)管62采用錐形喇叭，聲阻在截止頻率附近變 化均勻，指向性強(qiáng)，便于聲波的直線傳播。所述左增強(qiáng)型傳聲器71和右增強(qiáng)型傳聲器72封裝在不銹鋼套管中，防止?fàn)t 膛9內(nèi)飛灰由于自身重力而產(chǎn)生沉積，影響傳聲效果。所述信號(hào)調(diào)理器8既具有對(duì)聲信號(hào)濾波和放大的功能，還具有向傳聲器供電 的功能。所述雙通道數(shù)據(jù)采集卡2具有兩路輸出和兩路輸入，分別對(duì)應(yīng)左電動(dòng)揚(yáng)聲器 51和右電動(dòng)揚(yáng)聲器52發(fā)生聲波，左增強(qiáng)型傳聲器71和右增強(qiáng)型傳聲器72接收 聲波，并能夠同時(shí)工作。所述電腦1采用筆記本電腦，用USB線與雙通道數(shù)據(jù)采集卡連接，形成一 套便攜式測(cè)量系統(tǒng)。本發(fā)明的有益效果為利用聲波在爐膛內(nèi)煙氣中的傳播速度測(cè)量煙氣溫度， 不受爐內(nèi)高溫、多塵、腐蝕、湍流等復(fù)雜惡劣環(huán)境限制，具有非插入式、準(zhǔn)確、 實(shí)時(shí)、便攜測(cè)量的特點(diǎn)，可以取代傳統(tǒng)的爐膛高溫探針，能夠及時(shí)判斷鍋爐的燃燒情況，并加以調(diào)節(jié)和控制。


圖1為本發(fā)明所述煙氣溫度測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中標(biāo)號(hào)l-電腦；2-數(shù)據(jù)采集卡；3-接線盒；4-功率放大器；51-左電動(dòng)揚(yáng)聲器； 52-右電動(dòng)揚(yáng)聲器；61-左聲波導(dǎo)管；62-右聲波導(dǎo)管；71-左增強(qiáng)型傳聲器； 72-右增強(qiáng)型傳聲器；8-信號(hào)調(diào)理器；9-爐膛。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供了一種利用聲學(xué)測(cè)量爐膛煙氣溫度的裝置，下面通過

和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。圖1為本發(fā)明所述煙氣溫度測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。在爐膛9的爐墻側(cè)壁中 部以上對(duì)稱位置分別安裝左聲波導(dǎo)管61和右聲波導(dǎo)管62，左聲波導(dǎo)管61和右聲 波導(dǎo)管62采用錐形喇叭，聲阻在截止頻率附近變化均勻，指向性強(qiáng)，便于聲波 的直線傳播；左聲波導(dǎo)管61的末端連接左電動(dòng)揚(yáng)聲器51，左增強(qiáng)型傳聲器71 安裝在左聲波導(dǎo)管61的上端，右聲波導(dǎo)管62的末端連接右電動(dòng)揚(yáng)聲器52，右增 強(qiáng)型傳聲器72安裝在右聲波導(dǎo)管62的上端；左增強(qiáng)型傳聲器71和右增強(qiáng)型傳 聲器72均封裝在不銹鋼套管中，可以有效防止?fàn)t膛9內(nèi)飛灰由于自身重力而產(chǎn) 生沉積，影響傳聲效果；左聲波導(dǎo)管61、左電動(dòng)揚(yáng)聲器51和左增強(qiáng)型傳聲器71 之間，以及右聲波導(dǎo)管62、右電動(dòng)揚(yáng)聲器52和右增強(qiáng)型傳聲器72之間均通過螺 紋連接，形成一體的聲波收發(fā)器，便于組裝、拆卸和更換；左電動(dòng)揚(yáng)聲器51和 右電動(dòng)揚(yáng)聲器52均連接到功率放大器4，功率放大器4與接線盒3的輸出端連接; 左增強(qiáng)型傳聲器71和右增強(qiáng)型傳聲器72均連接到信號(hào)調(diào)理器8，信號(hào)調(diào)理器8 與接線盒3的輸入端連接，信號(hào)調(diào)理器8既具有對(duì)聲信號(hào)濾波和放大的功能，還具有向傳聲器供電的功能；接線盒3通過與雙通道數(shù)據(jù)采集卡2連接，雙通道數(shù)據(jù)采集卡2具有兩路輸出和兩路輸入，分別對(duì)應(yīng)左電動(dòng)揚(yáng)聲器51和右電動(dòng)揚(yáng)聲器52發(fā)生聲波，左增強(qiáng)型傳聲器71和右增強(qiáng)型傳聲器72接收聲波，并能夠同時(shí)工作；雙通道數(shù)據(jù)采集卡2通過USB線連接到采用筆記本電腦的電腦1，形成一套便攜式測(cè)量系統(tǒng)。聲學(xué)測(cè)量煙氣溫度原理為根據(jù)熱力學(xué)原理和聲波波動(dòng)方程可以推到出聲波在介質(zhì)中的傳播速度與介質(zhì)的溫度存在以下關(guān)系<formula>formula see original document page 7</formula>其中，v表示聲波在氣體中的傳播速度，7表示氣體的絕熱指數(shù)，i 表示氣體的普適常數(shù)，m表示氣體的分子量，r表示氣體溫度。因此，當(dāng)知道了氣體的絕熱指數(shù)、普適常數(shù)和分子量，可以通過測(cè)量聲波的速度計(jì)算氣體溫度。所述裝置的工作時(shí)，左電動(dòng)揚(yáng)聲器51產(chǎn)生聲信號(hào)，通過左聲波導(dǎo)管61， 一 部分聲信號(hào)被同側(cè)的左增強(qiáng)型傳聲器71檢測(cè)到，另一部分聲信號(hào)通過爐腔9被 對(duì)側(cè)的右增強(qiáng)型傳聲器72檢測(cè)到；右電動(dòng)揚(yáng)聲器52產(chǎn)生聲信號(hào)，通過右聲波導(dǎo) 管62， 一部分聲信號(hào)被同側(cè)的右增強(qiáng)型傳聲器72檢測(cè)到，另一部分聲信號(hào)通過 爐腔9被對(duì)側(cè)的左增強(qiáng)型傳聲器71檢測(cè)到；左增強(qiáng)型傳聲器71和右增強(qiáng)型傳聲 器72將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并通過信號(hào)調(diào)理器8濾波和放大，經(jīng)過接線盒3 的輸入端被雙通道數(shù)據(jù)采集卡2得到;筆記本電腦1中的軟件將兩個(gè)通道的信號(hào) 進(jìn)行互相關(guān)分析，得出兩個(gè)傳聲器之間的聲波傳播時(shí)間，由于兩個(gè)傳聲器之間的 距離固定并已知，進(jìn)而計(jì)算出聲波在兩個(gè)傳聲器之間的傳播速度，進(jìn)而通過關(guān)系 式!^/仏i ,m,r)，得到爐膛的煙氣溫度，在筆記本電腦的軟件顯示窗口給出溫度值。
權(quán)利要求
1.一種利用聲學(xué)測(cè)量爐膛煙氣溫度的裝置，其特征在于，在爐膛(9)的兩側(cè)爐墻對(duì)稱位置分別安裝左聲波導(dǎo)管(61)和右聲波導(dǎo)管(62)；左聲波導(dǎo)管(61)的末端連接左電動(dòng)揚(yáng)聲器(51)，左聲波導(dǎo)管(61)的上端連接左增強(qiáng)型傳聲器(71)；右聲波導(dǎo)管(62)的末端連接右電動(dòng)揚(yáng)聲器(52)，右聲波導(dǎo)管(62)的上端連接右增強(qiáng)型傳聲器(72)；左電動(dòng)揚(yáng)聲器(51)和右電動(dòng)揚(yáng)聲器(52)均連接到功率放大器(4)，功率放大器(4)與接線盒(3)的輸出端連接；左增強(qiáng)型傳聲器(71)和右增強(qiáng)型傳聲器(72)均連接到信號(hào)調(diào)理器(8)，信號(hào)調(diào)理器(8)與接線盒(3)的輸入端連接；接線盒(3)通過與雙通道數(shù)據(jù)采集卡(2)連接，雙通道數(shù)據(jù)采集卡(2)通過USB線連接到電腦(1)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用聲學(xué)測(cè)量爐膛煙氣溫度的裝置，其特征 在于，所述左聲波導(dǎo)管(61)、左電動(dòng)揚(yáng)聲器(51)和左增強(qiáng)型傳聲器(71)之 間，以及右聲波導(dǎo)管(62)、右電動(dòng)揚(yáng)聲器(52)和右增強(qiáng)型傳聲器(72)之間 均通過螺紋連接，形成一體的聲波收發(fā)器，便于組裝、拆卸和更換。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用聲學(xué)測(cè)量爐膛煙氣溫度的裝置，其特征 在于，所述左聲波導(dǎo)管(61)和右聲波導(dǎo)管(62)采用錐形喇叭，聲阻在截止頻 率附近變化均勻，指向性強(qiáng)，便于聲波的直線傳播。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用聲學(xué)測(cè)量爐膛煙氣溫度的裝置，其特征 在于，所述左增強(qiáng)型傳聲器(71)和右增強(qiáng)型傳聲器(72)封裝在不銹鋼套管中， 防止?fàn)t膛(9)內(nèi)飛灰由于自身重力而產(chǎn)生沉積，影響傳聲效果。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用聲學(xué)測(cè)量爐膛煙氣溫度的裝置，其特征 在于，所述信號(hào)調(diào)理器(8)既具有對(duì)聲信號(hào)濾波和放大的功能，還具有向傳聲 器供電的功能。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用聲學(xué)測(cè)量爐膛煙氣溫度的裝置，其特征在于，所述雙通道數(shù)據(jù)采集卡(2)具有兩路輸出和兩路輸入，分別對(duì)應(yīng)左電動(dòng) 揚(yáng)聲器(51)和右電動(dòng)揚(yáng)聲器(52)發(fā)生聲波，左增強(qiáng)型傳聲器(71)和右增強(qiáng) 型傳聲器(72)接收聲波，并能夠同時(shí)工作。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用聲學(xué)測(cè)量爐膛煙氣溫度的裝置，其特征 在于，所述電腦(1)采用筆記本電腦，用USB線與雙通道數(shù)據(jù)采集卡連接，形 成一套便攜式測(cè)量系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明屬于高溫?zé)煔鉁囟葴y(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用聲學(xué)測(cè)量爐膛煙氣溫度的裝置。在鍋爐爐膛兩側(cè)爐墻對(duì)稱位置上各安裝一套由聲波導(dǎo)管、電動(dòng)揚(yáng)聲器和增強(qiáng)型傳聲器組成的聲波收發(fā)器；電動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲信號(hào)，同時(shí)被同側(cè)和對(duì)側(cè)的增強(qiáng)型傳聲器接收并將其轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，通過信號(hào)調(diào)理器后用電纜輸入雙通道數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再通過互相關(guān)分析得出聲波飛渡時(shí)間，最后經(jīng)計(jì)算機(jī)和軟件計(jì)算出煙氣溫度。所述裝置不受爐內(nèi)高溫、多塵、腐蝕、湍流等復(fù)雜惡劣環(huán)境限制，具有非插入式、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、便攜測(cè)量的特點(diǎn)，可以取代傳統(tǒng)的爐膛高溫探針，并能夠及時(shí)判斷鍋爐的燃燒情況，加以調(diào)節(jié)和控制。
文檔編號(hào)G01K11/00GK101403643SQ20081022617
公開日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2008年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月14日
發(fā)明者奚正穩(wěn), 安連鎖, 楊祥良, 沈國(guó)清 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)