专利名称：一种微型燃气轮机的温度采集装置的制作方法
技术领域：
本发明属于燃气轮机技术领域，特别涉及一种微型燃气轮机的温度采集装置。
背景技术：
国内微型燃机发电与控制技术研究刚刚起步，目前总体上处于引进吸收、研制开发的阶段。国外在微型燃机发电机组及电力变换控制系统的研究方面已经领先了一步，有了较为先进和完整的微型燃机供电系统。由于我国节能工作的需要、工业用热需求量大、民用采暖和生活用热迅速增加以及农村小热、电的发展需要等，使得微型燃机发电系统具有十分广阔的市场应用前景。但目前对微型燃气轮机简称燃机的温度采集大多采用PLC控制方式或直接测量，采用PLC控制方式存在成本高、采集速度慢，精度低得缺点；采用直接测量时由于燃机中进气温度很高，测量元件很容易被烧毁，温度场也很不均匀，其温度很难直接测量。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种微型燃气轮机的温度采集装置(该项成果为国家高技术研究发展计划(“863”计划)课题成果)。
燃料控制系统包括上位机、显示单元及通讯装置、中央控制装置、燃烧控制装置、燃料压力控制装置、逆变控制装置、软启动控制装置、电池管理装置；其中显示单元及通讯装置分别与上位机、中央控制装置相连，燃烧控制装置、燃料压力控制装置、逆变控制装置、软启动控制装置、电池管理装置相连，如图1所示。
温度采集装置是中央控制装置的一部份，包括数字信号处理器TM320LF2407A、热电偶温度补偿电路、热电偶变换器；温度采集装置的电路原理图如图2所示，13路热电偶温度补偿电路的输出端分别与13路热电偶变换器的输入端相连，13路热电偶变换器的输出端与数字信号处理器的A/D口相连。
热电偶的温度补偿电路如图3所示，包括热电偶、放大器、稳压芯片、集成温度传感器；其中热电偶一端与放大器U1的正相输入端相连，另一端即冷端与稳压芯片MC1403的脚2，集成温度传感器AD590分别与放大器U1的反相输入端相连。U1的输出端连接到热电偶变换器的输入端。
热电偶变换器的电路原理图如图4所示；包括放大器OP07、放大器LM324、稳压芯片MC1403、集成温度传感器AD590及电阻；其中取样信号IN1直接与AD590、电阻R1相连；取样信号IN2通过电阻R2与连接放大器OP07的反向输入端脚2相连，放大器OP07的输出端脚6通过电阻R6与放大器LM324的反向输入端脚9相连，稳压芯片MC1403的脚2通过可调电阻RP10、电阻R3与放大器OP07的同向输入端相连，放大器LM324的同向输入端脚10通过电阻R7与电源地相连。放大器LM324的输出端连接到数字信号处理器的A/D口。
燃机中控制透平进气温度是非常重要的控制量。由于进气温度很高，测量元件很容易被烧毁，温度场也很不均匀，其温度很难直接测量，因此用间接的测量方法对其进行检测控制。燃机控制系统的工作过程如图5所示，空气经压气机压缩之后，进入回热器加热，再送入燃烧室，燃烧室输出的热空气吹动透平机旋转，透平机获得的动力分别推动压气机、动力机工作；从透平机产生的废气经截留阀1排出，经节流阀2加热回热气后排空；热电偶设在回热器。
间接温度测量的原理图如图6所示，根据透平排出的气体温度T2*和透平进气温度T1*在特性曲线网上的走向最为相似，并且T2*是反映T1*的主要因素的特性，通过补充其它因素进行修正以达到对T1*的监测和控制。
通过压气机出口压力p2进行修正根据透平进气温度T1*随T2*以及透平进出口气体压气比πT的关系T2*=T1*[1-(1-1πTmgηT)]---(1)]]>其中ηT为热效率，是，m＝1......m；可得T1=T2*1-ηT+1πTmgηT---(2)]]>式中mg=kg-1kg]]>(kg＝1.33——比热比)。
对单轴恒速运行的燃机T1*是需要控制的量，当系统满载时πT的变化量很小，将上式在小范围内进行线性化得ΔT1*=∂T1*∂T2*ΔT2*+∂T1*∂πTΔπT---(3)]]>
∂T1*∂T2*=11-ηT+1πTmgηT---(4)]]>∂T1*∂T2*=T2*mgηTπT-(mg+1)(1-ηT+1πTmgηT)2---(5)]]>在πT变化很小时，通过改变T2*值的变化来加以修正保持T1*不变，即ΔT1*=0,]]>建立ΔT2*与ΔπT之间关系ΔT2*ΔπT=-(∂T1*∂πT)/(∂T1∂T2*)---(6)]]>上式在保持T1*不变条件下，ΔT2*随ΔπT变化的曲线就是线性化后的等T1*线。可以看出以T2*间接测量T1*时，应用πT修正方法，达到对温度T1*的控制。
本发明的特点是成本低、并可进行直接测量，采集速度快，精度高，功耗低，抑制干扰的能力也很强，用于较远距离的温度测量。
图1为燃气轮机系统结构框图；图2为温度采集装置的结构框图；图3为温度补偿电路；图4为热电偶变换电路图；图5为燃机控制系统的结构框图；图6为间接温度测量原理图；具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
温度采集器是中央控制器的一部份，包括数字信号处理器、热电偶温度补偿电路、热电偶变换器；温度采集器的电路原理图如图2所示，13路热电偶温度补偿电路的输出端分别与13路热电偶变换器的输入端相连，13路热电偶变换器的输出端与数据处理器的A/D口相连。
热电偶的温度补偿电路如图3所示，包括热电偶、放大器、稳压芯片、集成温度传感器；热电偶一端与放大器的正相输入端相连，另一端即冷端与稳压芯片MC1403的脚2，集成温度端。当热电偶处于0℃环境中时，冷端无须补偿，但0℃时AD590仍有273.2μA电流输出，欲使它不在冷端产生补偿电压，必须有偏置电路。
热电偶变换器的电路原理图如图4所示；包括放大器OP07、放大器LM324、稳压芯片MC1403、集成温度传感器AD590及电阻；取样信号IN1直接与AD590、电阻R1相连；取样信号IN2通过电阻R2与连接放大器OP07的反向输入端脚2相连，放大器OP07的输出端脚6通过电阻R6与放大器LM324的反向输入端脚9相连，稳压芯片MC1403的脚2通过可调电阻RP10、电阻R3与放大器OP07的同向输入端相连，放大器LM324的同向输入端脚10通过电阻R7与电源地相连。放大器LM324的输出端连接到数字信号处理器的A/D口。
由于热电偶是差分温度测量器件，在处理热电偶信号时以冷结点作为参考端，考虑到非零摄氏度冷结点的电压，必须对热电偶输出电压进行冷结点补偿。利用AD590的线性温敏特性，可以给温差电偶的参考端(冷端)提供温度补偿，使热电偶的冷端在任何环境温度下仅产生0V电动势。
Ur为测量端电压，Uk为冷端电压，Ik为AD590输出电流，Rc为电阻Rc上的压降，也即补偿电压，Vref为参考电压。电路中利用AD590感受冷端的环境温度，在25℃环境温度上下25℃范围内(即0℃～50℃)。
权利要求
1.一种微型燃气轮机的温度采集装置，其特征在于该采集装置包括数字信号处理器、热电偶温度补偿电路、热电偶变换器；13路热电偶温度补偿电路的输出端分别与13路热电偶变换器的输入端相连，13路热电偶变换器的输出端与数字信号处理器的A/D口相连。
2.根据权利要求1所述的数字信号处理器，其特征在于该数字信号处理器采用TM320LF2407A。
3.根据权利要求1所述的热电偶温度补偿电路，其特征在于该补偿电路包括热电偶、放大器、稳压芯片、集成温度传感器；其中热电偶一端与放大器U1的正相输入端相连，另一端即冷端与稳压芯片MC1403的脚2，集成温度传感器AD590分别与放大器U1的反相输入端相连，U1的输出端连接到热电偶变换器的输入端。
4.根据权利要求1所述的热电偶变换器，其特征在于该变换器包括放大器OP07、放大器LM324、稳压芯片MC1403、集成温度传感器AD590及电阻；取样信号IN1直接与AD590、电阻R1相连；取样信号IN2通过电阻R2与连接放大器OP07的反向输入端脚2相连，放大器OP07的输出端脚6通过电阻R6与放大器LM324的反向输入端脚9相连，稳压芯片MC1403的脚2通过可调电阻RP10、电阻R3与放大器OP07的同向输入端相连，放大器LM324的同向输入端脚10通过电阻R7与电源地相连，放大器LM324的输出端连接到数字信号处理器的A/D口。
全文摘要
一种微型燃气轮机的温度采集装置，包括数字信号处理器、热电偶温度补偿电路、热电偶变换器；13路热电偶温度补偿电路的输出端分别与13路热电偶变换器的输入端相连，13路热电偶变换器的输出端与数字信号处理器的A/D口相连；数字信号处理器采用TM320LF2407A；本发明的特点是成本低、并可进行直接测量，采集速度快，精度高，功耗低，抑制干扰的能力也很强，用于较远距离的温度测量。
文档编号G08C19/00GK101093612SQ200710011969
公开日2007年12月26日 申请日期2007年7月5日 优先权日2007年7月5日
发明者张化光, 闫士杰, 李爱平, 陈宏志, 边春元, 金玉玉 申请人:东北大学