專利名稱:微波測碳儀的制作方法
本發明屬于微波測量技術。它是利用飛灰中碳顆粒對微波能量吸收較大這一特性而設計的微波測碳儀。這種測碳儀用于測定大型工業鍋爐飛灰中的含碳量。
在已有技術中，西安無線電一廠在1984年研制出了WCT-1型微波碳儀，參見圖2，它由飛灰通路和測量信號通路交叉構成，兩路的交叉單元是一個帶有喇叭型發射天線(7)和接收天線(9)以及一個飛灰管道(8)的天線盒(12)，發射天線(7)和接收天線(9)的喇叭口相對，飛灰管道(8)安裝在兩個喇叭中間。飛灰通過鍋爐煙道特配的飛灰取樣設備(29)進入天線盒中的飛灰管道(8)，然后經鎖氣排灰機(15)排出以構成一個飛灰通路測量信號通路是先由一個微波發生器(1)輸出一個微波信號，經衰減器(32)、隔離器(3)到達天線盒(12)，并由發射天線(7)輻射到天線盒空間，接收天線(9)接收到的信號經一個微波檢波器(33)輸出一個與飛灰管道中含碳量有關的電壓值，經過一個減法器電路(34)將信號和一個基準電平進行減法運算后，在顯示器(27)上顯示。
上述儀器主要存在著以下幾個問題第一，微波發生器輸出的信號功率不穩定，這是因為環境溫度，電源電壓和老化對微波發生器自身都有影響，如果上述因素有變化，它輸出的信號功率也隨之變化，采用現有的測量信號通路，信號功率的不穩定性必然要反映在測量值中，因此，它所造成的測量誤差很大。第二，接收天線(9)接收到的信號與信號頻率變化相關，這是因為天線盒四周的板壁對微波具有反射作用，致使在天線盒內形成了復雜的駐波場，當微波發生器的振蕩頻率變化時，天線盒內的駐波場的波腹，波節位置就發生劇烈變化，從而使進入接收天線內的微波能量也劇烈變化。這樣，就導致了下列情況的發生在飛灰管道(8)中含碳量一定的情況下，微波檢波器輸出的電壓隨著信號頻率的改變，變化極為急聚，而且各個不同的含碳量所對應的電壓與頻率的關系曲線變化規律都不一樣，它們縱橫交錯，要尋找一個電壓與含碳量對應較好的工作頻帶，是一件不容易的事，因此，儀器的靜態調試需要花費大量的時間和精力。當儀器的靜態調試完成后，它能正常工作的頻率分布在幾個狹窄的頻帶里，在這樣窄的工作頻帶里，由于曲線變化很徒，如果產生信號頻率漂移，會導致微波檢波器輸出電壓相當可觀的變化，而信號頻率因環境溫度和電源電壓等因素的影響都會發生漂移，因此頻率漂移帶來的測量誤差難以估量。另外，現有的微波檢波器是可調諧的窄帶檢波器，用這種窄帶檢波器去捕捉信號頻率帶有一定的盲目性，給調機帶來困難，如果發生信號頻率漂移，又得重新尋找信號，使得儀器的穩定性大大降低。第三，儀器的動態定標精度比較差，它所采用的定標方法是某一時刻在顯示器上讀一個電壓值，然后再取出對應這一時刻飛灰管道中的飛灰，測出含碳量，最后繪出不同電壓值與飛灰含碳量的關系曲線，它的問題是飛灰通過飛灰管道(8)時，它的含碳量分布是隨機變化的，在飛灰通過飛灰管道的這段時間里，所顯示的電壓值是與飛灰管道中飛灰含碳量分布相關的函數，因此，取這段時間內隨機變化電壓的某一值，顯然是很不精確的，并且從理論上講這個電壓值與飛灰管道中飛灰的平均含碳量未必相對應。另外，取灰的啟始和終止時刻均用秒表計時，即不方便又存在誤差。
由于以上問題的存在，使得儀器的測量誤差大、調試和維修困難、動態定標曲線精度差，難以推廣應用。
本發明的目的是針對上述存在的問題，主要對儀器的測量信號通路進行改進，除消由于微波發生器的輸出功率和振蕩頻率的不穩定所導致的測量誤差，簡化儀器的調試過程，提高動態定標曲線的精度，使它趨于完善。
為了消除微波發生器輸出功率的不穩定所導致的測量誤差，所采取的措施是用一個波導的T型接頭將微波發生器輸出的信號分為兩路，其中一路經過一個隔離器到天線盒，從天線盒經一個微波檢波器D1輸出一個與含碳量有關的電壓值，假定檢波器D1輸出的電壓為Um(1-KC)，式中的Um是當飛灰管道中充滿含碳量為0%的飛灰時檢波器D1輸出的電壓值，C是飛灰中含碳量的百分數，K為一常數，其另一路也經一個隔離器直接到另一個微波檢波器D2，假定檢波器D2輸出的電壓為Un。Un與Um成正比，為簡化運算起見，假定Un＝Um，兩路電壓值送至信號處理電路中，用一個除法器電路將兩路微波檢波器D1D2輸出的電壓值相除，即 (Um(1-KC))/(Um) ＝1-KC，所得結果是一個與微波發生器輸出功率無關而只和含碳量C有關的數值。另外，兩路微波通路也可根據需要增添一些器件，如彎波導等。
為了消除信號頻率漂移所產生的誤差，解決靜態調試的困難，關鍵在消除天線盒內的駐波場，一旦消除了駐波場，檢波器D1和D2輸出電壓的比值與信號頻率無關，因此，在飛灰管道中飛灰的含碳量一定的情況下，不論是信號頻率漂移，還是改變微波發生器的振蕩頻率都不會引起除法器輸出電壓的任何變化。消除駐波場的具體措施是在天線盒內壁附上橡膠或塑料填充石墨的微波吸收材料。為了克服信號頻率漂移所導致的工作不穩定性，本發明的微波檢波器D1D2均采用帶寬微波檢波器。
為了提高儀器的動態定標曲線的精度，方便動態定標，儀器內增設了一個積分器電路和取灰時間指示器。積分器的功能是在飛灰通過飛灰管道這段時間里對信號處理器輸出的電壓進行積分，這個積分值才是和這段時間飛灰管道中平均含碳量真正對應的電壓值。取灰時間指示器的功能是指示取灰的啟始時刻和終止時刻。
本發明進行了上述改進后，測量精度大大提高，調試定標、維修都很方便。
下面結合附圖進一步說明本發明。
圖1微波測碳儀的工作原理示意圖圖2WCT-1型微波測碳儀的工作原理示意圖1·微波體效應振蕩器2·波導T型接頭3、4隔離器5·帶寬微波檢波D26·彎波導7·發射天線8·飛灰管道9·接收天線10·帶寬微波檢波器D111·微波吸收材料12·天線盒13·信號處理器14·灰位自調器15·鎖氣排灰機16·取灰延時單穩態17·電磁繼電器(31)的激磁放大器18·或門19·取灰持續時間單穩態20·反相器21、22·與門23·電磁繼電器(30)的激磁放大器24·取灰持續燈驅動級25·取灰持續燈26·積分器27·顯示器28·取灰按鍵29·飛灰取樣設備30·電磁繼電器31·(A1B)電磁繼電器。
參見圖1，請看測量信號通路，微波體效應振蕩器(1)發出的微波信號通過波導的T型接頭(2)被分為兩路，一路信號經隔離器(4)和彎波導(6)進入天線盒(12)，由發射天線(7)發射到天線盒空間，接收天線(9)收到的信號送至微波檢波器D1(10)，檢波器D1輸出的電壓送至信號處理器(13);另一路信號經隔離器(3)直接到達微波檢波器D2(5)，檢波器D2輸出的電壓也送至信號處理器(13)，信號處理器主要對兩路信號進行除法和減法運算，然后送至顯示器(27)顯示。
積分器和取灰時間指示器由取灰按鍵(28)控制，當取灰按鍵(28)按下時，一個負向脈沖同時觸發兩個單穩態(16)(19)，通過邏輯電路同時驅動激磁放大器(23)(17)，使繼電器(30)的長開觸點閉合，繼電器(31)的長閉觸點A打開而長開觸點B閉合，積分器開始積分;由單穩態(19)的自動翻轉控制繼電器(30)的觸點恢復原狀，即控制積分器的積分時間，由繼電器(31)的觸點B對積分電壓進行保持;由單穩態(16)的自動翻轉經驅動級(24)使燈(25)發亮，即是取灰啟始時刻，與此同時經過激磁放大器(17)使繼電器(31)的AB觸點恢復原來的狀態，同時又一次觸發單穩態(19)，由單穩態(19)的第二次自動翻轉控制取灰持續燈的燈滅時刻，即是取灰終止時刻。積分器的積分時間與燈(25)亮的時間相等，單穩態(16)從觸發到自動翻轉的時間是飛灰從飛灰管道(8)到鎖氣排灰機的排灰口所需時間。
權利要求
1.微波測碳儀，由飛灰通路和測量信號通路交叉構成，測量信號通路包括微波發生器(1)，隔離器(3)(4)、天線盒(12)、微波檢波器(5)(10)、信號處理器(13)和顯示器(27)，其特征是a)測量信號通路增設一個將微波發生器輸出的信號分為兩路的波導的T型接頭。b)信號處理器(13)中包含一個對微波檢波器D1(10)和D2(5)輸出的電壓進行相除的除法器電路。
2.微波測碳儀，由飛灰通路和測量信號通路交叉構成，兩路交叉單元是天線盒(12)，測量信號通路中包含微波檢波器(5)(10)，其特征是a)天線盒(12)的內壁附有橡膠或塑料填充石墨的微波吸收材料(11)，b)微波檢波器采用寬帶微波檢波器。
3.微波測碳儀，其特征是增設動態定標的積分器電路和取灰時間指示器。
專利摘要
本發明是利用飛灰中碳顆粒對微波能量吸收較大這一特性而設計的微波測碳儀。它由飛灰通路和測量信號通路構成。測量信號通路增設波導T型接頭將微波信號分為兩路，然后兩路相除以消除信號功率不穩定所導致的誤差。在天線盒內壁附微波吸收材料并采用微波寬帶檢波器，以消除信號頻率漂移所導致的誤差，并增設動態定標的積分電路和取灰時間指示器，以提高動態定標曲線的精度。
文檔編號G01N22/00GK86102183SQ86102183
公開日1987年10月14日 申請日期1986年4月1日
發明者鄭忠信, 吳恩昌, 王蓓, 段紅萍, 范耀軍 申請人:陜西省西安無線電一廠導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan