年第卷第期传感器技术（l扮引切叱智能氧化错氧变送器在锅炉燃烧控制中的应用袁有臣（青岛化工学院自动化系，山东青岛摘要运用预测控制理论和动态温度测定方法研制的智能氧化错（几）氧变送器，使用寿命延长了许多倍，同时还提高了烟道气氧含量的测量精度，优化了锅炉燃烧控制系统的性能。

　　关键词氧浓度变送器预测控制动态测定法中图分类号花文献标识码文章编号一卜一块侧川旧朗二山比h I琪罗，朗ao加扮如司t代刁已卿飞刘城汕曰。

　　从曰出刀前言之氧变送器是世纪年代发展起来的一种新型测氧仪表。

　　它具有结构简单维护方便反应速度快和测量范围广等优点，适应于化工电力轻工冶金等部门分析各种工业锅炉及窑炉中烟道气的氧含量。

　　氧变送器与调节器等自控装置配合后可构成闭环控制系统，实现低氧燃烧控制，从而达到节能减少环境污染等多种效果。

　　代）传感器工作原理探头由氧浓差电池热电偶电热丝和保护管等组成，其中氧浓差电池输出的电动势由公式给出分压在一定的情况下，为了使只取决于还须使管的温度保持恒定。

　　因此，在氧变送器中还应有温度控制系统。

　　事实上，只有当时晶体才有足够的活性使之成为氧离子导体，亦即有效。

　　在较低温度下，由于氧离子在晶体中不能有效扩散而无法产生氧浓差电势，此时式提高温度可有效的增加输出，即提高灵敏度，然而温度过高也可导致多孔铂电极失效而引起测量误差。

　　设计中所选温度为一7可调，既可保证测量灵敏度和精度，又兼顾了测量装置的可靠性。

　　温度的具体取值可根据现场的情况加以选择，有较大的灵活性。

　　燃烧控制系统锅炉燃烧过程自动控制的基本任务是使燃料燃烧所提供的热量适应锅炉蒸汽负荷的需要，同时还要保证锅炉安全经济地运行。

　　燃烧控制系统中的调节变量为燃料量送风量和引风量用以控制锅炉蒸汽压空气过剩系数或比较佳氧含量月和炉膛负压等三个被调量川。

　　如图所示，三个调节器分别控制三个调节变量，三个调节变量的变化均能引起空气过剩系数的改变，据此可构成三个相互关联的控制系统。

　　鱼九鬃二式中为氧浓差电势（为理想气体常数为法拉第常数（为迁移一个氧分子输送的电子数（对于氧为参比气体氧分压为被测气体氧分压为热力学温度刃管温以空气作为参比气体，则为空气中氧分压值，只要测得氧浓差电势即可求得被测气体氧日期一传感器技术第燃料调节器送风调节器引风调节器图锅炉燃烧控制系统框图由图可见，空气过剩系数亦即烟道气比较佳其中氧含量月的测量有着重要意义。

　　两者的关系为月。

　　下开一面一月。

　　式中月。

　　为标准空气中氧的体积分数。

　　一管探头测得锅炉烟道气中氧含量月，由式可求得空气过剩系数由变送器输出反映变化的信号对各调节器产生作用，分别控制三个调节变量，使锅炉燃烧系统达到比较佳状态。

　　由道尔顿分压定律可得式中为传感器温度系统的设定温度比较佳氧含量对应的空气过剩系数。

　　为与于一F一塑汀塑而由式求得空气过剩系数围绕设定值变化的表达式织一1夕鱼月将式式）代人式得业午毕丛掀卫信号处理电路信号电路是以片机为主构成的单片机信号处理系统。

　　氧传感器中的测温热电偶输出反映温度变化的电压信号，该电压信号经放大整理及习转换后送人氧浓差电势经放大和州转换也送人由驻留在加中的相关模块按式（8）计算出与空气过剩系数变化量对应的数字量，该数字量经转换及调整放大输出控制信号，还可经串行口将数字信号直接传送至上位计算机，刃传感器测量与控制电路系统框图如图所示。

　　a一一n，人丁一尺一对于专用于锅炉燃烧控制系统的氧传感器，通过式（可直接感受空气过剩系数信号。

　　在实际测量中，在比较佳烟道气氧含量条件下，系统允许相应的空气过剩系数变化的范围很小。

　　此外，传感器采用温度控制系统之后，Z式飞探头的温度只能在很小的范围内改变。

　　在口和较小的情况下，对式进行线性化处理，可求得便于用线性电路实现的结果一刹阮信号处理电路单片机控温电路至工控机图测控系统框图仪祀耐注娜第期袁有臣智能氧化错氧变送器在锅炉燃烧控制中的应用1单片机系统的另一个重要任务是实现对心氧传感器的温度控制功能。

　　为了延长式传感器的使用寿命，应尽可能减少传感器在高温条件下的使用时间。

　　选定的测量温度为由31控制升温至即停止加热，并进行恒温控制，在内调用测量模块连续进行十次测量，取平均值后，结果就是反映空气过剩系数变化的数字量。

　　此后，飞氧传感器自然降温至环境温度约两次测量之间的时间间隔是决定传感器使用寿命的重要因素，一般应在之间，这个时间由上位机确定。

　　控制逻辑控制计算机的控制软件由开发。

　　与本设计有关的模块的功能是为单片机提供控制信号和接收从单片机传送来的信号在两次测量的时间间隔内，根据锅炉的运行状态参数计算出反应空气过剩系数变化的控制参量，使得在氧传感器不提供参数的情况下，系统仍能正常工作。

　　锅炉燃烧控制系统属缓慢变化系统，各参量相互制约，采用预测控制算法由即时参量如燃料量送风量引风量锅炉蒸汽压和炉膛负压等能够较为准确的计算出下一个时刻空气过剩系数。

　　或比较佳氧含量尸但是，无论采用何种算法，时间累积误差不可避免。

　　实践证明，采用定时动态校正是消除时间累积误差的有效方法。

　　实测结果表明，内，时间累积误差一般控制在以内。

　　单片机控制系统的控制逻辑的主要功能是接收控制计算机的指令和向上位机传送数据启动升温逻辑并按温升曲线使心氧传感器探头温度升至规定温度读取测量数据并计算结果。

　　采用动态测定法的目的主要是为了延长探头的使用寿命。

　　结束语运用预测控制理论和循环升温动态测定方法研制的智能氧变送器，延长了氧传感器的使用寿命，同时还提高了烟道气氧含量的测量精度，优化了锅炉燃烧控制系统的性能。

　　随着预测控制理论的发展和预测算法的改进，测量精度还可进一步提高，时间累积误差还能减少，而这些工作均可在工控机上通过编程实现。

　　此外，心氧传感器的测量时间间隔与其使用寿命成正比关系，而时间间隔的增大将引起时间累积误差的增加。

　　如何处理两者的关系，在工控机上通过编程计算是比较好的选择。

　　参考文献仁l]盛炳乾，李军。

　　工业过程测量与控制北京中国轻工业出版社，一张玉铎，王满稼。

　　热工自动控制系统北京水利电力出版社，一仁郑之开，邵惠鹤。

　　预测控制在现代过程工业中的应用与发展测控技术，一袁有臣。

　　锅炉控制系统氧量变送器的设计仪表技术与传感器，一作者简介袁有臣一男，山东省青岛市人，青岛化工学院自动化系讲师，主要从事传感器和检测技术专业的教学与研究。

　　企业之窗三