专利名称：测量锅炉飞灰含碳量的传感器及其用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及二种测量锅炉飞灰含碳量的传感器及其用途，属于微波测量传感技术领域。
火力发电厂燃煤锅炉燃烧效率高低的一个重要标志是飞灰的含碳量，含碳量低说明燃烧效率高。目前火力发电厂普遍应用的是采样烧灼法，即从采集的锅炉飞灰样品中取出1克放在高温炉中焙烧2小时，烧掉其中的碳，由称重法测出样品的含碳量。该法的缺点是取样代表性差，时间长，不能实现实时在线测量。近年来，国内有些发电厂开始采用WCT-2型微波测碳仪，它的传感器部分是由一对传输喇叭和位于它们中间的一个石英管组成的。石英管用来采集锅炉飞灰样品。锅炉飞灰样品的含碳量越多，微波信号在两个传输喇叭之间的传输损耗就越大，据此可测定锅炉飞灰样品的含碳量。在实际应用中，该测量装置存在着测量灵敏度不高，石英管堵灰带来维护困难，不能实现实时在线测量等缺点。
本发明的目的在于提供一种克服了背景技术具有的缺点的，由带加载窗的微波谐振腔构成的测量锅炉飞灰含碳量的传感器。
本发明的另一个目的在于提供一种由含活塞的带加载窗的微波谐振腔构成的测量锅炉飞灰含碳量的传感器。
本发明的另一个目的在于提供一种上述传感器的用途，用上述传感器对锅炉飞灰含碳量进行静态测量。
本发明的另一个目的在于提供一种在作上述静态测量时需用到的样品盒。
本发明的另一个目的在于提供另一种上述传感器的用途，用上述传感器对锅炉飞灰含碳量进行实时在线测量。
本发明的另一个目的在于提供一条在作上述静态或实时在线测量时需用到的谐振指示器读数-锅炉飞灰含碳量关系曲线。
图1是本发明涉及的传感器(原型)的剖视图，其中(1)是腔体，(3)是加载窗，(4)是隔离片，(5)是微波输入口，(6)是微波输出口。
图2是本发明涉及的传感器的一种变型，含活塞的传感器的剖况图，其中(2)是活塞。
图3是本发明涉及的传感器的附件，样品盒的剖视图，其中(7)是盒壁，(8)是贮灰腔，(9)是盒底。
图4是用本发明涉及的传感器作锅炉飞灰样品含碳量的静态测量的示意图，其中(10)是锅炉飞灰样品，(11)是微波信号源，(12)是信号隔离器，(13)是电平衰减器，(14)是检波器，(15)是直流放大器，(16)是谐振指示器。
图5是用本发明涉及的传感器作锅炉飞灰含碳量的实时在线测量的示意图，其中(17)是下灰管道，(18)是采样孔。
图6是谐振指示器读数-锅炉飞灰含碳量关系曲线。
本发明涉及的传感器主要是由腔体(1)，加载窗(3)，隔离片(4)，微波输入口(5)，微波输出口(6)组成。腔体(1)是一个由铜或铝等金属材料制成的，圆柱形的，谐振频率在X波段(8500-10,000MHZ)的，内径和高度分别为25-28mm和45-50mm的微波谐振腔。腔体(1)的侧壁开有微波输入口(5)，其对面侧壁开有微波输出口(6)。微波输入口(5)和微波输出口(8)的直径均为4-6mm。腔体(1)的顶壁开有加载窗(3)，顶壁厚度和加载窗(3)的直径分别为0.5-1.5mm和5-10mm。隔离片(4)是厚度为0.1-1.0mm的，由耐250℃高温的高频介质如高频陶瓷之类材料制成的，盖住加载窗(3)的圆形薄片。
样品盒是本发明涉及的传感器的附件，由盒壁(7)，贮灰腔(8)，盒底(9)组成。盒壁(7)是一段由铜或铝等金属材料制成的，高度和内径分别为40-50mm和10-12mm的，其上毕段加工成上宽下窄的漏斗状的圆形管子。贮灰腔(8)是盒壁(7)包围的空间。盒底(9)是厚度为0.05-0.2mm的高频介质如涤纶之类材料制成的薄片，并粘附于盒壁(7)下端，封住开口。
本发明涉及的传感器的一种用途是用该传感器来静态测量锅炉飞灰样品的含碳量。为此，传感器应垂直(顶面朝上)放置，通过微波输入口(5)和微波输出口(6)与微波测量电路连接微波信号源(11)，信号隔离器(12)和电平衰减器(13)通过微波波导管(未标出)与微波输入口(5)连接，检波器(14)，直流放大器(15)和谐振指示器(16)通过微波波导管(未标出)与微波输出口(6)连接。微波信号源(11)是频率在X波段内可调的微波信号发生器。谐振指示器(16)是线性直流电压表或电流表，标度均匀标成100格。一只空样品盒放在传感器的顶面上，样品盒与传感器的中心轴线彼此重合。隔离片(4)可去除不用，由盒底(9)代替。
测量操作步骤第一步调谐。反复轮流调节微波信号源(11)发出信号的频率和电平衰减器(13)的衰减率，直至传感器与该信号发生谐振时，谐振指示器(16)的读数正好为满度(100格)。
第二步加样品。把锅炉飞灰样品(10)装满样品盒的贮灰腔(8)，传感器内的微波信号通过加载窗(3)和盒底(9)与样品盒内的锅炉飞灰样品(10)发生耦合，锅炉飞灰样品(10)吸收传感器内的微波信号的能量，成为传感器的负载，导致微波输出口(6)输出的微波信号幅度减小，检波器(14)的输出信号，直流放大器(15)的输出信号和谐振指示器(16)的读数随之减小。锅炉飞灰样品(10)吸收的能量越多，谐振指示器(16)的读数越小；反之亦然。锅炉飞灰样品(10)的含碳量与谐振指示器(16)的读数不成线性关系，但可以用含碳量已知的锅炉飞灰样品(10)进行标定。一经标定，只要知道谐振指示器(16)的读数，就能确定锅炉飞灰样品(10)的含碳量。
第三步读取谐振指示器(16)的读数。
第四步根据读得的谐振指示器(16)的读数，从谐振指示器(16)读数-锅炉飞灰含碳量关系曲线(图6)上查出锅炉飞灰样品(10)的含碳量。
谐振指示器(16)读数-锅炉飞灰含碳量关系曲线是这样绘制成的。用上述的静态测量方法对N种含碳量已知的锅炉飞灰样品(10)分别进行N次测量，记下每次谐振指示器(16)的读数。利用上文提及的烧灼法测出上述N种锅炉飞灰样品(10)的含碳量，接着把所得的数据列成谐振指示器(16)读数-锅炉飞灰含碳量对照表。利用表中所列的数据，在方格纸上绘制谐振指示表(16)读数-锅炉飞灰含碳量的关系曲线，其中横座标表示谐振指示器(16)读数(单位格)，纵座标表示锅炉飞灰含碳量(单位％)。含碳量已知的锅炉飞灰样品(10)的个数可多可少，因个数越多，绘出的曲线越精确，所以个数不宜少于9个，以确保曲线的精确度。利用静态测量法测得的9种已知含碳量的锅炉飞灰样品的谐振指示器(16)读数，排列成谐振指示器(16)读数-锅炉飞灰含碳量对照表如下所示，绘成的关系曲线如图6所示。
本发明涉及的传感器的另一种用途是用该传感器来对锅炉飞灰样品含碳量进行实时在线测量。为此，需在锅炉烟囱的下灰管道(17)的侧壁开直径为40-60mm的采样孔(18)，在盖有隔离片(4)的加载窗(3)与采样孔(18)对准的情况下，把传感器紧贴并固定在下灰管道(17)的侧壁上。微波输入口(5)和微波输出口(8)与微波测量电路的连接，与静态测量时完全相同。
测量操作步骤也包括四步，其中第三，四步与静态测量时的相应步骤完全相同，只有第一，二步需略加说明。
第一步调谐。调谐时应排空下灰管道(17)里的锅炉飞灰，其他操作步骤与静态测量时的第一步完全相同。
第二步加样品。样品就是从隔离片(4)上流过的锅炉飞灰，所以它对传感器的影响与静态测量时放在样品盒内的锅炉飞灰样品(10)对传感器的影响完全相同，适用于静态测量的谐振指示器(16)读数-锅炉飞灰含碳量的关系曲线，也适用于实时在线测量。
本发明还涉及含活塞的传感器，该传感器是上述传感器(原型)的变型。与原型相比，其腔体(1)无底壁，微波谐振腔为40-60mm，腔内装有由铜或铝等金属材料制成的，直径稍小于微波谐振腔直径的，能贴着微波谐振腔的腔壁移动的活塞(2)。该传感器的其他结构与原型的完全相同。
含活塞的传感器可用来静态或实时在线测量锅炉飞灰样品的含碳量，测量时，与它联用的微波测量电路和样品盒，它的放置与安装，它与微波测量电路的连接方式以及测量操作步骤(第一步除外)，均与用原型进行相同测量时完全相同。在测量操作步骤的第一步时，微波信号源(11)发出一个频率不变的信号，传感器调谐改由反复轮流调节活塞(2)在微波谐振腔内的位置和电平衰减器(13)的衰减率来实现。
与
背景技术：
相比，本发明有以下优点和积极效果1.灵敏度高。本发明涉及的传感器用于锅炉飞灰的含碳量的测量时，处于谐振状态下，锅炉飞灰样品的含碳量略有变化，传感器的谐振状态便会受到明显的影响，并以谐振指示器(16)的读数明显变化的形式把这种影响反映出来。
2.维护保养容易。锅炉飞灰样品(10)与传感器腔体(1)的微波谐振腔之间有隔离片(3)或盒底(9)分隔，微波通道与锅炉飞灰通道互不交叉，杜绝了锅炉飞灰样品(10)进入传感器腔体(1)而污染微波谐振腔，防止了堵灰现象的发生，使传感器的维护保养变得容易。
3.用本发明涉及的传感器可以实现锅炉飞灰含碳量的实时在线测量，这是背景技术完成不了的测量项目。
本发明特别适用于用来监视火力发电厂锅炉燃烧情况，有助于使燃烧更充分，更完全，提高燃烧效率，节省燃料耗量，消灭烟囱”黑龙”，和减少环境污染。本发明还可以进一步与微机技术结合，组成锅炉燃烧自动控制系统，实现锅炉燃烧控制自动化。所以本发明是火力发电领域中一项重要的，有发展前途的节能环保产品。
权利要求
1.一种测量锅炉飞灰含碳量的传感器，主要由腔体(1)，加载窗(3)，隔离片(4)，微波输入口(5)，微波输出口(6)组成，其特征在于腔体(1)是一个由铜或铝等金属材料制成的，圆柱形的，谐振频率在X波段(8500-10000MHz)范围内的微波谐振腔，内径和高度分别为25-28mm和45-50mm，腔体(1)的侧壁开有微波输入口(5)，其对面开有微波输出口(6)，微波输入口(5)和微波输出口(6)的直径均为4-6mm。腔体(1)的顶壁开有加载窗(3)，顶壁厚度和加载窗(3)的直径分别为0.5-1.5mm和5-10mm，隔离片(4)是一片厚度为0.1-1.0mm的，由耐250℃高温的高频介质如高频陶瓷之类材料制成的，盖住加载窗(3)的圆形薄片。
2.一种权利要求1所述的测量锅炉飞灰含碳量的传感器(原型)的变型，其特征在于它的腔体(1)无底壁，微波谐振腔高度为40-60mm，腔内装有由铜或铝等金属材料制成的，直径稍小于微波谐振腔直径的，能贴着微波谐振腔的腔壁移动的活塞(2)，它的其他结构与原型完全相同。
3.一种权利要求1或2所述的测量锅炉飞灰含碳量的传感器的附件，是一只由盒壁(7)，贮灰腔(8)，盒底(9)组成的样品盒，其特征在于盒壁(7)是一段由铜或铝等金属材料制成的圆形管子，高度和内径分别为40-50mm和10-12mm，上半段加工成漏斗状，贮灰腔(8)是盒壁(7)包围的空间，盒底(9)是厚度为0.05-0.2mm的，由高频介质如涤纶之类高分子材料制成的，粘附于盒壁(7)下端的，封住开口的薄片。
4.权利要求1或2所述的测量锅炉飞灰含碳量的传感器的一种用途，为此，该传感器与样品盒和微波测量电路联用，用来静态测量锅炉飞灰样品(10)的含碳量，其特征在于传感器应垂直(顶壁朝上)放置，该传感器的顶面上放有一只空样品盒，该传感器的中心轴线与样品盒的中心轴线彼此重合，该传感器通过微波输入口(5)和微波输出口(6)与微波测量电路连接微波信号源(11)，信号隔离器(12)和电平衰减器(13)通过微波波导管与微波输入口(5)连接，检波器(14)，直流放大器(15)和谐振指示器(16)通过微波波导管与微波输出口(6)连接，微波信号源(11)的频率在x波段内可调，谐振指示器(16)是一只线性直流电压表或电流表，标度均匀标成100格，隔离片(4)可去除不用，由盒底(9)代替，测量操作步骤第一步如传感器为原型，反复轮流调节微波信号源(11)发出信号的频率和电平衰减器(13)的衰减率，直至传感器与该频率的信号发生谐振时，谐振指示器(16)的读数正好为满度(100格)，如传感器为变型，微波信号源(11)发出一个频率不变的信号，反复轮流调节活塞(2)在微波谐振腔内的位置和电平衰减器(13)的衰减率，直至传感器与该信号发生谐振时，谐振指示表(16)的读数正好为满度(100格)；第二步把锅炉飞灰样品(10)倒满样品盒的贮灰腔(8)，谐振指示器(16)的读数减小；第三步读取谐振指示器(16)的读数；第四步根据读得的谐振指示器(16)的读数，从谐振指示器(16)读数一锅炉飞灰含碳量关系曲线上查出锅炉飞灰样品(10)的含碳量。
5.权利要求1或2所述的测量锅炉飞灰含碳量的传感器的另一个用途，为此，该传感器与锅炉烟囱的下灰管道(17)和微波测量电路联用，用来实时在线测量锅炉飞灰样品(10)的含碳量，其特征在于锅炉烟囱的下灰管道(17)的侧壁上开一个直径为40-60mm采样孔(18)，在盖有隔离片(4)的加载窗(3)与采样孔(18)对准的情况下，把传感器紧贴并固定在下灰管道(17)的侧壁上，微波输入孔(5)和微波输出口(6)与微波测量电路的连接，与静态测量时完全相同，测量操作步骤第一步调谐时应排空下灰管道(17)里的锅炉飞灰，其他操作步骤与静态测量时的第一步完全相同；第二步锅炉飞灰从隔离片(4)上流过，谐振指示器(16)的读数减小；第三步，第四步与静态测量时的相应步骤完全相同。
6.根据权利要求4或5所述的测量锅炉飞灰含碳量的传感器的用途，其特征在于谐振指示器(16)读数-锅炉飞灰含碳量的关系曲线根据下列谐振指示器(16)读数-锅炉飞灰含碳量对照表
提供的数据绘出的，关系曲线的横座标表示谐振指示器(16)读数(单位格)，纵座标表示锅炉飞灰含碳量(单位％)。
全文摘要
本发明涉及二种分别由带加载窗和带加载窗含活塞微波谐振腔组成的传感器及其用途，属微波传感和测量技术领域，该传感器与微波测量电路联用，能静态或实时在线测量锅炉飞灰的含碳量，该传感器还具有测量灵敏度高，不受锅炉飞灰的污染，不会堵灰，维护容易的优点，特别适合用来监视火力发电厂锅炉燃烧情况，是一项有发展前途的节能环保产品。
文档编号G01N22/00GK1114415SQ9411217
公开日1996年1月3日 申请日期1994年5月21日 优先权日1994年5月21日
发明者储雪子 申请人:华东师范大学