专利名称:微波测碳仪的制作方法
本发明属于微波测量技术。它是利用飞灰中碳颗粒对微波能量吸收较大这一特性而设计的微波测碳仪。这种测碳仪用于测定大型工业锅炉飞灰中的含碳量。
在已有技术中，西安无线电一厂在1984年研制出了WCT-1型微波碳仪，参见图2，它由飞灰通路和测量信号通路交叉构成，两路的交叉单元是一个带有喇叭型发射天线(7)和接收天线(9)以及一个飞灰管道(8)的天线盒(12)，发射天线(7)和接收天线(9)的喇叭口相对，飞灰管道(8)安装在两个喇叭中间。飞灰通过锅炉烟道特配的飞灰取样设备(29)进入天线盒中的飞灰管道(8)，然后经锁气排灰机(15)排出以构成一个飞灰通路测量信号通路是先由一个微波发生器(1)输出一个微波信号，经衰减器(32)、隔离器(3)到达天线盒(12)，并由发射天线(7)辐射到天线盒空间，接收天线(9)接收到的信号经一个微波检波器(33)输出一个与飞灰管道中含碳量有关的电压值，经过一个减法器电路(34)将信号和一个基准电平进行减法运算后，在显示器(27)上显示。
上述仪器主要存在着以下几个问题第一，微波发生器输出的信号功率不稳定，这是因为环境温度，电源电压和老化对微波发生器自身都有影响，如果上述因素有变化，它输出的信号功率也随之变化，采用现有的测量信号通路，信号功率的不稳定性必然要反映在测量值中，因此，它所造成的测量误差很大。第二，接收天线(9)接收到的信号与信号频率变化相关，这是因为天线盒四周的板壁对微波具有反射作用，致使在天线盒内形成了复杂的驻波场，当微波发生器的振荡频率变化时，天线盒内的驻波场的波腹，波节位置就发生剧烈变化，从而使进入接收天线内的微波能量也剧烈变化。这样，就导致了下列情况的发生在飞灰管道(8)中含碳量一定的情况下，微波检波器输出的电压随着信号频率的改变，变化极为急聚，而且各个不同的含碳量所对应的电压与频率的关系曲线变化规律都不一样，它们纵横交错，要寻找一个电压与含碳量对应较好的工作频带，是一件不容易的事，因此，仪器的静态调试需要花费大量的时间和精力。当仪器的静态调试完成后，它能正常工作的频率分布在几个狭窄的频带里，在这样窄的工作频带里，由于曲线变化很徒，如果产生信号频率漂移，会导致微波检波器输出电压相当可观的变化，而信号频率因环境温度和电源电压等因素的影响都会发生漂移，因此频率漂移带来的测量误差难以估量。另外，现有的微波检波器是可调谐的窄带检波器，用这种窄带检波器去捕捉信号频率带有一定的盲目性，给调机带来困难，如果发生信号频率漂移，又得重新寻找信号，使得仪器的稳定性大大降低。第三，仪器的动态定标精度比较差，它所采用的定标方法是某一时刻在显示器上读一个电压值，然后再取出对应这一时刻飞灰管道中的飞灰，测出含碳量，最后绘出不同电压值与飞灰含碳量的关系曲线，它的问题是飞灰通过飞灰管道(8)时，它的含碳量分布是随机变化的，在飞灰通过飞灰管道的这段时间里，所显示的电压值是与飞灰管道中飞灰含碳量分布相关的函数，因此，取这段时间内随机变化电压的某一值，显然是很不精确的，并且从理论上讲这个电压值与飞灰管道中飞灰的平均含碳量未必相对应。另外，取灰的启始和终止时刻均用秒表计时，即不方便又存在误差。
由于以上问题的存在，使得仪器的测量误差大、调试和维修困难、动态定标曲线精度差，难以推广应用。
本发明的目的是针对上述存在的问题，主要对仪器的测量信号通路进行改进，除消由于微波发生器的输出功率和振荡频率的不稳定所导致的测量误差，简化仪器的调试过程，提高动态定标曲线的精度，使它趋于完善。
为了消除微波发生器输出功率的不稳定所导致的测量误差，所采取的措施是用一个波导的T型接头将微波发生器输出的信号分为两路，其中一路经过一个隔离器到天线盒，从天线盒经一个微波检波器D1输出一个与含碳量有关的电压值，假定检波器D1输出的电压为Um(1-KC)，式中的Um是当飞灰管道中充满含碳量为0%的飞灰时检波器D1输出的电压值，C是飞灰中含碳量的百分数，K为一常数，其另一路也经一个隔离器直接到另一个微波检波器D2，假定检波器D2输出的电压为Un。Un与Um成正比，为简化运算起见，假定Un＝Um，两路电压值送至信号处理电路中，用一个除法器电路将两路微波检波器D1D2输出的电压值相除，即 (Um(1-KC))/(Um) ＝1-KC，所得结果是一个与微波发生器输出功率无关而只和含碳量C有关的数值。另外，两路微波通路也可根据需要增添一些器件，如弯波导等。
为了消除信号频率漂移所产生的误差，解决静态调试的困难，关键在消除天线盒内的驻波场，一旦消除了驻波场，检波器D1和D2输出电压的比值与信号频率无关，因此，在飞灰管道中飞灰的含碳量一定的情况下，不论是信号频率漂移，还是改变微波发生器的振荡频率都不会引起除法器输出电压的任何变化。消除驻波场的具体措施是在天线盒内壁附上橡胶或塑料填充石墨的微波吸收材料。为了克服信号频率漂移所导致的工作不稳定性，本发明的微波检波器D1D2均采用带宽微波检波器。
为了提高仪器的动态定标曲线的精度，方便动态定标，仪器内增设了一个积分器电路和取灰时间指示器。积分器的功能是在飞灰通过飞灰管道这段时间里对信号处理器输出的电压进行积分，这个积分值才是和这段时间飞灰管道中平均含碳量真正对应的电压值。取灰时间指示器的功能是指示取灰的启始时刻和终止时刻。
本发明进行了上述改进后，测量精度大大提高，调试定标、维修都很方便。
下面结合附图进一步说明本发明。
图1微波测碳仪的工作原理示意图图2WCT-1型微波测碳仪的工作原理示意图1·微波体效应振荡器2·波导T型接头3、4隔离器5·带宽微波检波D26·弯波导7·发射天线8·飞灰管道9·接收天线10·带宽微波检波器D111·微波吸收材料12·天线盒13·信号处理器14·灰位自调器15·锁气排灰机16·取灰延时单稳态17·电磁继电器(31)的激磁放大器18·或门19·取灰持续时间单稳态20·反相器21、22·与门23·电磁继电器(30)的激磁放大器24·取灰持续灯驱动级25·取灰持续灯26·积分器27·显示器28·取灰按键29·飞灰取样设备30·电磁继电器31·(A1B)电磁继电器。
参见图1，请看测量信号通路，微波体效应振荡器(1)发出的微波信号通过波导的T型接头(2)被分为两路，一路信号经隔离器(4)和弯波导(6)进入天线盒(12)，由发射天线(7)发射到天线盒空间，接收天线(9)收到的信号送至微波检波器D1(10)，检波器D1输出的电压送至信号处理器(13);另一路信号经隔离器(3)直接到达微波检波器D2(5)，检波器D2输出的电压也送至信号处理器(13)，信号处理器主要对两路信号进行除法和减法运算，然后送至显示器(27)显示。
积分器和取灰时间指示器由取灰按键(28)控制，当取灰按键(28)按下时，一个负向脉冲同时触发两个单稳态(16)(19)，通过逻辑电路同时驱动激磁放大器(23)(17)，使继电器(30)的长开触点闭合，继电器(31)的长闭触点A打开而长开触点B闭合，积分器开始积分;由单稳态(19)的自动翻转控制继电器(30)的触点恢复原状，即控制积分器的积分时间，由继电器(31)的触点B对积分电压进行保持;由单稳态(16)的自动翻转经驱动级(24)使灯(25)发亮，即是取灰启始时刻，与此同时经过激磁放大器(17)使继电器(31)的AB触点恢复原来的状态，同时又一次触发单稳态(19)，由单稳态(19)的第二次自动翻转控制取灰持续灯的灯灭时刻，即是取灰终止时刻。积分器的积分时间与灯(25)亮的时间相等，单稳态(16)从触发到自动翻转的时间是飞灰从飞灰管道(8)到锁气排灰机的排灰口所需时间。
权利要求
1.微波测碳仪，由飞灰通路和测量信号通路交叉构成，测量信号通路包括微波发生器(1)，隔离器(3)(4)、天线盒(12)、微波检波器(5)(10)、信号处理器(13)和显示器(27)，其特征是a)测量信号通路增设一个将微波发生器输出的信号分为两路的波导的T型接头。b)信号处理器(13)中包含一个对微波检波器D1(10)和D2(5)输出的电压进行相除的除法器电路。
2.微波测碳仪，由飞灰通路和测量信号通路交叉构成，两路交叉单元是天线盒(12)，测量信号通路中包含微波检波器(5)(10)，其特征是a)天线盒(12)的内壁附有橡胶或塑料填充石墨的微波吸收材料(11)，b)微波检波器采用宽带微波检波器。
3.微波测碳仪，其特征是增设动态定标的积分器电路和取灰时间指示器。
专利摘要
本发明是利用飞灰中碳颗粒对微波能量吸收较大这一特性而设计的微波测碳仪。它由飞灰通路和测量信号通路构成。测量信号通路增设波导T型接头将微波信号分为两路，然后两路相除以消除信号功率不稳定所导致的误差。在天线盒内壁附微波吸收材料并采用微波宽带检波器，以消除信号频率漂移所导致的误差，并增设动态定标的积分电路和取灰时间指示器，以提高动态定标曲线的精度。
文档编号G01N22/00GK86102183SQ86102183
公开日1987年10月14日 申请日期1986年4月1日
发明者郑忠信, 吴恩昌, 王蓓, 段红萍, 范耀军 申请人:陕西省西安无线电一厂导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan