CN102410885A - 一种非侵入式声波测量温度的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非侵入式声波测量温度的方法，所述方法包括以下步骤：(1)通过高压气体在锅炉中产生声源；(2)由导波器接收声波并将声波传递给传声器，并通过放大器将声波放大；(3)通过信号电缆传送上述声波；(4)将上述声波通过数据采集卡接入计算机，以获得声波在锅炉的炉膛中传播的时间t；(5)计算出炉膛中的温度T。本发明还公开了一种非侵入式声波测量温度的系统。根据本发明的非侵入式声波测量温度的方法及系统，实时确定被测对象内部燃烧场的空间温度分布状态；非侵入式、全自动化不需日常维护，可长期稳定、可靠地工作。

Description

一种非侵入式声波测量温度的方法及系统

技术领域

本发明涉及温度测量领域，尤其涉及一种非侵入式声波测量温度的方法及系统。

背景技术

对于工业锅炉来说，其燃烧的基本要求在于建立和保持稳定的燃烧火焰。燃烧不稳定不仅会降低锅炉的热效率、产生污染物和噪声，而且在极端情况下，还会引起锅炉炉膛灭火，如果处理不当会诱发炉膛爆燃，造成安全事故。另外，工业燃烧过程具有瞬态变化、随机湍流、设备尺寸庞大、环境恶劣等特征，这些都给有关热物理量场参数的在线测量带来了困难，难以获得描述实际燃烧过程的热物理量场参数。特别是温度分布的测量很困难，导致燃烧调整得不到可靠的依据，燃烧优化运行无法实现。传统测温手段的局限是DCS(分散控制系统)所能监视到的仅是火焰有和无的信息；火焰视频可以直接观察炉膛火焰图像，但仅提供了定性的火焰有/无和一定的火色信息，没有定量的温度信息；烟温探针仅在启动过程中监视炉膛出口烟温，但不能完成全负荷工况监视。

因此，需要提供一种非侵入式声波测量温度的方法及系统以解决上述问题。

发明内容

为了解决该问题，本发明公开了一种非侵入式声波测量温度的方法，所述方法包括以下步骤：(1)通过高压气体在锅炉中产生声源；(2)由导波器接收声波并将声波传递给传声器，并通过放大器将声波放大；(3)通过信号电缆传送上述声波；(4)将上述声波通过数据采集卡接入计算机，以获得声波在锅炉的炉膛中传播的时间t；(5)根据下述公式计算出炉膛中的温度T：

$V=d/t=\sqrt{\mathrm{rRT}/M}$ ①

$T={\left(\frac{d}{\∂t}\right)}^2\×{10}^6-273.16$ ②

其中：V-声波在某种气体中的声速；d-声波传播距离；t-声波飞行时间；r-气体绝热指数；R-气体常数；T-绝对温度；M-气体分子量。

较佳地，所述高压气体的压力在6MPa以上。

较佳地，所述锅炉上设置有多个声源。

较佳地，在获得温度T后，进一步拟合出温度场等温线图、路径平均温度、区块平均温度。

本发明还公开了一种非侵入式声波测量温度的系统，所述系统包括导波管、传声器、前置放大器、信号电缆、控制线、电磁阀、现场控制柜、数据采集卡、现场工控机和中心监控系统，所述导波管安装在被测高温装置的检测口处，在所述导波管上设置有所述传声器，所述前置放大器与所述传声器连接，用以对所述声波进行放大，所述信号电缆与所述前置放大器连接以将所述声波接入所述数据采集卡，然后接入所述现场工控机，所述现场工控机以及所述控制线还与所述现场控制柜连接，所述现场控制柜和所述中心监控系统连接以进行监控，所述导波管上开孔并连接有所述电磁阀，以对进入的高压气体进行控制。

较佳地，所述导波管中通入高压气体，以产生声源。

较佳地，所述现场工控机通过上面的公式计算出炉膛中的温度T。

根据本发明的非侵入式声波测量温度的方法及系统，实时确定被测对象内部燃烧场的空间温度分布状态；非侵入式、全自动化不需日常维护，可长期稳定、可靠地工作。

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

以下结合附图，详细说明本发明的优点和特征。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的非侵入式声波测量温度系统的示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

以下结合附图对本发明的实施例做详细描述。

首先，本发明公开了一种非侵入式声波测量温度的方法，该方法包括以下步骤：

1、通过高压气体在锅炉中产生声源。该高压气体的压力较佳地在6MPa以上。在一个例子中，所述声源有多个。

2、由导波器接收声波并将声波传递给传声器，并通过放大器将声波放大；

3、通过信号电缆传送上述声波；

4、将上述声波通过数据采集卡接入计算机，以获得声波在在锅炉的炉膛中传播的时间t，即声波发射装置和接收装置之间的传播时间。

5、根据下述公式计算出炉膛中的温度：

$V=d/t=\sqrt{\mathrm{rRT}/M}$ ①

$T={\left(\frac{d}{\∂t}\right)}^2\×{10}^6-273.16$ ②

其中：

V-声波在某种气体中的声速，单位为m/s；

d-声波传播距离，单位为m；

t-声波飞行时间，单位为s；

r-气体绝热指数(等于定压比热容与定容比热容之比)；

R-气体常数，8.314J/(mol*K)；

T-绝对温度，单位为K；

M-气体分子量，单位为kg/mol。

对于特定的气体来说rR/M为常量，因此在得到声波飞行时间t后，可以通过上述两个公式获得d和炉膛中的温度T。

为了获得不同区域的温度T，可以设置多个声源和声波接收装置，以形成多个声波传播路径。在一个检测周期内顺序启闭各个声波发射接收器，并在处理后得到每条路径声波传播时间。在获得多个温度T后，可以根据现有技术中的算法拟合出温度场等温线图、路径平均温度、区块平均温度等温度指标。

本发明还公开了一种非侵入式声波测量温度系统。参考图1，是根据本发明一个实施例的非侵入式声波测量温度系统的示意图。其中示出了被测高温装置11。本发明的非侵入式声波测量高温系统包括：导波管7、传声器5、前置放大器6、信号电缆3、控制线4、电磁阀8、现场控制柜9、数据采集卡1、现场工控机2和中心监控系统10。导波管7安装在被测高温装置11的检测口处，在导波管7上设置有传声器5。前置放大器6与传声器5连接，用以对声波进行放大。信号电缆3与前置放大器6连接以将声波接入数据采集卡1，然后接入现场工控机2，现场工控机2以及控制线4还与现场控制柜9连接，现场控制柜9和中心监控系统10连接以对其进行监控。导波管7上开孔并连接有电磁阀8，以对进入的高压气体进行控制。导波管7中通入高压气体，以产生声源。

产生的声场经传声器5接收到高阻抗信号，后经前置放大器6信号调理后通过送入数据采集卡1中，通过上述的对数据的分析处理得出所需的路径平均温度值，再经过系统软件的拟合计算重建截面温度场；所述系统软件包括：菜单显示图例、等温线轮廓、区块温度随时间变化趋势图、通道或区块温度曲线、通道显示、温度统计的信息等。

根据本发明的非侵入式声波测量温度的方法及系统，实时确定被测对象内部燃烧场的空间温度分布状态；非侵入式、全自动化不需日常维护，可长期稳定、可靠地工作。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (7)

1.一种非侵入式声波测量温度的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)通过高压气体在锅炉中产生声源；

(2)由导波器接收声波并将声波传递给传声器，并通过放大器将声波放大；

(3)通过信号电缆传送上述声波；

(4)将上述声波通过数据采集卡接入计算机，以获得声波在锅炉的炉膛中传播的时间t；

(5)根据下述公式计算出炉膛中的温度T：

$V=d/t=\sqrt{\mathrm{rRT}/M}$ ①

$T={\left(\frac{d}{\∂t}\right)}^2\×{10}^6-273.16$ ②

其中：

V-声波在某种气体中的声速；

d-声波传播距离；

t-声波飞行时间；

r-气体绝热指数；

R-气体常数；

T-绝对温度；

M-气体分子量。

2.按照权利要求1所述的非侵入式声波测量温度的方法，其特征在于，所述高压气体的压力在6MPa以上。

3.按照权利要求1所述的非侵入式声波测量温度的方法，其特征在于，所述锅炉上设置有多个声源。

4.按照权利要求3所述的非侵入式声波测量温度的方法，其特征在于，在获得温度T后，进一步拟合出温度场等温线图、路径平均温度、区块平均温度。

5.一种非侵入式声波测量温度的系统，所述系统包括导波管、传声器、前置放大器、信号电缆、控制线、电磁阀、现场控制柜、数据采集卡、现场工控机和中心监控系统，所述导波管安装在被测高温装置的检测口处，在所述导波管上设置有所述传声器，所述前置放大器与所述传声器连接，用以对所述声波进行放大，所述信号电缆与所述前置放大器连接以将所述声波接入所述数据采集卡，然后接入所述现场工控机，所述现场工控机以及所述控制线还与所述现场控制柜连接，所述现场控制柜和所述中心监控系统连接以进行监控，所述导波管上开孔并连接有所述电磁阀，以对进入的高压气体进行控制。

6.按照权利要求5所述的非侵入式声波测量温度的系统，其特征在于，所述导波管中通入高压气体，以产生声源。

7.按照权利要求5所述的非侵入式声波测量温度的系统，其特征在于，所述现场工控机通过下述公式计算出炉膛中的温度T：

$V=d/t=\sqrt{\mathrm{rRT}/M}$ ①

$T={\left(\frac{d}{\∂t}\right)}^2\×{10}^6-273.16$ ②

其中：

V-声波在某种气体中的声速；

d-声波传播距离；

t-声波飞行时间；

r-气体绝热指数；

R-气体常数；

T-绝对温度；

M-气体分子量。

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