【正文】 勢穩(wěn)定性及在高溫下抗氧化性能好，適用于氧化性和惰性氣氛中。 而 R 型熱電偶（ 鉑銠 13鉑熱電偶 ）與 S 型熱電偶性能相仿。 鉑銠 30鉑銠 6 熱電偶 （ B 型） 該熱電偶長期最高使用溫度為 1600℃ ，短期最高使用溫度為 1800℃ 。 B 型熱電偶在熱電偶系列中具有準確度最高，穩(wěn)定性最好，測溫溫區(qū)寬，使用壽命長，測溫上限高等南通紡織技術(shù)學院畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 36 優(yōu)點。適用于氧化性和惰性氣氛中，也可短期用于真空中，但不適用于還原性氣氛或含有金屬或非金屬蒸氣氣氛中。鎳鉻 鎳硅熱電偶 （ K 型） 其使用溫度為200~1300℃ 。 K 型 熱電偶具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強，價格便宜等優(yōu)點，能用于氧化性惰性氣氛中。鎳鉻硅 鎳硅熱電偶 （ N型） 其使用溫度為 200~1300℃ 。 N型熱電偶具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強，價格便宜，不受短程有序化影響等優(yōu)點 。 鎳鉻 銅鎳熱電偶 （ E 型） 該熱電偶的使用溫度為200~900℃ 。 E 型熱電偶熱電動勢之大，靈敏度之高屬所有熱電偶之最，宜制成熱電堆，測量微小的溫度變化。對于高濕度氣氛的腐蝕不甚靈敏，宜用于濕度較高的環(huán)境。鐵 銅鎳熱 電偶 （ J 型） 通常使用的溫度范圍為 0~750℃ ， J 型熱電偶具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和均勻性較好，價格便宜等優(yōu)點 。 銅 銅鎳熱電偶 （ T 型） 測量溫區(qū)為 200~350℃ ， T 型熱電偶具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和均勻性較好，價格便宜等優(yōu)點 。綜上所述，本設計采用 S 型和 K 型熱電偶。其中， K 型應用于預熱段， S 型應用于其它兩端 [17]。 為使熱電偶使用壽命長，不可以把熱電偶的電極直接和被測介質(zhì)接觸，可以采用保護管進行保護。 壓力和流量的測量 本設計中，空氣和煤氣的流量測量使用的 是孔板流量計?？装?流量計可以通過測量壓差來衡量流體流量的大小。 其具體工作原理是： 充滿管道的流體，當它們流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置時，流束將在節(jié)流裝置的節(jié)流件處形成局部收縮，從而使流速增加，靜壓力低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓力降，即壓差，介質(zhì)流動的流量越大，在節(jié)流件前后產(chǎn)生的壓差就越大 ，通過測量壓差最終計算出流量。如下是其關(guān)系式： Q=C*? *A* ?/)21(2 pp ? (51) 其中： C—— 流出系數(shù)； ? —— 流束膨脹修正系數(shù)； A—— 節(jié)流件開孔截面積； 南通紡織技術(shù)學院畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 37 ? —— 被測流量的密度； 2,1pp —— 節(jié)流件的前后壓力。 為了解決流量指示的非線性問題，需要在檢測系統(tǒng)中增加一個非線性補償環(huán)節(jié)（即開方器）。開方器可以依附在差壓計內(nèi)，即帶開方器的差壓計，則差壓計輸出與差壓之間的關(guān)系為： ΔI1=K1 PK ?2 (52) 也可以在差壓計后面插入一個開方器，開 方器輸出為： Δ I2=K1 I1? (53) 由開方器輸出到顯示儀表。增加一個開方器后，標尺長度與流量即成為線性關(guān)系： l=Kqm[18] (54) 變送器的選取 變送器就是 將物理測量信號或普通電信號轉(zhuǎn)換為標準電信號輸出或能夠以通訊協(xié)議方式輸出的設備。一般分為：溫度 /濕度變送器，壓力變送器，差壓變送器，液位變送器，電流變送器，電量變送器，流量變送器，重量變送器等。 變送器是基于負反饋原理工作的，其構(gòu)成原理 如下圖所示，它包括測量部分（即輸入轉(zhuǎn)換部分 ）﹑放大器和反饋部分。 圖 51 變送器組成圖 南通紡織技術(shù)學院畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 38 測量部分用以檢測被測變量 x，并將其轉(zhuǎn)換成能被放大器接受的輸入信號Zi。 反饋部分則把變送器的輸出信號 y 轉(zhuǎn)換成放開信號 Zf，再回送至輸入端。Zi 與調(diào)零信號 Z0 的代數(shù)和同反饋信號 Zf 進行比較，其差值 ε 送入放大器進行放大，并轉(zhuǎn)換成標準輸出信號 y[19]。 由上圖可以求得變送器輸出和輸入之間的關(guān)系為 y= ? ?01 ZCxKFK ?? (55) 式中： K—— 放大器的放大系數(shù)； F—— 反饋部分的反饋系數(shù)； C—— 測量部分的轉(zhuǎn)換系數(shù)。 溫度變送器 溫度變送器與各種熱電偶或熱電阻配合使用，將溫度信號轉(zhuǎn)換成同一標準信號，作為指示、記錄儀和控制器等的輸入信號，以實現(xiàn)對溫度參數(shù)的顯示、記錄或自動控制。 溫度變送器有兩線制和四線制之分，各類變送器又有三個品種，即直流毫伏變送器、熱電偶溫度變送器和熱電偶溫度變送器。其中第一種可以和熱電偶和熱電阻配合使用。由于煤氣易爆，而兩線制的溫度變送器一般用在防爆要求不高的地方，因此本設計用的是四線制熱電偶溫度變送器。 熱電偶溫度變送器一 般由基準源、冷端補償、放大單元、線性化處理、 V/I轉(zhuǎn)換、斷偶處理、反接保護、限流保護等電路單元組成。它是將熱電偶產(chǎn)生的熱電勢經(jīng)冷端補償放大后，再由線性電路消除熱電勢與溫度的非線性誤差，最后放大轉(zhuǎn)換為 4～ 20mA 電流輸出信號。為防止熱電偶測量中由于電偶斷絲而使控溫失效造成事故，變送器中還設有斷電保護電路。當熱電偶斷絲或 接觸 不良時，變送器會輸出最大值以使儀表切斷電源。 由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時），而測溫點到儀表的距離都很遠，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本， 使用熱電偶測溫一定要有冷端溫度補 償。 必須指出，熱電偶補償導線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補償作用 [20]。因此，還需采用其他修正方法來補償冷端溫度 t0≠0℃ 時對測南通紡織技術(shù)學院畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 39 溫的影響。 在本設計中四線制溫度變送器中要用兩個銅電阻，并且這兩個電阻的阻值在 0℃ 時都固定為 50Ω。當選用的熱電偶型號不同時，需要調(diào)整阻值的是幾個錳銅電阻或精密金屬薄膜電阻。 熱電偶溫度變送器的線性化，就是通過在反饋回路中增加一個和熱電偶非線性關(guān)系相同非線性回路即可。 差壓變送器的選取 差壓變 送器是將液體、氣體或蒸汽的壓力、流量、液位等工藝變量轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標準信號，作為指示記錄儀、控制器或計算機裝置的輸入信號，以實現(xiàn)對上述變量的顯示、記錄或自動控制。常用的差壓變送器有力平衡式差壓變送器和電容式差壓變送器兩種，本設計使用的是電容式差壓變送器。 電容式 差壓變送器的原理 ： 電容式變送器有一個可變電容的傳感組件．該傳感器是一個完全封閉的組件 ， 過程壓力、差壓通過隔離膜片和灌充液硅油傳到傳感膜片引起位移．傳感膜片和兩電容極板之間的電容差由電子部件轉(zhuǎn)換 成420mA 的輸出電信號。 電容式差壓變送器包括測量部分和 轉(zhuǎn)換放大部分，其構(gòu)成方框圖如下所示。工作過程是：輸入差壓Δ P 作用于測量部分的感壓膜片，使其產(chǎn)生位移，從而使感壓膜片（即可動電極）與兩固定電極所組成的差動電容器的電容量發(fā)生變化。此電容變化量由電容 電流轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成直流電流信號，電流信號與調(diào)零信號的代數(shù)和同反饋信號進行比較，其差值送入放大電路，經(jīng)放大得到整機的輸出電流 I[21]。 圖 52 電容式差壓變送器的組成 南通紡織技術(shù)學院畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 40 執(zhí)行器的選擇 執(zhí)行器由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)組成。執(zhí)行機構(gòu)系指產(chǎn)生推力或位移的裝置，調(diào)節(jié)機構(gòu)系指直接改變能量或物料輸送量的裝置，通常稱控制 閥（調(diào)節(jié)閥）。 執(zhí)行器按其能源可分為氣動、電動和液動三大類。液動的很少用，而本設計由于要對煤氣進行控制，則電動也不宜使用，因此本設計使用氣動執(zhí)行器。 氣動執(zhí)行機構(gòu)接受電 /氣轉(zhuǎn)換器（或電 /氣閥門定位器）輸出的氣壓信號，并將其轉(zhuǎn)換成相應的輸出力和推桿直線位移，以推動調(diào)節(jié)機構(gòu)動作。 閥門定位器是與氣動控制閥配套使用的，是氣動控制閥的主要附件。它接受控制器的輸出信號，然后成比例的輸出信號至執(zhí)行機構(gòu)，當閥桿移動后，其位移量又通過機械裝置負反饋到閥門定位器，因此定位器和執(zhí)行機構(gòu)構(gòu)成了一個閉環(huán)系統(tǒng)。閥門定位器能增加執(zhí)行機 構(gòu)的輸出功率，減少控制信號的傳遞滯后，克服閥桿的摩擦力和消除不平衡力的影響，加快閥桿的移動速度，提高信號與閥位間的線性度，從而保證控制閥的正確定位。 調(diào)節(jié)機構(gòu)又稱控制閥（或調(diào)節(jié)閥），它與普通閥門一樣，是一個局部阻力可以變化的節(jié)流元件。由于閥芯在閥體內(nèi)移動，改變了閥芯與閥座之間的流通面積，即改變了閥的阻力系數(shù)，被控介質(zhì)的流量相應地改變，從而達到控制工藝變量的目的。 蝶閥 （又名碟閥） 的擋板以轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)來控制流體的流量。它由閥體、擋板、擋板軸和軸封等部件組成。其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、成本低、流通能力大，特別適 用于低壓差、大口徑、大流量氣體和帶有懸浮物流體的場合 。 蝶閥的開度與 流量 之間的關(guān)系，基本上呈線性比例變化。 因此本設計選用氣動蝶閥。 氣動碟閥是用隨 閥桿 轉(zhuǎn)動的圓形蝶板做啟閉性 ,以實現(xiàn)啟用動作的氣動閥門主要做截斷閥使用 ,亦可設計成具有調(diào)節(jié)或段閥兼調(diào)節(jié)的功能，目前碟閥在低壓大中口徑管道上的使用越來越多。 碟閥的主要優(yōu)點，結(jié)構(gòu)簡單，體積小重量輕，造價低，氣動碟閥該特點尤其顯著，安裝在高空 暗道，經(jīng)過二位五通電磁閥控制操作方便，也可調(diào)節(jié)流量介質(zhì)。流體阻力較小，中大口徑的氣動碟閥全開時有效流通面積較大，啟閉迅速省力，蝶板旋轉(zhuǎn) 90角度即可完成啟閉，由于轉(zhuǎn)軸兩側(cè)碟板南通紡織技術(shù)學院畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 41 手介質(zhì)作用力接近相等，而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向相反，因而啟閉力矩較小，低壓下可實現(xiàn)良好的密封，碟閥密封材料有丁晴橡膠、氟橡膠，食用橡膠，襯四氟故密封性能良好，其中硬密封碟閥為軟硬層疊式金屬片具有金屬硬密封和彈性密封的重優(yōu)點，無論在低溫情況下均具有優(yōu)良的密封性能。 蝶閥適用于流量調(diào)節(jié)。由于蝶閥在管路中的壓力損失比較大，大約是閘閥的三倍，因此在選擇蝶 閥時，應充分考慮管路系統(tǒng)受壓力損失的影響，還應考慮關(guān)閉時蝶板承受管道介質(zhì)壓力的堅固性。此外，還必須考慮在高溫下彈性閥座材料所承受工作溫度的限制。蝶閥的結(jié)構(gòu)長度和總體高度較小，開啟和關(guān)閉速度快，且具有良好的流體控制特性，蝶閥的結(jié)構(gòu)原理最適合制作大口經(jīng)閥門。當要求蝶閥作控制流量使用時，最重要的時正確選擇蝶閥的尺寸和類型，使之能恰當?shù)?、有效地工作? 蝶閥的調(diào)節(jié)流量特性均選用等百分比特性，因為它適合于調(diào)節(jié)流量、壓力和溫度定值控制系統(tǒng)。小開度時，節(jié)流面積變化平緩；大開度時，節(jié)流面積變化快，可保證各開度下的調(diào)節(jié)靈敏度相 同。 南通紡織技術(shù)學院畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 42 結(jié)束語 步進式加熱爐應用越來越廣泛，其自動控制水平的高低關(guān)系不僅著鋼坯的質(zhì)量和加熱爐的使用壽命即耗能，同時也關(guān)系著各個行業(yè)對鋼材的使用。本設計主要對加熱爐燃燒控制的三個系統(tǒng)進行 Simulink 仿真比較，分析它們之間的優(yōu)劣。 在本設計中，我們可以看出，串級比值控制系統(tǒng)反應速度較快，但是其不能有效控制空氣過剩系數(shù)的上下限；單交叉限幅控制系統(tǒng)反應速度較慢，可是由于其中添加了偏置單元，可以有效控制空氣過剩系數(shù)的上限值，但不能精確控制空氣過剩系數(shù)的下限值；雙交叉解決了單交叉控制系統(tǒng) 不能有效控制空氣過剩系數(shù)下限值的問題，實現(xiàn)了把空氣過剩系數(shù)限制在最佳燃燒區(qū)內(nèi)的目的，但是由于雙交叉控制系統(tǒng)有四個高低選器，所以它的反應速度最慢，因此在實際中應用不多。 最后，希望可以解決雙交叉限幅控制系統(tǒng)反應速度慢的問題，使本系統(tǒng)真正應用于實際。 南通紡織技術(shù)學院畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 43 參考文獻 [1]翁維勤 ,孫洪程 .過程控制系統(tǒng)及仿真 [M].北京 :化學工業(yè)出版社 ,2021 [2]蔣珉 .控制系統(tǒng)計算機仿真 [M].北京 :電子工業(yè)出版社 ,2021 [3]張文明 ,志軍 .組態(tài)軟件控制技術(shù) [M].北京 :清華大學出版社 ,2021 [4]肖兵 ,毛宗源 .燃燒控制器的理論與應用 [M].北京 :國防工業(yè)出版社 ,2021 [5]周俊霞 ,趙勁松等 .熱工控制系統(tǒng) [M].北京 :中國電力出版社 ,2021 [6]辛廣路 .鍋爐運行與操作指南 [M].北京 :機械工業(yè)出版社 ,2021 [7]張志君 ,宋彤等 .現(xiàn)代檢測與控制技術(shù) [M]北京 :化學工業(yè)出版社 ,2021 [8]葛蘆生 .加熱爐燃燒控制方案分析及仿真研究 [J].華東冶金學院學報 ,1994. 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