Устройство контроля процесса горения

 

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.

COlO3 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

51)5 Р 23 N 5 24 стенке камеры.

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4348902/24-06 (22) 24.12.87 (46) 30.06.90. Бюл. 1 24 (71) Казанский авиационный институт им. А. Н. Туполева (72} В. В. Белознен, М. A. Законов и А. Д. Романычев (53) 621,182.261(088,8)

I (56) Хилед M. Иикроволновая диагностика плазмы. И.: Атомиэдат, 1968, с. 199.

Авторское свидетельство СГГР

Р 1264050, кл. С 01 В 9/02, 1985, 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 пвлосковой линии и датчика-компенсатора в виде капланарной линии; на фиг. 3 — пример выполнения датчика в виде желобкового прямоугольного волновода и датчика-компенсатора в ниде 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-комненсатора в виде несимметричной полосковой линии и с разной шириной полос„„SU, 1575007 А 1

2 (.54) УСТРОЙСТВО КО11ТРОЛЯ ПРОЦЕССА ГОРЕИИЯ (57) 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 линии с одинаковой кривизнои. Длины датчиков выбираются, в зависимости от эффективной диэлектрической проницаемости. Сравнивающий блок выполнен в виде фазометра. 7 нп. ков; на фиг. 6 — пример выполнения датчика и датчика-компенсатора в виде несимметричной полосковой линии с разной глубиной полоска; на фиг. пример выполнения датчика в виде meли, а датчика-компенсатора в виде компланарного датчика.

Устройство содержит генератор 1

СВЧ-колебаний, выход которого через целитель 2 мощности и отверстия 3 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 вдоль 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 отверс гия 3 в

1575087.)—

Га8;,(Т, Z „-. > „1 > (1) 58 я и(Ne — d I9g (Ne, Т, =- (а В, (Ne)—

w„ x, г, ..) Т, w„x„

wq х> х е. °, > д 8 (Ne)) 4-Д9„- (Т,w,х, где д и д — фязовые набеги в из- 4() мерительном и опорном плечах соответственно, обусловленные изменениями концентрации элек. ранов Ne температурь1 Т, вибрации w, эрозией пов< рхности х, осаждением электропроводной 45 сажи z и прочими факторами.

11ри этом конфигурация и размеры измерительных и опорных плеч, а -.àêже их расположение выбраны такими, что полезный сигнал, отобрлжлемьд4 пер- gg вым слагаемым в выражении (1) „остается достаточно большим, я второе слагаемое, отобряжл1>щее помехи, минимизируется.

Наиболее существенно на фазу- сиг55 нала влияет удлинение датчиков и изменение диэлектрической проницаемости от температуры.

Датчик и датчик-компенсатор выполнены соответстненно в виде. "несHM метричной полосконой1 8 и компланлрной

9 линий; желобкового прямоугольного

10 и 0TRpbtT01о 11 волноводон, прямо

3 угольных >келобкового 12 и закрытого

13 волноводов; в виде несимметричной полосковой линии с разной шириной 14

: и 15 и разной глубиной 16 и 17 полос-,1

10 ков; щели 18 и комплянярной линии 19.

ДЯтчики 18 и 1 9 удонлетворяит ос, новным требованиям компенсации помех ! !

» при равенстве площадей сечения d ,,=г р.

Устройство контроля процесса горе:: ния работает следук>щим образом, Генератор СВЧ-колебаний 1 через

: делитель 2 мощности возбуждает изме, рительное плечо 4 и опорное пле 1о 5, соответственно датчик и датчик-компен сатор. Датчик и датчик-компенсатор

: возбуждак>т в пристенной области каме. :ры б бегущие поверхностные электро: магнитные волнь1, флзовля скорость 25 ряспро странения ко то рык з НВНс ит о т диэлектрических проницяемостей плазмы и датчиков, а также от конфигурации контуров поперечных се1ений датчика и датчика-компенсато ря, йлз оме тр 7 Ao рмирует сигнал контроля, пропорциональ ный разности фаз:

Д11ИПЫ ДатЧИков равиы И прИ медлЕнных изменениях дс с тлточ по испол1,зонять В дятчикях одчн диэлеKTpHK . Оц нлко при быстром изменении Т (пуск, явар14я) прогрев датчиков с ря-пой конфиг ур:ьцией по11е реч11о го сечения пойдет по-разному, ЛО (Т, t.) ф

1 ф Д8 (", ;) где t — 1-й момен-. времени.

Цз гиб, сжа тие (р астяжение), сдвиг и другие нибродеформлции создл1>т более существеннун помеху при контроле теплоэпергетической установки I!o переменной со стлвля1>111ей 14е (t ), и арлметру, до настоящего времени редко ис.1ользуищемуся (обычно измеряK>v среднее до времени значение Ne) . Однако именно этот параметр является более влжнь1м. Тлк клк датчики з Яглублены н стенку камеры, то условие д94(1и, t)=

= d6 (w, t) лучше всего выполняется при равенстне геометрических размеров датчиков.

Эрозия поверхности х, обращенной внутрь камеры„ вклк>чает окисление (выгорлние) проводника и диэлектрика, появление микротрещин с внедрением туда продуктов сгорания, нарушение плотного контакта проводника и диэлектрика и т.д. С цель>> достижения

d8(x, t) Фл 84(., t) все конструктивные размеры датчиков в приповерхностном слое должны быть равны.

Дпя того, чтобы искл1>чить влияние осаждения электропроводной сажи z, достаточно обеспечить равенство площадей проводящих и непроводящих участков поверхностей, С точки зрения облегчения электрического сопряжения датчиков г остальными элементами СВЧ-тракта устройства контроля процесса горения волновые сопротивления датчиков должны быть равны.

Отобразим перечисленные явления математически.

2II Е г

11 (Т w) ",f. (Ne Ту > z)

lK(T, w) Г (11е, Т, y, z) „(2) где < частота зондирования; скорость светя;

1„, Я, Я„ — длинъ1 и эффективные диэлектрические проницаемости датчика и длтчиклкомпенсатора. д 1 б, 3Ne Е„РМе

) 411, . (9)

11редставим

1 (Т, qg) — 1 + 4 1 (Т, w) !

f Ä(Ne, 1, y, z) = q,к+

+4Е (Ne, T, у, z) (3)

,к (далее в ряде случаев пищем просто

413,к и 481,).

1575007 где U. — сигнал помехи, являющийся

1 функцией от Т, у, z, fflg((!

7 Я„ а

+g(——

E. 0 Ек

О

Представим компоненту сигнала в виде — 1„ Е, + (41 - 41, Д ) +

1 c3 ) 4 к

+ — (1. — — — к — — ) + ... 1,(4)

2 М Р- к Г где 8 — сигнал контроля при отсутствии плазмы (многоточием показаны малые члены рядов, представляющие собой произведения приращений dl ZlE, ДЯ1 и т.д.).

Выполним условие, определяемое формулой изобретения, т.е.

И 1 Ру / к

V V„ — (1 Š— 1 Й„) = О. (5) 30

В силу того, что датчик и датчиккомпенсатор находятся в одинаковых условиях, их приращения 4 1 к пропор-! циональны 1,„Отсюда второе слагае I мое в выражении (4) обращается в нуль, т. е. ощибки, связ анные с Т и v, компенсируются .

Теперь

46 = — (1 — — 1„) (6)

- f. 44 9 . Д -.к с 1 fr и Г или с учетом выражения (5) ло ( с Е

К )

5Q (7)

Отмечено, что изменение E под, к тверждено помеховым фактором

РЕ 3Е

4F = 4Ne + > ДЦ. (8)

Д 11е 3 (1; ф l g 1 Дт т 1 Р7

Ч Vg JNe V„3Ne

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 больней части помех.

При разности относительных производных 10Х невозможно отличить полезный сигнал от помех, причем несмотря на сходство по форме коэффициентов при

4Ие и Ж1; в выражении (9), в действительности они ра 3личны. Это хорощо видно для датчика 12 H цатчика KOMпенсатора 13 (фиг. 4) . В этом случае

DK„/3Ne = О, тогда как температура и эрозия на датчик-компенсатор воздействует очевидным образом.

Главное преимущество устройства контроля процесса горения обусловлено компенсацией помех, связанных с . удлинением датчиков.

Удовлетворить всей совокупности требований могут либо две одинаковых линий передачи, но у них 49+(Ne)

=Д 8 (Ne) (т. е. происходит компенсация и полезного сигнала), либо линии передачи, имеющие дос таточно сложную форму, которая позволяла бы .разработчику варьиров ать неко торые иэ п араметров (например, как на фиг. 2-7) .

Выполнение датчика и датчика-компенсатора с конструктивно различной формой поперечного сечения и установкой на стенке камеры вдоль линий с одинаковой кривизной, а также определение их длин в зависимости от эффективной диэлек-рической проницаемости и выполнение сравнивающего блока в виде фаэометра позволяют повысить надежность контроля процесса горения в камере тепловой энергетической установки.

1575007

Формула изобретения

Устройство контроля процесса горе— ния в камере тепловой энергетичес.кой установки, содержащее генератор СВЧколебаний, подключенный через делитель мощности и отверстия в стенке камеры к измерительному и опорному плечам, выполненным в виде отрезков открытых линий передач, вторые концы которых подсоединены к сравнивающему блоку, о т л и ч а ю щ е е с я тем. что, с целью пошьпчения надежности, измерительное и опорное плечи выполнены с конструктивно различной формой поперечного сечения и установлены на стенке вдоль линий с одинаковой кривизной, квадраты длин плеч относятся как их эффектив :.ые диэлектрические проницаемости, а сравнивающий блок выполнен в виде Аазометра. !

1 57500"

Составитель И. Аксенов

Редактор И. Бандура Техред Л, Сердюкова Корректор М. Самборская

Заказ 1776 Тираж 450 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, И-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101