【正文】 A* (51)其中：C——流出系數(shù)；——流束膨脹修正系數(shù)；A——節(jié)流件開(kāi)孔截面積；——被測(cè)流量的密度；——節(jié)流件的前后壓力。為了解決流量指示的非線性問(wèn)題，需要在檢測(cè)系統(tǒng)中增加一個(gè)非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)（即開(kāi)方器）。開(kāi)方器可以依附在差壓計(jì)內(nèi)，即帶開(kāi)方器的差壓計(jì)，則差壓計(jì)輸出與差壓之間的關(guān)系為：ΔI1=K1 (52)也可以在差壓計(jì)后面插入一個(gè)開(kāi)方器，開(kāi)方器輸出為：ΔI2=K1 (53)由開(kāi)方器輸出到顯示儀表。增加一個(gè)開(kāi)方器后，標(biāo)尺長(zhǎng)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(cè)量信號(hào)或普通電信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出或能夠以通訊協(xié)議方式輸出的設(shè)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(fù)反饋原理工作的，其構(gòu)成原理如下圖所示，它包括測(cè)量部分（即輸入轉(zhuǎn)換部分）﹑放大器和反饋部分。圖51 變送器組成圖測(cè)量部分用以檢測(cè)被測(cè)變量x，并將其轉(zhuǎn)換成能被放大器接受的輸入信號(hào)Zi。反饋部分則把變送器的輸出信號(hào)y轉(zhuǎn)換成放開(kāi)信號(hào)Zf，再回送至輸入端。Zi與調(diào)零信號(hào)Z0的代數(shù)和同反饋信號(hào)Zf進(jìn)行比較，其差值ε送入放大器進(jìn)行放大，并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)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= (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(cè)量部分的轉(zhuǎn)換系數(shù)。溫度變送器與各種熱電偶或熱電阻配合使用，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成同一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，作為指示、記錄儀和控制器等的輸入信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度參數(shù)的顯示、記錄或自動(dòng)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(gè)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(shè)計(jì)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(zhǔn)源、冷端補(bǔ)償、放大單元、線性化處理、V/I轉(zhuǎn)換、斷偶處理、反接保護(hù)、限流保護(hù)等電路單元組成。它是將熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)經(jīng)冷端補(bǔ)償放大后，再由線性電路消除熱電勢(shì)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(hào)。為防止熱電偶測(cè)量中由于電偶斷絲而使控溫失效造成事故，變送器中還設(shè)有斷電保護(hù)電路。當(dāng)熱電偶斷絲或接觸不良時(shí)，變送器會(huì)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(shí)），而測(cè)溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本，使用熱電偶測(cè)溫一定要有冷端溫度補(bǔ)償。必須指出，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動(dòng)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(duì)測(cè)溫的影響，不起補(bǔ)償作用[20]。因此，還需采用其他修正方法來(lái)補(bǔ)償冷端溫度t0≠0℃時(shí)對(duì)測(cè)溫的影響。在本設(shè)計(jì)中四線制溫度變送器中要用兩個(gè)銅電阻，并且這兩個(gè)電阻的阻值在0℃時(shí)都固定為50Ω。當(dāng)選用的熱電偶型號(hào)不同時(shí)，需要調(diào)整阻值的是幾個(gè)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(guò)在反饋回路中增加一個(gè)和熱電偶非線性關(guān)系相同非線性回路即可。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(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，作為指示記錄儀、控制器或計(jì)算機(jī)裝置的輸入信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)上述變量的顯示、記錄或自動(dòng)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(shè)計(jì)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(gè)可變電容的傳感組件．該傳感器是一個(gè)完全封閉的組件，過(guò)程壓力、差壓通過(guò)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(hào)。電容式差壓變送器包括測(cè)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(guò)程是：輸入差壓ΔP作用于測(cè)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(dòng)電極）與兩固定電極所組成的差動(dòng)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(hào)，電流信號(hào)與調(diào)零信號(hào)的代數(shù)和同反饋信號(hào)進(jìn)行比較，其差值送入放大電路，經(jīng)放大得到整機(jī)的輸出電流I[21]。圖52 電容式差壓變送器的組成 執(zhí)行器的選擇執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)系指產(chǎn)生推力或位移的裝置，調(diào)節(jié)機(jī)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(dòng)、電動(dòng)和液動(dòng)三大類。液動(dòng)的很少用，而本設(shè)計(jì)由于要對(duì)煤氣進(jìn)行控制，則電動(dòng)也不宜使用，因此本設(shè)計(jì)使用氣動(dòng)執(zhí)行器。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)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(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的輸出力和推桿直線位移，以推動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。閥門定位器是與氣動(dòng)控制閥配套使用的，是氣動(dòng)控制閥的主要附件。它接受控制器的輸出信號(hào)，然后成比例的輸出信號(hào)至執(zhí)行機(jī)構(gòu)，當(dāng)閥桿移動(dòng)后，其位移量又通過(guò)機(jī)械裝置負(fù)反饋到閥門定位器，因此定位器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。閥門定位器能增加執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出功率，減少控制信號(hào)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(dòng)速度，提高信號(hào)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(jī)構(gòu)又稱控制閥（或調(diào)節(jié)閥），它與普通閥門一樣，是一個(gè)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(dòng)，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(yīng)地改變，從而達(dá)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(lái)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(jiǎn)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(chǎng)合。蝶閥的開(kāi)度與流量之間的關(guān)系，基本上呈線性比例變化。因此本設(shè)計(jì)選用氣動(dòng)蝶閥。氣動(dòng)碟閥是用隨閥桿轉(zhuǎn)動(dòng)的圓形蝶板做啟閉性,以實(shí)現(xiàn)啟用動(dòng)作的氣動(dòng)閥門主要做截?cái)嚅y使用,亦可設(shè)計(jì)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(lái)越多。碟閥的主要優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小重量輕，造價(jià)低，氣動(dòng)碟閥該特點(diǎn)尤其顯著，安裝在高空暗道，經(jīng)過(guò)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(dòng)碟閥全開(kāi)時(shí)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(shí)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(diǎn)，無(wú)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(shí)，應(yīng)充分考慮管路系統(tǒng)受壓力損失的影響，還應(yīng)考慮關(guān)閉時(shí)蝶板承受管道介質(zhì)壓力的堅(jiān)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(zhǎng)度和總體高度較小，開(kāi)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(dāng)要求蝶閥作控制流量使用時(shí)，最重要的時(shí)正確選擇蝶閥的尺寸和類型，使之能恰當(dāng)?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?yàn)樗m合于調(diào)節(jié)流量、壓力和溫度定值控制系統(tǒng)。小開(kāi)度時(shí)，節(jié)流面積變化平緩；大開(kāi)度時(shí)，節(jié)流面積變化快，可保證各開(kāi)度下的調(diào)節(jié)靈敏度相同。結(jié)束語(yǔ)步進(jìn)式加熱爐應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其自動(dòng)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(shí)也關(guān)系著各個(gè)行業(yè)對(duì)鋼材的使用。本設(shè)計(jì)主要對(duì)加熱爐燃燒控制的三個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行Simulink仿真比較，分析它們之間的優(yōu)劣。在本設(shè)計(jì)中，我們可以看出，串級(jí)比值控制系統(tǒng)反應(yīng)速度較快，但是其不能有效控制空氣過(guò)剩系數(shù)的上下限；單交叉限幅控制系統(tǒng)反應(yīng)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(guò)剩系數(shù)的上限值，但不能精確控制空氣過(guò)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(guò)剩系數(shù)下限值的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了把空氣過(guò)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(gè)高低選器，所以它的反應(yīng)速度最慢，因此在實(shí)際中應(yīng)用不多。最后，希望可以解決雙交叉限幅控制系統(tǒng)反應(yīng)速度慢的問(wèn)題，使本系統(tǒng)真正應(yīng)用于實(shí)際。參考文獻(xiàn)[1]翁維勤,[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007[2][M].北京:電子工業(yè)出版社,2008[3]張文明,[M].北京:清華大學(xué)出版社,2006[4]肖兵,[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2004[5]周俊霞,[M].北京:中國(guó)電力出版社,2007[6][M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007[7]張志君,[M]北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007[8][J].華東冶金學(xué)院學(xué)報(bào),1994.[9][J].華中理工大學(xué)學(xué)報(bào),1996[10](綜述)[J].[11][J].清華大學(xué)學(xué)報(bào),1998[12]桂先洲,[J].國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào),1994.[13][J].唐鋼學(xué)報(bào),1996[14]李檸,[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2001[15] 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