专利名称：冷镜式露点仪的控制方法
技术领域：
本发明涉及一种冷镜式露点仪的控制方法，更确切地说涉及一种应用在 冷镜式露点仪中消除因控制失调而出现的系统振荡的方法。
背景技术：
冷镜式露点仪测量露点的原理为 一束光源照射到可控制温度的刨光镜 面上，由光电传感器接收管接收其反射光。当镜面清洁干燥时，其反射光最大，即发射光被100%反射并由光电传感器接收管接收。当镜面上凝结水分成霜层时，发射光被散射，从而接收的反射光强度减弱。该接收信号比较放大后经A/D转换送入处理器，经计算后控制冷泵的制冷电流，从而控制镜面温 度；使镜面保持在一定的温度，此时镜面霜层保持一定的厚度，维持此厚度 霜层时，光电传感器接收管接收的反射光能量损失至目标值，即气体中的水 蒸气在镜面上冷凝成霜并达到相平衡状态，维持霜层为一特定厚度，此时镜 面的温度由温度传感器测量并记录为被测气体的露点。目前，市面上的露点仪大致有两种测量露点的控制方法，PID调节及模糊 控制方法。其中PID调节为固定比例、积分和微分系数的调节方式，由于在 整个测量过程中采用恒定不变的参数值，故系统适应能力较差，测量过程类 阻尼振荡波形，反复振荡造成测量时间长。模糊控制为在一定范围内变比例、 变积分和变微分系数的调节方式，根据仪器系统响应可自我调整参数，适应 性较好，测量过程系统振荡少，测量时间短。但以上两种方法均在某些特殊 情况下，如高温环境下工作或测量低湿度气体或高温环境下测量低湿度气体以及人为操作不当而导致系统振荡时，难以或无法测量露点。导致系统振荡 的原因主要为镜面霜层的形成虽然与冷泵冷端温度呈正相关，但有一定滞 后性。当霜层过厚时，会导致冷泵断电，冷端温度快速升高，通过镜面的气 体十分干燥，水分子在镜面凝结的的速度小于从镜面逃逸的速度，霜层将变 薄；虽然即将达到特定厚度霜层时电流迅速恢复，但因镜面温度不能迅速降 低，将导致霜层变得过薄甚至消失。此时冷泵启动迅速强制冷，镜面迅速凝 结霜层，再次导致结露霜层过厚，周而复始。尤其在高温环境下，由于冷泵 热端热量积累，排散困难，冷泵制冷能力逐渐下降，有时甚至很难使冷端再 次制冷到低于露点的温度，露点难以或无法测量。发明内容本发明要解决的技术问题是提供一种消除因控制失调而出现系统振荡的 方法，它能精细调控消露时镜面霜层的厚度，从而阻止系统失调振荡，使之 前难以或无法测量的露点测量得以实现。本发明的控制方法为，在消露过程中，根据光能量偏差和光能量偏差变 化率的不同区间设定相对应的电流调整步长，并通过在当前制冷电流上加或 减等于此步长的电流值来调整制冷电流的大小，控制镜面温度以控制霜层厚 度，使光能量逐渐逼近目标值，即，使镜面上的霜层逐渐逼近特定厚度，从 而消除系统控制失调而出现的系统振荡，此方法能精细调控消露时镜面霜层 的厚度。采用本方法后，仪器在高温环境下工作或测量低湿度气体或高温环境下测 量低湿度气体以及人为操作不当将引发或已引发系统振荡时，此方法可阻止 系统振荡的发生或终止振荡的继续。本方法可用在PID控制、模糊控制及人工智能控制等可以测得露点的控 制方法中。
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详细说明。 图1为冷镜式露点仪露点测量室的剖面示意图。 图2为本方法控制流程示意图。图3为本方法与其他测量露点方法的结合示意图。图4为系统失调振荡及采用本法时消除系统振荡时的波形示意图。
具体实施方式
图1为冷镜式露点仪露点测量室剖面示意图，发光管1发射光，冷泵4 制冷，被测气体掠过镜面，并在镜面3上形成霜层，接收管2接收反射或散 射光。镜面3霜层的厚度影响接收管2接收到的光能量。本方法为通过处理 器5进行数据运算后，逐步控制冷泵4的电流从而精确控制镜面3温度以控制霜层厚度的方法。图2和图3示出本法逐步控制电流的流程示意图及与其他测量方法结合 使用时的流程示意图，由光电传感器接收管2感应霜层反射或散射的光能量 并输出电信号，处理器等时间间隔采集经A/D转换的电信号，计算当前光能 量与光能量目标值的偏差E及E的变化率AE。其中，若采用其他测量方法可 以完成测量，如，无系统振荡，则无需启用此方法；若无法完成测量，且E 小于预设值Eopen时，g卩，霜层过厚的情况下，可启用此方法处理器设定 不同的E和AE相对应的不同电流步长IS;图2中，E分为m个区间，AE分为n个区间，因此，可选用的电流步长有m乘n个，步长IS大小及多少可根 据实际情况设置，并由D/A输出在当前制冷电流上加上或减去步长IS的电流 模拟信号，从而引起冷泵4制冷电流的增加或减小，引起镜面温度的缓慢变 化，使镜面霜层厚度逐渐逼近特定厚度，特定厚度为接收管所接收的光能量 达目标光能量值时，水分子在镜面凝结的的速度等于从镜面逃逸的速度时的 厚度；当E值大于预设值Eclose时，g卩，霜层已接近特定厚度，系统自动恢 复至原测量方法，此时，系统便可快速稳定霜层的厚度了。其中，预设值Eopen 和Eclose需根据仪器性能等实际情况设置，且Eopen〈Eclose〈0。图中，Am 为E的区间，Al〈A2〈Am〈0 (m〉=2) ， Bmn为AE的区间，BmKBm2〈Bmn〈0 (n〉二2)， Cmn为输出电流步长值。其中，其他测量方法包括PID控制、模糊控制、人工智能控制等可以测 得露点的方法。图4中，纵坐标为温度T CC)，横坐标为时间t (s)，虚线所示为系统 振荡时无中间加湿过程的示意波形。若有中间加湿过程，则无等待时间，即 无虚线中部的水平部分，直接重复前一峰型波的相似过程，反复振荡。实线 为采用本方法消除系统控制失调的示意波形，防止了因系统控制失调振荡峰 形波的再生，使系统快速稳定，尽快测得露点值。
权利要求
1.一种冷镜式露点仪的控制方法，应用于系统控制失调引发系统振荡时，其特征在于在消露过程中，根据光能量偏差和光能量偏差变化率的不同区间设定相对应的电流调整步长来调整制冷电流的大小，使光能量逐渐逼近目标值，使霜层接近特定厚度。
2. 权利要求1所述的冷镜式露点仪的控制方法中，所述系统控制失调引发系 统振荡的情况包括高温工作环境、测量低湿度气体、高温环境下测量低 湿度气体及人为操作不当。
3. 权利要求l所述的冷镜式露点仪的控制方法中，所述的特定厚度为接收 管所接收的光能量达目标光能量值时，气体中的水蒸气冷凝成霜并达到相 平衡状态时镜面上霜层的厚度。
4. 权利要求l所述的冷镜式露点仪的控制方法中，所述设定相对应的电流调 整步长来调整制冷电流的大小为通过在当前制冷电流上加或减等于此步长 的电流值来调整制冷电流的大小。
5. 权利要求1至5中任意一项所述的冷镜式露点仪的控制方法中，所述控制 为PID控制、模糊控制、人工智能控制中的任意一种。
全文摘要
使用冷镜式露点仪测量露点，在高温工作环境下或测量低湿度气体或高温环境下测量低湿度气体或人为操作不当的情况下，会因系统控制失调引发系统振荡，导致露点难以或无法测量。本发明的控制方法，在消露过程中，根据光能量偏差和光能量偏差变化率的不同区间设定相对应的电流调整步长，并通过在当前制冷电流上加或减等于此步长的电流值来调整制冷电流的大小，控制镜面温度以控制霜层厚度，使光能量逐渐逼近目标值，即，使镜面上的霜层逐渐逼近特定厚度，从而消除系统控制失调而出现的振荡。此方法能精细调控消露时镜面霜层的厚度，从而阻止系统振荡的发生或终止振荡的继续，使之前难以或无法测量的露点测量得以实现。
文档编号G05B11/32GK101236166SQ20081000720
公开日2008年8月6日 申请日期2008年2月19日 优先权日2008年2月19日
发明者丁五行, 曾峥嵘, 李卓然, 李宝明, 杭志峰 申请人:丁五行