数学执本与表用
应用研究
基于LabVIEW的锅炉火焰离子电流采集系统
万瑞军韩宏志沈继忧(东北电力大学吉林132012)
摘要：燃气锅炉火焙离子电流携带着本富的燃烧过程的信息。应用虚拟仪器技术在LabVIEW的开发环境下，研制了一套火始高子电流采集系统，能实时采集火路离子电流信号转换后的电压信号，并有效地提取了反应燃烧过程的特征参数。介绍了该系统的硬件构或、软件设计及来集测试结果
关键调：燃气锅炉火站离子电流虚拟仪器
中图分类号TM912
文献标识码：A
文章编号:1007-9416(2013)11-0067-02
随着社会经济的发展以及天然气的广泛应用，近几年国家在环保和节能要求也不断提高，许多大城市供暖渐渐应用了燃气锅炉。气体燃料易燃、易爆，所以加强锅炉安全监测对预防燃气锅炉发生事故有着重要的意义，燃气燃烧过程中产生大量的正负离子、自由电子和自由基等带电离子，并目微气县有一定导电性
燃气燃烧的特定时域呈现等离子体态，面这种等离子体的产生是由热电离、高压电离和化学电离等多种十分复杂电离过程所形成。燃气在带电粒子状态时，这些带电粒子的运动与无规则的热运动有区别，即在电场作用下带电粒子热运动和电场方向定向迁移运动。电子和带负电离子想阳极方向移动，正离子向阴极方向移动，就会在检测探针两极形成离子电流。火焰离子电流包含大量燃烧的信息，通过信号采集和处理电路，寻找我们所要的特征参数，能够用于监测和控制燃烧的过程，从而了解锅炉燃烧的状态3
近几年，离子电流在测控方向的应用受到国内外学者的关注与研究。由于燃气燃烧产生的离子电流非常微弱，在设计离子电流检测电路时，尽可能采取增强离子电流信号的幅值的措施，其中需要
考虑的重要因素有外加电场。 1火焰离子电流的产生原理
燃气燃烧过程当中产生大量正负离子、自由电子和自由基等带电粒子，使得具有一定导电性。燃气燃烧过程中会产生大量的 CHO+,H.O+CH+、e-等大量离子其中H.O+和CHO+浓度远大于 CH+,所以CH+可以忽略。主要的基本反应式为
C_H,+(m+n/4)O2→mCO,+(n/2)H,O
其中典型的化学反应为： CH+O→CHO*+e
CHO*+H,OH,O++CO
火天陷整褐保外整褐火箱电送
高入阻抗运算中放大器电路
4-20mA转换输出电路
LED级星示电路
P6122采集卡采集电压信号LabVIEW 上位机显示
逐级报警指示电路
图1系统硬件结构框图
ang
信号处押电路
火焰传感器
图2离子电流检测电路示意图
(1)(2)(3)
输出信号
CHO++e'→H,O+H
(4)
当探针两极间加上直流偏置电压U(本文偏置电压为220~240V) 时探针两极闻会形成一个电场。正、负离子和电子在电场的作用下分别向阴极和阳极方间运动。如果他们在dt时间内分别移动了x,和 dx,的距离，使得电极产生的电荷密度的变化量为q,和q,，即有
q=q, +q,=en,dx,+en,dx
(5)
式中：n,、n,是正负粒子的浓度;e为元电荷的的电量(一个电子所带电荷)。在离阴极距离处的电流密度为
j,(x)=en,vd,+en,vd,
式中vd,、vd,为正负带电粒子的迁移速度。
(6)
对外电路而言，总电流密度为[i-,(x)dx，所形成的电流，即探针离子电流为
I, = [, j,dA = j,αr2
n!
r!(nr)!
式中为探针中心电极的半率径。 2硬件系统结构的设计
()
对于离子电流的检测方法，国内外学者提出多种方案。日本 Honda公司提出点火次级线圈后申联一个高压二极管，同时使用两个电容组成分压电路，但是这种电路需要耐高压电容4。目本大发公司则是在次级线圈后和离子电流测量电路中都申联高压二极管，并为维持电场在离子电流测量电路设置一个直流源[5]。
系统有PC机、PCI数据采集卡、离子电流检测电路做成，如图1 所示。
本文离子电流检测电路是由两个北京耀华德吕电子有限公司的PE2818-的双十二伏变压器产生隔离高压，检测电路以及处理电路组成，图2所示为检测电路的示意图。
两个PE2818-I的双十二伏变压器为后续电路提供12V和24V 稳定直流电压，同时提供一个偏置高压BT1，并施加到检测探针上，火焰探针两端检测到的微弱电流信号，经R4采样电阻后，得到一个微弱电压，送人到信号处理电路中，根据R1和R2比例放大后，在 CA3140的输出端到一个电压信号作为输出信号。将输出信号分别
钢炉出始账费状况的实时显示
01234567891
时间
图3实时显示软件用户界面
...下转第69页