一种助燃空气与燃气的质量流量线性比例控制装置的制作方法

本发明涉及一种窑炉领域，特别涉及一种助燃空气与燃气的质量流量线性比例控制装置。

背景技术：

在陶瓷窑炉生产过程中，经常会燃烧并产生高温余热，利用这高温余热对助燃气体加热后再参与燃烧，将极大地提高燃烧效率，燃气和空气具有一定的质量流量燃烧比例，不同成份的燃气都有相对应的燃烧比例，当两者偏离对应比例时都会影响燃烧效率，如燃气占比偏大，会使燃气得不到充分燃烧，在大规模的窑炉烧制过程中，没有充分燃烧的燃气将会造成极大的浪费，而且还会造成一定的空气污染，或空气占比偏大，会降低热能利用率，造成燃料的浪费，从而增加二氧化碳等污染物的排放。

目前控制系统为粗略的空燃比例控制，对每组助燃空气的控制选用压力控制原理通过执行阀控制其流量完成和燃气的配比，由于压力与流量会受到温度因素等的影响，导致控制过程不稳定，控制精度差，进而影响燃气的燃烧效率。而且助燃空气加热后并没有进一步采取恒温控制，利用陶瓷窑炉余热间接加热，由于余热受气温和产量等因素的变化而变化，加热后的助燃空气在恒压不恒温的情况下，助燃空气的流量会随着温度的变化而变化，从而导致比例控制的失效，造成燃烧过程不稳定，能源浪费大的缺点。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种应用于陶瓷窑炉余热间接加热的高温助燃空气与燃气的质量流量线性比例控制装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种助燃空气与燃气的质量流量线性比例控制装置，包括设置在燃气管道的第一传感器、设置在助燃空气管道的第二传感器、控制电路、继电器电路和执行阀，所述第一传感器包括相互连接的第一温度传感器和第一速度传感器，所述第二传感器包括相互连接的第二温度传感器和第二速度传感器，所述继电器电路包括并联的第一继电器和第二继电器，所述第一传感器和第二传感器分别与控制电路相连，所述控制电路通过继电器电路与执行阀相连，所述执行阀与助燃空气管道相连。

本发明的有益效果在于：当燃气管道的气体的质量流量变大，第一传感器采集的第一速度传感器的热耗散值变大，控制电路控制继电器电路中的第一继电器或者第二继电器吸合，使得执行阀将助燃空气的风门开大，助燃空气的质量流量变大，直到第二传感器中第二速度传感器的热耗散值达到与第一传感器中的第一速度传感器的热耗散值相等，执行阀停止运转，通过燃气管道的燃气质量流量的变化控制助燃空气管道的执行阀，使助燃空气的质量流量与燃气的质量流量保持一定的比例，节约能源，燃气得到充分燃烧。

附图说明

图1为根据本发明的一种助燃空气与燃气的质量流量线性比例控制装置的原理示意图；

图2为根据本发明的一种助燃空气与燃气的质量流量线性比例控制装置的电路示意图一；

图3为根据本发明的一种助燃空气与燃气的质量流量线性比例控制装置的电路示意图二；

标号说明：

1、第一传感器；2、第二传感器；3、控制电路；4、继电器电路；5、执行阀；TR1、第一测温元件；TR2、第二测温元件；TR3、第三测温元件；TR4、第四测温元件；RW1、第一电位器；RW2、第二电位器；R3、第一电阻；R16、第二电阻；R1、第三电阻；R14、第四电阻；R2、第五电阻；R5、第六电阻；V1-a、第一运算放大器；V1-b、第二运算放大器；V1-c、第三运算放大器；V1-d、第四运算放大器；VT1、第一三极管；VT2、第二三极管；VT3、第三三极管；VT4、第四三极管；JT1、第一继电器；JT2、第二继电器。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于：通过燃气管道的燃气的质量流量的变化控制助燃空气管道的执行阀，使助燃空气的质量流量与燃气的质量流量保持一定的比例，燃气得到充分燃烧。

请参照图1、图2以及图3，一种助燃空气与燃气的质量流量线性比例控制装置，包括设置在燃气管道的第一传感器、设置在助燃空气管道的第二传感器、控制电路、继电器电路和执行阀，所述第一传感器包括相互连接的第一温度传感器和第一速度传感器，所述第二传感器包括相互连接的第二温度传感器和第二速度传感器，所述继电器电路包括并联的第一继电器和第二继电器，所述第一传感器和第二传感器分别与控制电路相连，所述控制电路通过继电器电路与执行阀相连，所述执行阀与助燃空气管道相连。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：当燃气管道的气体的质量流量变大，第一传感器采集的第一速度传感器的热耗散值变大，控制电路控制继电器电路中的第一继电器或者第二继电器吸合，使得执行阀将助燃空气的风门开大，助燃空气的质量流量变大，直到第二传感器中第二速度传感器的热耗散值达到与第一传感器中的第一速度传感器的热耗散值相等，执行阀停止运转，通过燃气管道的燃气质量流量的变化控制助燃空气管道的执行阀，使助燃空气的质量流量与燃气的质量流量保持一定的比例，节约能源，燃气得到充分燃烧。

进一步的，所述第一温度传感器包括第一测温元件，所述第一速度传感器包括第二测温元件和第一电阻，所述第一电阻为耐高温加热电阻，所述第一测温元件与第二测温元件电连接，所述第二测温元件与第一电阻接触，所述第二温度传感器包括第三测温元件，所述第二速度传感器包括第四测温元件和第二电阻，所述第二电阻为耐高温加热电阻，所述第三测温元件与第四测温元件电连接，所述第四测温元件与第二电阻接触，所述第二测温元件与第一电阻之间设有导热胶，所述导热胶分别与第二测温元件与第一电阻接触，所述第四测温元件与第二电阻之间设有导热胶，所述导热胶分别与第四测温元件与第二电阻接触。

由上述描述可知，第一测温元件放置在燃气管道内感应燃气的温度，第二测温元件与第一电阻放置在燃气管道内感应燃气的流速大小；第三测温元件放置在助燃空气管道内感应助燃空气的温度，第四测温元件与第二电阻放置在助燃空气管道内感应助燃空气的流速大小。

进一步的，所述第一测温元件、第二测温元件、第三测温元件和第四测温元件均为同型号相同参数热敏电阻，所述热敏电阻为正温度系数线性的热敏电阻。

由上述描述可知，第一测温元件、第二测温元件、第三测温元件和第四测温元件的温度越高，第一测温元件、第二测温元件、第三测温元件和第四测温元件相应的阻值越大。

进一步的，所述控制电路包括第一电位器、第二电位器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一运算放大器、第二运算放大器、第一三极管和第二三极管，所述第一电位器的一端与第一测温元件的一端相连，所述第一电位器的另一端与正极输入端相连通过第三电阻与第一运算放大器的正极输入端相连，所述第一运算放大器的正极输入端还与第五电阻的一端相连，所述第五电阻的另外一端接地，所述第一测温元件的另一端与第二测温元件的一端以及第一运算放大器的负极输入端相连，所述第二测温元件的另一端接地，所述第一运算放大器的输出端与第一三极管的基极相连，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的集电极与第一电阻相连，所述第二电位器的一端与第三测温元件的一端相连，所述第二电位器的另一端与正极输入端相连通过第四电阻与第二运算放大器的正极输入端相连，所述第二运算放大器的正极输入端还与第六电阻的一端相连，所述第六电阻的另外一端接地，所述第三测温元件的另一端与第四测温元件的一端以及第二运算放大器的负极输入端相连，所述第四测温元件的另一端接地，所述第二运算放大器的输出端与第二三极管的基极相连，所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的集电极与第二电阻相连，所述控制电路还包括第三运算放大器、第四运算放大器、第三三极管和第四三极管，所述第一三极管的集电极与第三运算放大器的正极输入端和第四运算放大器的负极输入端相连，所述第二三极管的集电极与第三运算放大器的负极输入端和第四运算放大器的正极输入端相连，第三运算放大器的输出端和第四运算放大器的输出端分别依次与第三三极管的基极和第四三极管的基极相连，第三三极管的发射极和第四三极管的发射极接地，第三三极管的集电极和第四三极管的集电极分别依次与第一继电器和第二继电器相连。

由上述描述可知，在恒定温度差的管道内的气体流速变化量与管道内的加热电阻的散热量成对应比例。利用第一运算放大器、第二运算放大器、第一三极管、第二三极管、第三运算放大器、第四运算放大器、第三三极管和第四三极管组成差压放大输出电路，通过第一继电器和第二继电器分别与执行阀相连控制助燃空气的流速，使得助燃空气管道内的第二电阻的压降与燃气管道内的第一电阻的压降保持一致，即助燃空气管道内的第二电阻的散热量与燃气管道内的第一电阻的散热量保持一致。由于加热电阻的散热是由管道内气体与加热电阻接触带走热量，因此散热量与介质气体的密度和比热成正比例，当燃气管道和助燃空气管道内的温度差一样时，燃气管道和助燃空气管道内的气体流速将保持一定比例，根据燃气与助燃空气完全燃烧所需比例设计燃气与助燃空气管道的直径，燃气与助燃空气质量流量能够保持所需比例，如需微调可通过调节第二电位器改变助燃空气管道内的第二电阻与助燃空气的温度差，从而改变燃气与助燃空气的配比值，若所述温度差变小，则通过助燃空气管道内的助燃空气的流速就要加大，以保持第二电阻的散热量与第一电阻的散热量一致，由于物质温度是物质内能的表现形式，即相同单位质量的物质的温度每升高一度所吸收的热量是相等的，与这种物质的比热相等，因此管道内气体的流速的变化量与电阻跟气体的温度差变化量呈线性关系，从而使得燃气与助燃空气的质量流量比例得到修正且能保持线性关系。

进一步的，所述继电器电路包括第五三极管、第六三极管、第一继电器、第二继电器，所述第三三极管的集电极和第四三极管的集电极分别依次与第五三极管的基极和第六三极管的基极相连，所述第五三极管的集电极和第六三极管的集电极分别依次与第一继电器的输入端和第二继电器的输入端相连，所述第一继电器的输出端和第二继电器的输出端分别与执行阀相连。

由上述描述可知，第一继电器吸合，执行阀将助燃空气的风门关小，助燃空气流量变小，第二继电器吸合，执行阀将助燃空气的风门开大，助燃空气的流量变大。

请参照图1、图2及图3，本发明的实施例一为：

一种助燃空气与燃气的质量流量线性比例控制装置，包括设置在燃气管道的第一传感器1、设置在助燃空气管道的第二传感器2、控制电路3、继电器电路4和执行阀5，所述第一传感器包括相互连接的第一温度传感器和第一速度传感器，所述第二传感器包括相互连接的第二温度传感器和第二速度传感器，所述第一传感器和第二传感器分别与控制电路相连，所述控制电路通过继电器电路与执行阀相连，所述继电器电路包括并联的第一继电器和第二继电器，所述执行阀与助燃空气管道相连；所述第一温度传感器包括第一测温元件，所述第一速度传感器包括第二测温元件和第一电阻，所述第一电阻为耐高温加热电阻，所述第一测温元件与第二测温元件电连接，所述第二测温元件与第一电阻接触，所述第二温度传感器包括第三测温元件，所述第二速度传感器包括第四测温元件和第二电阻，所述第二电阻为耐高温加热电阻，所述第三测温元件与第四测温元件电连接，所述第四测温元件与第二电阻接触，所述第二测温元件与第一电阻之间设有导热胶，所述导热胶分别与第二测温元件与第一电阻接触，所述第四测温元件与第二电阻之间设有导热胶，所述导热胶分别与第四测温元件与第二电阻接触；第一测温元件、第二测温元件、第三测温元件和第四测温元件均为同型号相同参数热敏电阻，所述热敏电阻为正温度系数线性的热敏电阻。

所述控制电路包括第一电位器RW1、第二电位器RW2、第三电阻R1、第四电阻R14、第五电阻R2、第六电阻R5、第一运算放大器V1-a、第二运算放大器V1-b、第一三极管VT1和第二三极管VT2，所述第一电位器的一端与第一测温元件的一端相连，所述第一电位器的另一端与正极输入端相连通过第三电阻与第一运算放大器的正极输入端相连，所述第一运算放大器的正极输入端还与第五电阻的一端相连，所述第五电阻的另外一端接地，所述第一测温元件的另一端与第二测温元件的一端以及第一运算放大器的负极输入端相连，所述第二测温元件的另一端接地，所述第一运算放大器的输出端与第一三极管的基极相连，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的集电极与第一电阻相连，所述第二电位器的一端与第三测温元件的一端相连，所述第二电位器的另一端与正极输入端相连通过第四电阻与第二运算放大器的正极输入端相连，所述第二运算放大器的正极输入端还与第六电阻的一端相连，所述第六电阻的另外一端接地，所述第三测温元件的另一端与第四测温元件的一端以及第二运算放大器的负极输入端相连，所述第四测温元件的另一端接地，所述第二运算放大器的输出端与第二三极管的基极相连，所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的集电极与第二电阻相连；

所述控制电路还包括第三运算放大器V1-c、第四运算放大器V1-d、第三三极管VT3和第四三极管VT4，所述第一三极管的集电极与第三运算放大器的正极输入端和第四运算放大器的负极输入端相连，所述第二三极管的集电极与第三运算放大器的负极输入端和第四运算放大器的正极输入端相连，第三运算放大器的输出端和第四运算放大器的输出端分别依次与第三三极管的基极和第四三极管的基极相连，第三三极管的发射极和第四三极管的发射极接地，第三三极管的集电极和第四三极管的集电极分别与继电器电路相连；

所述继电器电路包括第五三极管、第六三极管、第一继电器、第二继电器，所述第三三极管的集电极和第四三极管的集电极分别依次与第五三极管的基极和第六三极管的基极相连，所述第五三极管的集电极和第六三极管的集电极分别依次与第一继电器的输入端和第二继电器的输入端相连，所述第一继电器的输出端和第二继电器的输出端分别与执行阀相连，所述燃气管道和助燃空气管道的直径比例为1:18。

图中TR1，TR2，TR3，TR4为正温度线性热敏电阻；

V1-a，V1-b，V1-c，V1-d，为运算放大器，V1-a与V1-b相同，V1-c与V1-d相同；

R3和R16为耐高温的等值加热电阻；

VT1，VT2，VT3，VT4，VT5，VT6为NPN电流放大三极管，VT1与VT2相同，VT4与VT3相同，VT5与VT6相同；

VD1，VD2，VD3，VD4为开关二极管，VD1＝VD2，VD3＝VD4；

C1，C2，C3，C4，C5，C6为电解电容，C1＝C2，C3＝C4，C5＝C6；

RW1，RW2为电位器；

TR1，TR2，TR3，TR4为参数相同的等效热敏电阻；

R1，R2，R14，R15的阻值相同；

其中，R4＝R17，R3＝R16，R5＝R18，R8＝R10，R9＝R11，R6＝R7，R12＝R13，R19＝R21，R20＝R22；

当第一电位器RW1为0Ω时，因为R1＝R2，TR1＝TR2，而且TR1与TR2同在一个管道中，温度是一样的，阻值也一样，图中A点与B点的电位都等于VCC的一半，此时第一运算放大器V1-a没有输出电压，第一三极管VT1不导通，第一电阻R3没有电流通过，第一电阻R3不加热，第二测温元件TR2的温度等于TR1的温度，第一电阻R3就没有热耗散，这样第一速度传感器就检测不到燃气管道的流速，因此RW1不能为0；

当第一电位器RW1调到一定值时，A点电位上升到一定值时，A点电位与B点电位存在电位差，第一运算放大器V1-a有电压输出，加到第一三极管VT1的基极，第一三极管导通，第一电阻R3开始加热，第二测温元件TR2同时升温，第二测温元件TR2的阻值加大，B点的电位升高，A点电位与B点电位的电位差减小，即第一运算放大器的输入电压下降，通过R3电流减少，直到TR2与R3的温度与TR1的温度差等于预设值，这样就可以达到一个平衡，即R3与TR2的温度与燃气的温度差为预设值时，R3和TR2就向燃气散热，燃气的流速的大小与R3和TR2散热的热量成正比的，而R3和TR2散热的热量与通过R3的电流成正比的，所以燃气的流速的大小和通过R3的电流成正比的，由于燃气管道的直径是固定的，因此单位横截面积内燃气的流量的大小和通过R3的电流成正比的；

当燃气的流速不变时，RW1阻值越大，R3和TR2的温度与TR1的温度差变大，即TR2与TR1的温度差越大，通过R3的电流也越大；RW1阻值不变时，燃气的流速越大，通过R3的电流也越大，C点电位也越低，因此，燃气的质量流量在被测燃气的管道直径一定且RW1阻值一定时，燃气的质量流量与C点电位成反比关系。

同理，当助燃空气的流速不变时，RW2阻值越大，TR4与TR3的温度差越大，通过R16的电流也越大；当RW2阻值不变时，助燃空气的流速越大通过R16电流也越大，D点电位也越低，因此，助燃空气的质量流量在被测助燃空气的管道直径一定且RW2阻值一定时，助燃空气的质量流量与D点电位成反比关系。

当燃气的流量减小时，通过R3的电流减小，C点电位升高，若C点电位高于D点电位，经第三运算放大器V1-c电压放大，第三三极管VT3导通，E点电位下降，第五三极管VT5导通，第一继电器JT1吸合，N0导通，执行阀将助燃空气的风门关小，助燃空气流量变小，则D点电位升高，当D电位等于C电位时，第三三极管VT3停止导通，E点电位升高，第五三极管VT5停止导通，第一继电器JT1断开，执行阀停止运转。

当燃气的流量加大时，通过R3的电流加大，C点电位降低，若C点电位低于D点电位，经第四运算放大器V1-d电压放大，第四三极管VT4导通，F电位下降，第六三极管VT6导通，第二继电器JT2吸合，NO导通，执行阀将助燃空气的风门开大，助燃空气的流量变大，则D点电位降低，当D点电位等于C点电位时，第四三极管VT4停止导通，F点电位升高，第六三极管VT6停止导通，第二继电器JT2断开，执行阀停止运转。

综上所述，本发明提供的一种助燃空气与燃气的质量流量线性比例控制装置，当燃气管道的气体的质量流量变大，第一传感器采集的第一速度传感器的热耗散值变大，控制电路控制继电器电路中的第一继电器或者第二继电器吸合，使得执行阀将助燃空气的风门开大，助燃空气的质量流量变大，直到第二传感器中第二速度传感器的热耗散值达到与第一传感器中的第一速度传感器的热耗散值相等，执行阀停止运转，通过燃气管道的燃气质量流量的变化控制助燃空气管道的执行阀，使助燃空气的质量流量与燃气的质量流量保持一定的比例，节约能源，燃气得到充分燃烧。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。