Устройство контроля процесса горения Советский патент 1990 года по МПК F23N5/24 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в системах контроля и управления режимом тепловых энергетических установок.

Целью изобретения является повышение надежности.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства контроля процесса горения; на фиг. 2 - пример выполнения датчика в виде несимметричной по- лосковой линии и датчика-компенсатора в виде капланарной линии; на фиг. 3 - пример выполнения датчика в виде желобкового прямоугольного волновода и датчика-компенсатора в виде открытого волновода; на фиг. 4 - пример выполнения датчика в виде прямоугольного желобкового и датчика-компенсатора в виде прямоугольного закрытого волновода; на фиг. 5 - пример выполнения датчика и датчика-компенсатора в виде несимметричной полоско- вой линии и с разной шириной полосков; на фиг. 6 - пример выполнения датчика и датчика-компенсатора в виде несимметричной полосковой линии с разной глубиной полоска; на фиг. 7- пример выполнения датчика в виде пели, а датчика-компенсатора в виде компланарного датчика.

Устройство содержит генератор 1 СВЧ-колебаний, выход которого через делитель 2 мощности и отверстия 3 в стенке камеры подключен к одним концам измерительного 4 и опорного 5 плеч, которые содержат выполненные в виде отрезков открытых линий передач датчик и датчик-компенсатор соответственно, установленные на внутренней стенке камеры 6 вдопь линий с одинаковой кривизной и на минимальном расстоянии друг от друга, при котором не проявляется их электромагнитное взаимодействие, и фазометр 7, подключенный двумя входами к другому концу ИП и ОП также через отверстия 3 в стенке камеры.

Sbosas

сд 1

QI

Датчик и датчик-компенсатор выполнены соответственно в виде: несимметричной полосковон 8 и компланарной

9линий; желобкового прямоугольного

10и открытого 11 волноводов; прямо- угольных желобкового 12 и закрытого

13 волноводов; в виде несимметричной полосковой линии с разной шириной 14 и 15 и разной глубиной 16 и 17 полос- ков; щели 1В и компланарной линии 19,

Датчики 18 и 19 удовлетворяют основным требованиям компенсации помех при равенстве площадей сечения d 2 8.

Устройство контроля процесса горения работает следующим образом.

Генератор СВЧ-колебаний 1 через делитель 2 мощности возбуждает измерительное плечо 4 и опорное плечо 5, соответственно датчик и датчик-компенсатор. Датчик и датчик-компенсатор возбуждают в пристенной области камеры 6 бегущие поверхностные электромагнитные волны, фазовая скорость распространения которых зависит от диэлектрических проницаемостей плазмы и датчиков, а также от конфигураци контуров поперечных сечений датчика и датчика-компенсатора, аэометр / фор- мирует сигнал контроля, пропорциональ ный разности фаз:

Т, w, xs z, . . .) - w, х, z,...) дб5(Не) + дб„(Т, -Ад,; (Т, w, х, z, . , - )3,

(О

где д64 и &&s фазовые набеги в из- мерительном и опорном плечах соответственно , обусловленные изменениями концентрации электронов Ne, температуры Т, вибрации w, эрозией поверхности х, осаждением электропроводной сажи z и прочими факторами,

При этом конфигурация и размеры измерительных и опорных плеч, а также их расположение выбраны такими, что полезный сигнал, отображаемый пер вым слагаемым в выражении (1), остается достаточно большим, а второе слагаемое, отображающее помехи, минимизируется .

Наиболее существенно на Фазу сигнала влияет удлинение датчиков и изменение диэлектрической проницаемости от температуры.

5

- 5 „

5

0 5

0

Длины датчиков равны и при медленных изменениях достаточно использовать в датчиках один диэлектрик. Однако при быстром изменении Т (пуск, авария) прогрев датчиков с разной конфигурацией поперечного сечения пойдет по-разному, Дв (Т, t } i / А&5 t ,) ,где t , - i-и момент времени.

Изгиб, сжатие (растяжение), сдвиг и другие вибродеформации создают более существенную помеху при контроле теплоэнергетической установки по переменной составляющей Ne(t), параметру, до настоящего времени редко использующемуся (обычно измеряют среднее, до времени значение Ne). Однако именно этот параметр является более важным. Так как датчики заглублены v стенку камеры, то условие дб4 (w ) 605(w t) лучше всего выполняется при равенстве геометрических размеров датчиков о

Эрозия поверхности х, обращенной внутрь камеры, включает окисление (выгорание) проводчика и диэлектрика, появление микротрещин с внедрением туда продуктов сгорания, нарушение плотного контакта проводника и диэлектрика и т.д. С целью достижения г50(х t)#46y(x L) нсе конструктивные размеры датчиков в приповерхностном слое должны быть равны.

Дпя того, чтобы исключить злияв1ие осаждения электропроводной сажи ., достаточно обеспечить равенство площадей проводящих и непроводящих участков поверхностей,

С точки зрения облегчения электрического сопряжения датчиков с остальными элементами СВЧ-тракта устройства контроля процесса горения волновые сопротивления датчиков должны быть равны.

Отобразим перечисленные явления математически:

9 - l ,(T, w) VL(Ne, l7y, z) - lk(T, w) VFk(Ne, Ts y, z) (

(2)

f - частота зондирования; с - скорость света;

Ц 1 Ј( Ј к Длины и эффективные диэлектрические проницаемости датчика и датчика- компенсатора.

- 1кггк+ ап - 1кгё; +

) + ...},(4)

+ r

4

2Vi /r, iK /

где 6e- сигнал контроля при отсутствии плазмы (многоточием показаны малые члены рядов, представляющие собой произведения приращений dl ЛЈ , и т.д.).

Выполним условие, определяемое фор мулой изобретения, т.е.

Н 1н , Vh т Ж v: v.. Ч с к с

(5)

г аЖ- IK) оВ силу того, что датчик и датчик- компенсатор находятся в одинаковых условиях, их приращения d 1ак пропорциональны lq)K- Отсюда второе слагаемое в выражении (4) обращается в нуль, т.е. ошибки, связанные с Т и w, компенсируются.

Теперь

-ЈЁ т

-) (6)

3 к

учетом выражения (5)

Л6 lUiHi (ЈL - L)

сСЧt-к.

f l (h . ДЦ

V, ( Ј9Ј/

Отмечено, что изменение Ј„ подтверждено помеховым фактором

дЈ

3Ј

ЗЕ

+ -аТ77 и;,8

4

//Ј lj V«

(

J

Ve

ЭУд 5Ne

.L

v.

3V

3Ne

)/jBe.

20

25

Отсюда очевиден признак, отражающий различие относительных производных фазовых скоростей. Он обеспечивает достаточную величину полезного сигнала при разности относительных производных не менее 10%, приводящей к компенсации болычей части помех. При разности относительных производных 10% невозможно отличить полезный сигнал от помех, причем несмотря на сходство по Лорме коэЛфициентов при 4Ne и ЛЬ ( в выражении (9), в действительности они различны. Это хорошо 30 видно для датчика 12 и датчика компенсатора 13 (фиг. &). В этом случае Ј.,/3Ne 0, тогда как температура и

г

эрозия на датчик-компенсатор воздействует очевидным образом.

Главное преимущество устройства контроля процесса горения обусло.вле- но компенсацией помех, связанных с удлинением датчиков.

Удовлетворить всей совокупности требований могут либо две одинаковых линий передачи, но у нихЛ04(Г1е) (Ne) (т.е. происходит компенсация и полезного сигнала), либо линии передачи, имеющие достаточно сложную

45 форму, которая позволяла бы разработчику варьировать некоторые из параметров (например, как на фиг. 2-7).

Выполнение датчика и датчика-компенсатора с конструктивно различной

50 Формой поперечного сечения и установкой на стенке камеры вдоль линий с одинаковой кривизной, а такхе определение их длин в зависимости от эффективной диэлектрической проницаемости и выполнение сравнивающего блока в виде фазометра позволяют повысить надежность контроля процесса горения в камере тепловой энергетической установки.

35

40

55

Формула изобретения

Устройство контроля процесса горения в камере тепловой энергетической установки, содержащее генератор СВЧ- )колебаний, подключенный через делитель мощности и отверстия в стенке камеры к измерительному и опорному лечам, выполненным в виде отрезков Открытых линий передач, вторые концы которых подсоединены к сравнивающему

блоку, отличающееся тем. что, с целью повышения надежности, - измерительное и опорное плечи выполнены с конструктивно различной формой поперечного сечения и установлены на стенке вдоль линий с одинаковой кривизной, квадраты длин плеч относят. ся как их эффектив ые диэлектрические проницаемости, а сравнивакшшй блок выполнен в виде фазометра.

Изобретение относится к энергетике и позволяет расширить функциональные возможности устройства, содержащего датчики в измерительном и опорном плечах, выполненные с конструктивно различной формой поперечного сечения и установленные на стенке камеры вдоль линий с одинаковой кривизной. Длины датчиков выбираются в зависимости от эффективной диэлектрической проницаемости. Сравнивающий блок выполнен в виде фазометра. 7 ил.

Риг./

Фиг.з

Фиг Л

У,

/7/.

у/,

%

/ vMW, XXX

УЯУ/7ЯУ///.

f7

Фиг. 7