CN103808784A - 一种氧化锆氧量测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氧化锆氧量测量装置及方法，氧化锆氧量测量装置包括依次连接的氧化锆检测器中的测温传感器、计算机、控温电路及氧化锆检测器，氧化锆氧量测量方法先是通过模糊控制的方法，确保氧化锆检测器工作在一个稳定的工作温度范围内，然后由氧化锆检测器输出氧电势和待测气体的温度值，再利用能斯特公式的变换公式计算出氧化锆检测器所要检测的气体氧气浓度，本发明的有益效果是用模糊控制的方法取代传统PID控温方法，解决了由于传统氧化锆氧量仪表的电加热炉的对象特性由于环境因素发生变化而影响PID控温算法的控制效果导致仪表测量被测气体氧浓度不准确的问题，提高了氧化锆仪表的测量精度和使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种氧化锆氧量测量装置及方法；属于自动控制技术领域。
技术背景
烟气含氧量是衡量火力发电企业生产效率的重要指标之一。烟气氧量过高说明进入炉膛的空气过多，多余的空气带走了大量热量，增加了排烟损失，降低了锅炉效率；而烟气氧量低则说明进入炉膛的空气不足，燃料不能充分燃烧，严重时甚至有导致锅炉灭火的危险。因此，准确测量烟气含氧量具有重要的现实意义。
传统方法以及传统氧化锆氧量仪表都是依据浓差电池原理测氧，即使氧化锆工作在一个固定的工作温度下，由参比气体中氧气分压和浓差电池电动势通过能斯特(Nernst)公式计算出氧化锆另一侧被测气体中氧气分压，从而推导出被测气体氧浓度。由于需要固定的工作温度，就需要通过PID控温算法对电加热炉进行温度控制，控制的温度越准确，氧化锆仪表所测被测气体的氧浓度就越准确。但是由于电加热炉长期处于高温和腐蚀的环境下，电加热炉的对象特性会发生变化，常规的PID控温算法的控制品质也就会受到影响，进而影响了氧化锆的测量精度。
发明内容
本发明提供一种氧化锆氧量测量装置及方法，以解决传统氧化锆氧量仪表的电加热炉的对象特性由于环境因素发生变化而影响PID控温算法的控制效果导致仪表测量被测气体氧浓度不准确的问题。
本发明的氧化锆氧量测量装置包括依次连接的氧化锆检测器中的测温传感器、计算机、控温电路及氧化锆检测器，所述计算机安装有模糊控制程序模块，所述的氧化锆检测器包括加热元件和氧化锆锆管，其中所述测温传感器用于实时检测氧化锆检测器的氧化锆锆管内取样点工艺气体处温度，并根据预设的工作温度计算出温度变化值，将所述的氧化锆锆管内取样点工艺气体处温度和所述的温度变化值提供给所述的模糊控制程序模块；所述模糊控制程序模块，用于根据工艺气体处温度值和温度的变化值确定其温度等级和温度变化值所属的等级，再与预先存储的控制规则表进行匹配得到控制量，将所述的控制量对应的控制信号提供给所述的控温电路；所述的控温电路用于接收所述的模糊控制程序模块提供的控制信号，并根据所述控制信号自动控制氧化锆检测器内氧化锆锆管内温度。所述氧化锆锆管内取样点工艺气体是指氧化锆检测器所测的待测气体。
所述的氧化锆检测器中的测温传感器是一个K型的热电偶，放置于氧化锆检测器顶部，用于实时检测氧化锆检测器内部工作温度。
所述的模糊控制程序模块包括：
模糊集和论域确定模块，用于将所述的工艺气体处温度值和温度的变化值分别划分等级得到所述温度等级和温度变化值所属等级的论域，并确定所述工艺气体处温度所属的温度等级和所述温度变化值所属的等级的论域上的模糊集；
模糊化处理模块，用于确定所述工艺气体处温度所属的温度等级和温度的变化值所属的等级的论域中的元素分别对于所述工艺气体处温度所属的温度等级和温度的变化值所属的等级的模糊集的隶属度；
控制规则确定模块，用于根据所述工艺气体处温度所属的温度等级和温度的变化值所属的等级建立控制规则库，并根据建立的控制规则库及所述工艺气体处温度所属的温度等级和温度的变化值所属等级的论域中的元素对于所述工艺气体处温度所属的温度等级和温度的变化值所属的等级的模糊集的隶属度获得所述规则控制表。
所述控制规则库中的控制规则包括：若所述工艺气体处温度的温度变化值所属的等级大于一个阀值，所述的工艺气体处温度所属的温度等级为第一等级以上，则将所述控制量设定为第一预设值。
本发明的一种氧化锆氧量测量方法先是通过模糊控制的方法，确保氧化锆检测器工作在一个稳定的工作温度范围内，然后由氧化锆检测器输出氧电势和待测气体的温度值，再利用能斯特（Nernst）公式的变换公式计算出氧化锆检测器所要检测的气体氧气浓度，由于本发明采用了模糊控制所以不受被控对象的模型特性所影响，可以有效且便捷的实现人的控制策略和经验；具体步骤如下：
利用氧化锆检测器中的测温传感器测量氧化锆锆管内取样点工艺气体处温度，并根据预设的工作温度计算出温度变化值，将所述的氧化锆锆管内取样点工艺气体处温度和所述的温度变化值提供给所述的模糊控制程序模块；
利用所述模糊控制程序模块根据所述温度检测器提供的氧化锆锆管内取样点工艺气体处温度确定所述温度所属的温度等级，再与预先存储的控制规则表进行匹配得到控制量，将所述的控制量对应的控制信号提供给控温电路；
利用所述的控温电路接收所述的模糊控制程序模块提供的控制信号，并根据所述控制信号自动控制氧化锆检测器内氧化锆锆管内的温度；
通过模糊控的方法使氧化锆检测器内部的氧化锆锆管的工作温度稳定在一个工作范围内，然后由氧化锆检测器输出的氧电势和待测气体的温度值，再利用能斯特（Nernst）公式变换公式计算出氧化锆检测器所要检测的气体氧气浓度。
本发明的有益效果是：用模糊控制的方法取代传统PID控温方法，本发明与传统方法差别在于不要求精确的控温精度而只要稳定在工作温度范围内即可。本发明通过模糊控制程序模块获取预先存储的控制规则表，并将工艺气体处温度值所述的温度等级和温度的变化值所述的等级与预先存储的控制规则表进行匹配得到控制量，再将所述的控制量对应的控制信号提供给所述的控温电路，控温电路用于接收所述的模糊控制程序模块提供的控制信号，并根据所述控制信号自动控制氧化锆检测器内氧化锆锆管内温度。解决了由于传统氧化锆氧量仪表的电加热炉的对象特性由于环境因素发生变化而影响PID控温算法的控制效果导致仪表测量被测气体氧浓度不准确的问题，提高了氧化锆仪表的测量精度和使用寿命，延长了氧化锆氧量仪表的维修周期，节约了设备成本；具有较强的实用价值和现实意义。
附图说明
图1是本发明一种氧化锆氧量测量装置的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
如图1所示，所述氧化锆氧量测量装置包括：氧化锆检测器中的测温传感器1、计算机2、控温电路3和氧化锆检测器4，所述计算机2安装有模糊控制程序模块，所述的氧化锆检测器4包括加热元件401和氧化锆锆管402。
氧化锆检测器4中的测温传感器1用于实时检测氧化锆检测器4中的氧化锆锆管内取样点工艺气体处温度，并根据预设的工作温度计算出温度变化值，将氧化锆锆管402内取样点工艺气体处温度和温度变化值提供给安装在计算机2中的模糊控制程序模块。
氧化锆锆管402内取样点工艺气体是指氧化锆检测器4所测的待测气体。
安装有模糊控制程序模块的计算机2与氧化锆检测器4中的测温传感器1及控温电路3连接，用于根据氧化锆检测器中的测温传感器1提供的工艺气体处温度确定所属的温度等级，根据氧化锆检测器中的测温传感器1提供的工艺气体处温度的变化值确定温度的变化值所属的等级，再与预先存储的控制规则表进行匹配得到控制量，将控制量对应的控制信号提供给控温电路3。
控制规则表可以作为氧化锆锆管402工艺气体处温度所属温度的等级、氧化锆锆管402工艺气体处温度变化值所属的等级和控制量的对应关系表。
控温电路3，与安装有模糊控制程序模块的计算机2及氧化锆检测器4连接，用于接收所述的模糊控制程序模块提供的控制信号，并根据所述控制信号自动控制氧化锆检测器4内氧化锆锆管402内温度。
氧化锆检测器4的内部包括有加热元件401和氧化锆锆管402，加热元件401用于保证氧化锆锆管402的工作温度，氧化锆锆管402用于测量待测气体的含氧量。
所述模糊控制程序模块包括：模糊集和论域确定模块、模糊化处理模块、控制规则确定模块。
模糊集和论域确定模块与氧化锆检测器中的测温传感器1和模糊化处理模块连接，模糊集和论域确定模块将氧化锆检测器中的测温传感器1提供的工艺气体处温度值和温度的变化值分别划分等级得到所述温度等级和温度变化值所属等级的论域，并确定所述工艺气体处温度所属的温度等级和所述温度变化值所属的等级的论域上的模糊集。
所述模糊化处理模块与模糊集和论域确定模块和控制规则确定模块连接，所述模糊化处理模块用于确定所述工艺气体处温度所属的温度等级和温度的变化值所属的等级的论域中的元素分别对于所述工艺气体处温度所属的温度等级和温度的变化值所属的等级的模糊集的隶属度。
所述控制规则确定模块与模糊化处理模块和控温电路3连接，控制规则确定模块用于根据所述工艺气体处温度所属的温度等级和温度的变化值所属的等级建立控制规则库，并根据建立的控制规则库及所述工艺气体处温度所属的温度等级和温度的变化值所属等级的论域中的元素对于所述工艺气体处温度所属的温度等级和温度的变化值所属的等级的模糊集的隶属度获得所述规则控制表，模糊控制程序模块根据所述的规则控制表得到控制量，再将所述的控制量对应的控制信号提供给控温电路3。
氧化锆检测器4包括加热元件401、氧化锆锆管402。加热元件401通过控温电路3的控制保证氧化锆锆管402的工作温度，氧化锆锆管402用于测量待测气体的含氧量。
下面具体阐述氧化锆氧量测量方法的具体步骤。
步骤1：利用测温传感器实时检测氧化锆检测器氧化锆锆管内取样点工艺气体处温度，并根据预设的工作温度计算出温度变化值，将氧化锆锆管内取样点工艺气体处温度和温度变化值提供给模糊控制程序模块。
步骤2：利用模糊控制程序模块根据工艺气体处温度值和温度的变化值确定其温度等级和温度变化值所属的等级，再与预先存储的控制规则表进行匹配得到控制量，将控制量对应的控制信号提供给所述的控温电路。
步骤3：控温电路接收模糊控制程序模块提供的控制信号，并根据控制信号自动控制氧化锆检测器内氧化锆锆管内温度。
步骤4：通过模糊控的方法使氧化锆检测器内部氧化锆锆管的工作温度稳定在一个工作范围内，然后由氧化锆检测器输出的氧电势和工艺气体的温度，再利用能斯特（Nernst）公式变换公式计算出氧化锆检测器所要检测的气体氧气浓度。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的范围内，能够轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种氧化锆氧量测量装置，其特征在于，包括：依次连接的氧化锆检测器中的测温传感器、计算机、控温电路及氧化锆检测器，所述的氧化锆检测器包括加热元件和氧化锆锆管。
2.根据权利要求1所述的一种氧化锆氧量测量装置，其特征在于，所述计算机安装有模糊控制程序模块。
3.根据权利要求1所述的一种氧化锆氧量测量装置，其特征在于，所述模糊控制程序模块包括：
模糊集和论域确定模块，用于将所述的工艺气体处温度值和温度的变化值分别划分等级得到所述温度等级和温度变化值所属等级的论域，并确定所述工艺气体处温度所属的温度等级和所述温度变化值所属的等级的论域上的模糊集；
模糊化处理模块，用于确定所述工艺气体处温度所属的温度等级和温度的变化值所属的等级的论域中的元素分别对于所述工艺气体处温度所属的温度等级和温度的变化值所属的等级的模糊集的隶属度；
控制规则确定模块，用于根据所述工艺气体处温度所属的温度等级和温度的变化值所属的等级建立控制规则库，并根据建立的控制规则库及所述工艺气体处温度所属的温度等级和温度的变化值所属等级的论域中的元素对于所述工艺气体处温度所属的温度等级和温度的变化值所属的等级的模糊集的隶属度获得所述规则控制表。
4.根据权利要求1所述的一种氧化锆氧量测量装置，其特征在于，所述控制规则库中的控制规则包括：若所述工艺气体处温度的温度变化值所属的等级大于一个阀值，所述的工艺气体处温度所属的温度等级为第一等级以上，则将所述控制量设定为第一预设值。
5.一种氧化锆氧量测量方法，其特征在于，先是通过模糊控制的方法，确保氧化锆检测器工作在一个稳定的工作温度范围内，然后由氧化锆检测器输出氧电势和待测气体的温度值，再利用能斯特公式的变换公式计算出氧化锆检测器所要检测的气体氧气浓度；
具体步骤如下：
（1）利用氧化锆检测器中的测温传感器测量氧化锆锆管内取样点工艺气体处温度，并根据预设的工作温度计算出温度变化值，将所述的氧化锆锆管内取样点工艺气体处温度和所述的温度变化值提供给所述的模糊控制程序模块；
（2）利用所述模糊控制程序模块根据所述温度检测器提供的氧化锆锆管内取样点工艺气体处温度确定所述温度所属的温度等级，再与预先存储的控制规则表进行匹配得到控制量，将所述的控制量对应的控制信号提供给控温电路；
（3）利用所述的控温电路接收所述的模糊控制程序模块提供的控制信号，并根据所述控制信号自动控制氧化锆检测器内氧化锆锆管内的温度；
（4）通过模糊控的方法使氧化锆检测器内部的氧化锆锆管的工作温度稳定在一个工作范围内，然后由氧化锆检测器输出的氧电势和待测气体的温度值，再利用能斯特公式变换公式计算出氧化锆检测器所要检测的气体氧气浓度。
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