锅炉声波测温设备的校验装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及锅炉声波测温设备的校验装置，属于锅炉燃烧工艺评估以及燃烧安全可靠运行监测的装置技术领域。本发明解决了声波测温原理的锅炉炉膛温度测量设备的出厂校验和现场校验问题。本发明包括输入单元、主控单元、选择开关、可编程延迟单元、次噪声源和幅值控制单元，输入单元通过选择开关与主控单元相连，主控单元分别连接可编程延迟单元、次噪声源、幅值控制单元和人机界面；输入单元和幅值控制单元分别连接被校验装置的两端；由输入单元、主控单元、选择开关、可编程延迟单元、次噪声源和幅值控制单元构成的路径至少设置有一个。本发明通过电子学模式模拟燃烧的锅炉，可以产生不同的温度场、嘈杂的背景噪声，还可以评估被测设备的技术性能。
【专利说明】
锅妒声波测溫设备的校验装置
技术领域
[0001] 本发明设及锅炉声波测溫设备的校验装置，属于锅炉燃烧工艺评估W及燃烧安全 可靠运行监测的装置技术领域。 【背景技术】
[0002] 锅炉是火力发电企业重要的生产设备，其运行的经济性和稳定性，关系到发电企 业的竞争力和安全性，同时也设及重要的环保问题。据报道，在火电成本中，燃料费用一般 占70% W上，因此，如果锅炉燃烧得到优化，就可W降低煤耗，提高发电效率。锅炉燃烧参数 测量、监测仪表也就成为必须，其中炉膛溫度测量则是评估锅炉燃烧充分与否W及防止燃 烧偏斜等安全监控的重要依据。运使得锅炉炉膛测溫设备显得极其重要。如图1所示，声波 测溫原理是:锅炉腔体两侧设置有左侧工位和右侧工位，两个工位均设置有电致发声单元 和传感器，从左侧工位电致发声单元发出的信号通过已知锅炉空腔长度，经过飞渡时间，如 图2所示，达到右侧工位传感器。飞渡时间可W通过左侧、右侧工位的传感器信号离散化并 做相关得到。根据下面的公式，则可W得到该溫度下声波传输的平均速度。而气体中声音的 传播速1^^^)目1^?且去"皮|?^关系，进而得到声源到传感器的不同路径的当前平均溫度1'。
[0003]
[0004] 式中：V为可计算得到的声波传播路径的平均速度(m/s);s为可实测得到的声波传 播路径的距离(m);t为声波传播路径的飞渡时间（S) ;r为气体比热，在常压下气体的比热是 一个常数;R为摩尔气体常数(8.314J/mol);T为绝对溫度化）;M为气体摩尔重量化g/mol)。
[0005] 如图3所示，现有技术中锅炉腔体内每一层设置有8个工位，每个工位设置电致发 声单元和传感器，其传输路径如图4所示。原理如下：其中一个工位作为声源向四周发出声 波信号，周围六个工位则开始接收信号。根据图1和图2中的相同原理，已经知道路径长度， 根据声波的传输时间，就可W知道当前溫度下的平均速度。得到各个路径的平均溫度后，物 理上将炉膛空间分块，进而构建出准确的锅炉溫度场。
[0006] 现有技术存在W下问题：（1)声波测溫设备出厂不可能用燃烧的锅炉来校验，其燃 烧成本高昂，占地面积巨大，且要实现宽溫度范围模拟，成本非常高；（2)同样，在运行中的 声波测溫设备准确性的定期校准难W解决，因为锅炉内的燃烧气体噪声与声波测量装置所 发出的噪声混合，导致其运行工况非常复杂；（3)不同被校验装置的输入模式不同，有压缩 空气发声模式和电致发声模式，不同的模式采用不同的校验装置，通用性差；（4)如何评判 恶劣工况下的声波测量装置的表现，目前也没有有效手段。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于克服现有声波测量装置存在的上述缺陷，提出了一种锅炉声波 测溫设备的校验装置，通过电子学模式模拟燃烧的锅炉，产生不同的溫度场、增杂的背景噪 声，解决了声波测溫原理的锅炉炉膛溫度测量设备的出厂校验和现场校验问题，同时，还可 W评估被测设备的技术性能。
[0008] 本发明是采用W下的技术方案实现的：一种锅炉声波测溫设备的校验装置，包括 输入单元、主控单元、选择开关、可编程延迟单元、次噪声源和幅值控制单元，输入单元通过 选择开关与主控单元相连，主控单元分别连接可编程延迟单元、次噪声源、幅值控制单元和 人机界面;输入单元和幅值控制单元分别连接被校验装置的两端；由输入单元、主控单元、 选择开关、可编程延迟单元、次噪声源和幅值控制单元构成的路径至少设置有一个。
[0009] 进一步地，当被校验装置设置有控制压缩空气通断的电磁阀，输入单元采用由主 噪声源和开关状态采集单元构成的压缩空气发声输入单元，该模式为压缩空气发声模式。
[0010] 进一步地，压缩空气发声模式下，电磁阀的线圈与开关状态采集单元相连，主控单 元采集开关状态采集单元的状态信息并判断该路径是否工作，当电磁阀的线圈工作时，对 应路径发出测溫用的声波。
[0011] 进一步地，压缩空气发声模式下，主噪声源根据被校验装置的传感器个数至少设 置有一条路径，路径的个数与主控单元、选择开关、可编程延迟单元、次噪声源和幅值控制 单元构成的路径个数一致，每一条路径都有一个可编程延迟单元，延迟量由主控单元控制； 分路后的主噪声源各有一个独立的幅值控制单元，用于调节有用的信号的幅度。
[0012] 进一步地，压缩空气发声模式下，次噪声源之间独立且不相关，每个次噪声源的幅 值独立可控，每一条路径输出的噪声由主噪声源和次噪声源叠加构成，合成的噪声经过幅 值控制单元送到被校验装置的传感器或者振动激励源，传感器与声波测溫设备相连;振动 激励源驱动传感器产生振动。
[0013] 进一步地，当被校验装置设置有扬声器激励信号源，输入单元采用由模拟采集单 元构成的电致发声输入单元，该模式为电致发声模式。
[0014] 进一步地，电致发声模式下，扬声器激励信号源与模拟采集单元的输入端相连，主 控单元采集模拟采集单元相连并判断该路径是否工作，当激励信号源工作时，对应路径发 出测溫用的声波。
[0015] 进一步地，电致发声模式下，模拟采集单元根据被校验装置的扬声器激励信号源 个数至少设置有一条路径，路径的个数与主控单元、选择开关、可编程延迟单元、次噪声源 和幅值控制单元构成的路径个数一致，每一条路径都有一个可编程延迟单元，主控单元对 延迟后的信号进行幅度控制，模拟现场衰减或传感器量程溢出。
[0016] 进一步地，电致发声模式下，次噪声源的个数跟扬声器激励信号源个数相一致，每 一条路径都有一个次噪声源，次噪声源幅值由幅值控制单元控制，所有路径的信号叠加合 成一个被污染了的信号，用于模拟锅炉燃烧的本底噪声或锅炉操作的吹灰噪声。
[0017] 进一步地，电致发声模式下，合成后的信号再次进入幅值控制单元，直接送到声波 测溫设备的传感器或者是振动激励源，传感器与声波测溫设备相连;振动激励源驱动传感 器产生振动。
[001引本发明的有益效果是：
[0019] (1)本发明所述的锅炉声波测溫设备的校验装置，实现了锅炉溫度场的模拟，而且 溫度场可W实时在线可调；
[0020] (2)本发明所述的锅炉声波测溫设备的校验装置，可W运行预先设定的程序，模拟 锅炉升溫、保持、波动、降溫的动态工况；
[0021] (3)本发明所述的锅炉声波测溫设备的校验装置，可W对每通道的输出到传感器 的激励信号附加不同的噪声，模拟锅炉增杂的背景噪声，可W测试被校验设备的电路分辨 能力W及算法处理水准；
[0022] (4)本发明所述的锅炉声波测溫设备的校验装置，可W对每通道的输出到传感器 的激励信号幅度调整，可W测试被校验设备的电路分辨能力与算法处理水准;所W解决了 声波测溫设备的出厂校验和现场校验问题，同时，还可W评估被测设备的技术性能。
【附图说明】
[0023] 图1是声波测溫装置基本原理图。
[0024] 图2是传感器采集到的声波在空气中传播延时示意图。
[0025] 图3是传感器放置位置结构示意图。
[0026] 图4是传感器采集到的声波传播有效路径图。
[0027] 图5是本发明的总框图。
[0028] 图6是本发明在压缩空气声源模式的框图。
[0029] 图7是本发明在电致发声模式的框图。
[0030] 图中：1、电磁阀或者扬声器激励信号源;2、炉膛。
[0031] 具体实施
[0032] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[003引实施例一：
[0034] 如图5所示，一种锅炉声波测溫设备的校验装置，包括输入单元、主控单元、选择开 关、可编程延迟单元、次噪声源和幅值控制单元，输入单元通过选择开关与主控单元相连， 主控单元分别连接可编程延迟单元、次噪声源、幅值控制单元和人机界面;输入单元和幅值 控制单元分别连接被校验装置的两端；由输入单元、主控单元、选择开关、可编程延迟单元、 次噪声源和幅值控制单元构成的路径至少设置有一个。
[0035] 当被校验装置设置有控制压缩空气通断的电磁阀，输入单元采用由主噪声源和开 关状态采集单元构成的压缩空气发声输入单元，该模式为压缩空气发声模式。
[0036] 压缩空气发声模式下，电磁阀的线圈与开关状态采集单元相连，主控单元采集开 关状态采集单元的状态信息并判断该路径是否工作，当电磁阀的线圈工作时，对应路径发 出测溫用的声波。
[0037] 压缩空气发声模式下，主噪声源根据被校验装置的传感器个数至少设置有一条路 径，路径的个数与主控单元、选择开关、可编程延迟单元、次噪声源和幅值控制单元构成的 路径个数一致，每一条路径都有一个可编程延迟单元，延迟量由主控单元控制;分路后的主 噪声源各有一个独立的幅值控制单元，用于调节有用的信号的幅度。
[0038] 压缩空气发声模式下，次噪声源之间独立且不相关，每个次噪声源的幅值独立可 控，每一条路径输出的噪声由主噪声源和次噪声源叠加构成，合成的噪声经过幅值控制单 元送到被校验装置的传感器或者振动激励源，传感器与声波测溫设备相连;振动激励源驱 动传感器产生振动。
[0039] 当被校验装置设置有扬声器激励信号源，输入单元采用由模拟采集单元构成的电 致发声输入单元，该模式为电致发声模式。
[0040]电致发声模式下，扬声器激励信号源与模拟采集单元的输入端相连，主控单元采 集模拟采集单元相连并判断该路径是否工作，当激励信号源工作时，对应路径发出测溫用 的声波。
[0041 ]电致发声模式下，模拟采集单元根据被校验装置的扬声器激励信号源个数至少设 置有一条路径，路径的个数与主控单元、选择开关、可编程延迟单元、次噪声源和幅值控制 单元构成的路径个数一致，每一条路径都有一个可编程延迟单元，主控单元对延迟后的信 号进行幅度控制，模拟现场衰减或传感器量程溢出。
[0042] 电致发声模式下，次噪声源的个数跟扬声器激励信号源个数相一致，每一条路径 都有一个次噪声源，次噪声源幅值由幅值控制单元控制，所有路径的信号叠加合成一个被 污染了的信号，用于模拟锅炉燃烧的本底噪声或锅炉操作的吹灰噪声。
[0043] 电致发声模式下，合成后的信号再次进入幅值控制单元，直接送到声波测溫设备 的传感器或者是振动激励源，传感器与声波测溫设备相连;振动激励源驱动传感器产生振 动。
[0044] 实施例二：
[0045] 针对压缩空气模式的声波测溫设备，其发声是由电磁阀控制的。当某路径的电磁 阀打开则该路径发声。电磁阀是按照一定规则轮流打开的，每个电磁阀对应不同的声波传 播路径，例如图4是某一路径的电磁阀打开，对应设置有六条路径。压缩空气模式用如下解 决方案，图6所示。
[0046] 本校验装置含有一个主噪声源;主噪声源可W根据传感器的个数可W分成n条路 径，每一路都有一个可编程延迟单元。延迟量由主控单元控制。分路后的主噪声源各有一个 独立的信号幅值控制单元，用于调节输出信号的大小;本校验装置含有n个独立的不相关的 次噪声源;每个次噪声源的幅值也是独立可控的；每一条路径输出的噪声由主噪声源和次 噪声源相加构成;相加后的合成噪声通过幅值控制单元送到振动激励器或测溫设备的传感 器的输入端。本校验装置有一个人机界面，显示、预置的每条路径的延迟量、幅值信息等。本 校验装置首先检测电磁阀状态，当发现某路径的电磁阀动作，即可输出对应该路径的各个 传感器所需要的对应某溫度的合成信号。
[0047] 实施例
[0048] 针对电致发声模式的声波测溫设备，其发声是电信号驱动一个扬声器。平时扬声 器不需要驱动发声，此时其驱动信号等于零。同样，各个扬声器也是按照一定规则发声的。 电致发声模式用如下解决方案，图7所示。
[0049] 本校验装置含有一个模拟采集单元，采集驱动扬声器的电信号；采集到的各个扬 声器电信号，都跟有一个可编程延迟单元。延迟量由控制单元控制。各路延迟信号源一个独 立的信号幅值控制单元，用于调节输出噪声的大小;本校验装置含有n个独立的不相关的次 噪声源;每个次噪声源幅值也是独立可控的；每一路输出的噪声由延迟信号源和次噪声源 相加构成；相加后的合成信号经过幅值控制送到振动激励器或测溫设备的传感器的输入 端。本校验装置有一个人机界面，显示、预置的每条路径的延迟量、幅值信息等。本校验装置 首先检测模拟量大小，当发现某路径有驱动电压时，即可输出对应该路径的各个传感器所 需要的对应某溫度的合成信号。
[0050] 实施例四：
[0051] 图I中锅炉的炉膛2两侧各安放有电磁阀或者扬声器激励信号源I，两者之间的炉 膛2距离已知。图2中，通过传感器采集到的声波在空气中传播延时示意图，可W明显的看出 左右两侧的电磁阀或者扬声器激励信号源1幅值有相差时间t的延迟。图3和图4中，假设炉 膛2为方形，每个边长上设置有两组电磁阀或者扬声器激励信号源1，当其中一个电磁阀或 者扬声器激励信号源1发射信号时，另外的电磁阀或者扬声器激励信号源1将作为接收端开 始接收信号。
[0052] 实施例五：
[0053] 本发明设及锅炉声波测溫设备的校验装置，属声学法空气溫度校准技术领域。本 发明解决了基于声学原理的锅炉炉膛溫度测量设备的出厂检验和现场校验问题。本发明主 要包括模拟采集、开关状态采集、选择开关、可编程延迟、主回路幅值控制、本地噪声源、附 加噪声源、次回路幅值控制、噪声混合输出等。对于压缩空气发声的被校设备，本发明采集 其电磁阀工作状态，本地噪声源作为主回路信号。对于电致发声的被校设备，本发明将采集 到的发声器激励模拟信号作为主回路信号。主回路信号经延迟和幅值控制后与附加噪声源 混合，送到被校设备的传感器输入端由其采集。通过电子学方式构建出锅炉的溫度场、进而 模拟其内部背景噪声，用于评估被校设备的技术性能。
[0054] 当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施 例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围 内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围内。
【主权项】
1. 一种锅炉声波测温设备的校验装置，其特征在于:包括输入单元、主控单元、选择开 关、可编程延迟单元、次噪声源和幅值控制单元，输入单元通过选择开关与主控单元相连， 主控单元分别连接可编程延迟单元、次噪声源、幅值控制单元和人机界面;输入单元和幅值 控制单元分别连接被校验装置的两端；由输入单元、主控单元、选择开关、可编程延迟单元、 次噪声源和幅值控制单元构成的路径至少设置有一个。2. 根据权利要求1所述的锅炉声波测温设备的校验装置，其特征在于：当被校验装置设 置有控制压缩空气通断的电磁阀，输入单元采用由主噪声源和开关状态采集单元构成的压 缩空气发声输入单兀，该模式为压缩空气发声模式。3. 根据权利要求2所述的锅炉声波测温设备的校验装置，其特征在于:压缩空气发声模 式下，电磁阀的线圈与开关状态采集单元相连，主控单元采集开关状态采集单元的状态信 息并判断该路径是否工作，当电磁阀的线圈工作时，对应路径发出测温用的声波。4. 根据权利要求2或3所述的锅炉声波测温设备的校验装置，其特征在于:压缩空气发 声模式下，主噪声源根据被校验装置的传感器个数至少设置有一条路径，路径的个数与主 控单元、选择开关、可编程延迟单元、次噪声源和幅值控制单元构成的路径个数一致，每一 条路径都有一个可编程延迟单元，延迟量由主控单元控制；分路后的主噪声源各有一个独 立的幅值控制单元，用于调节有用的信号的幅度。5. 根据权利要求4所述的锅炉声波测温设备的校验装置，其特征在于:压缩空气发声模 式下，次噪声源之间独立且不相关，每个次噪声源的幅值独立可控，每一条路径输出的噪声 由主噪声源和次噪声源叠加构成，合成的噪声经过幅值控制单元送到被校验装置的传感器 或者振动激励源，传感器与声波测温设备相连;振动激励源驱动传感器产生振动。6. 根据权利要求1所述的锅炉声波测温设备的校验装置，其特征在于：当被校验装置设 置有扬声器激励信号源，输入单元采用由模拟采集单元构成的电致发声输入单元，该模式 为电致发声模式。7. 根据权利要求6所述的锅炉声波测温设备的校验装置，其特征在于：电致发声模式 下，扬声器激励信号源与模拟采集单元的输入端相连，主控单元采集模拟采集单元相连并 判断该路径是否工作，当激励信号源工作时，对应路径发出测温用的声波。8. 根据权利要求6或7所述的锅炉声波测温设备的校验装置，其特征在于：电致发声模 式下，模拟采集单元根据被校验装置的扬声器激励信号源个数至少设置有一条路径，路径 的个数与主控单元、选择开关、可编程延迟单元、次噪声源和幅值控制单元构成的路径个数 一致，每一条路径都有一个可编程延迟单元，主控单元对延迟后的信号进行幅度控制，模拟 现场衰减或传感器量程溢出。9. 根据权利要求6或7所述的锅炉声波测温设备的校验装置，其特征在于：电致发声模 式下，次噪声源的个数跟扬声器激励信号源个数相一致，每一条路径都有一个次噪声源，次 噪声源幅值由幅值控制单元控制，所有路径的信号叠加合成一个被污染了的信号，用于模 拟锅炉燃烧的本底噪声或锅炉操作的吹灰噪声。10. 根据权利要求6或7所述的锅炉声波测温设备的校验装置，其特征在于：电致发声模 式下，合成后的信号再次进入幅值控制单元，直接送到声波测温设备的传感器或者是振动 激励源，传感器与声波测温设备相连;振动激励源驱动传感器产生振动。
【文档编号】G01K11/24GK105953947SQ201610534121
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月7日
【发明人】刘煜, 高山, 宋文选
【申请人】青岛华迪科技有限公司