一种在线测量高温烟气湿度的传感器及其测量方法技术

本发明专利技术属于烟气湿度测量技术领域，具体涉及一种在线测量高温烟气湿度的传感器及其测量方法。本发明专利技术主要由湿度传感器测量腔、烟气入口、烟气出口以及通过信号电缆线相连接的信号处理控制器所构成；两个氧传感器单元，1#氧传感器单元与2#氧传感器单元的头部位于湿度传感器测量腔同一层流截面。本发明专利技术解决了烟气温度高于180℃的工况中烟气湿度在线测量问题，提供一种可以长期在线测量烟气湿度的湿度传感器；进一步地解决了现有同类技术仅仅适用于密闭环境或静态环境的湿度测量，提供了一种可以适用于开放环境下高温烟气湿度测量的方法。法。法。

【技术实现步骤摘要】
一种在线测量高温烟气湿度的传感器及其测量方法


[0001]本专利技术属于烟气湿度测量
，尤其涉及一种在线测量高温烟气湿度的传感器及其测量方法。

技术介绍

[0002]目前烟气湿度测量一般采用阻容法湿度仪测量烟气湿度，在烟气温度高于180℃的工况下，电容法湿度传感器因为耐受温度不够无法使用，不能满足烟气温度高于180℃工况下烟气湿度在线测量的需要，也就没有彻底解决高温烟气环境下湿度长期在线测量的问题。因此，解决烟气温度高于180℃工况下湿度测量仪器所需的烟气湿度传感器，确保烟气湿度仪可以长期在线测量烟气湿度参数，是环保行业烟气湿度测量领域的迫切需求。
[0003]另一种极限电流氧传感器，通常应用在较为干净的测量环境中，比如“蒸烤箱内膛湿度快速检测装置及方法”(申请公布号：CN106370711A，申请日：2016年8月29日)。极限电流氧传感器应用技术开发，还有把研究重点放在如何用单片机对极限电流氧传感器的信号采集处理、显示等电路处理方面，比如“一种高温湿度仪及其测量方法”(授权公告号CN103543190B，申请日：2013年9月18日)的专利。这些是相对成熟的技术，用一个极限电流氧传感器来实现湿度测量，看似可行，实际上则存在2个严重缺陷。第一个缺陷是极限电流氧传感器分为2类，一类只测量被测气体中的含氧量，另一类测量被测气体中包含水分在内的含氧量，其用一个极限电流氧传感器来回切换工作电压直接导致该传感器获取的测量结果存在歧义，因为工作电压切换前、切换后获得的测量结果是否真的不包含水分、或者真的已经完整的包含了水分在内不能确定。来回切换工作电压传感器均需要稳定时间，否则无法稳定工作。稳定时间长则测量的不是同一股气体，稳定时间短则传感器获取的测量值没有意义。第二个更为严重的缺陷是其2次测量值相减没有实际意义，因为2个工作状态下测量的不是同一时刻的气体，这样测量出来的2个物理量相减就没有实际意义，无法与被测气体的湿度进行关联(我们只能认为在密闭空间中该专利描述的测量值是有物理意义的，因为密闭空间中的湿度在测量期间不会发生变化)。可见现有技术用于开放环境下动态气体的测量数据与实际湿度无法关联，没有物理意义，其数据自然不可靠。用于开放环境下废烟气湿度测量的原理和方法均存在严重缺陷，基于现有技术的产品也就存在严重缺陷。

技术实现思路

[0004]1.专利技术要解决的技术问题
[0005]本专利技术主要解决烟气湿度测量数据可靠性的问题，首先要构建适用于在线烟气湿度测量，测量值能反应实际烟气湿度的湿度传感器，即解决同时测出同一股烟气的干基氧含量和湿基氧含量的问题。
[0006]进一步地，构建能在温度高于180℃的工况中测量烟气氧含量的氧传感器单元，该氧传感器单元，能够实时、动态的达到保护条件，使得氧传感器单元内部温度十分稳定，不易被外部开放环境的波动所影响。
[0007]进一步地，解决数据处理处理问题，得到可靠的湿度测量值，提供了一种可以适用于开放环境烟气湿度测量的高温烟气湿度测量的方法。
[0008]2.技术方案
[0009]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：设计一种在线测量烟气湿度的传感器，主要由湿度传感器测量腔和信号处理控制器构成，所述湿度传感器测量腔具有连接烟气管道的烟气入口和烟气出口；所述湿度传感器测量腔同一层流截面安装有两个氧传感器单元，分别为1#氧传感器单元和2#氧传感器单元。所述1#氧传感器单元测量烟气不包含水汽的氧含量，称为干基氧含量，所述2#氧传感器单元测量烟气包含水汽的氧含量，称为湿基氧含量。所述信号处理控制器与所述氧传感器单元电联接。
[0010]进一步地，所述1#氧传感器单元与2#氧传感器单元的头部相对排列，分别安装在湿度传感器测量腔的左右两侧；也可以垂直排列的方向安装在湿度传感器测量腔上；还可以并排同向安装在湿度传感器测量腔的同一侧。
[0011]进一步地，所述的氧传感器单元由氧传感器基座、极限电流氧传感器、环形伴热元件、隔热保温套、阻尘过滤罩和通过信号电缆线连接的信号处理控制器组成；所述的氧传感器基座是极限电流氧传感器和环形伴热元件的载体，环形伴热元件的内径略大于极限电流氧传感器的外径，环形伴热元件套在极限电流氧传感器外，二者之间是基本无间隙的装配位置关系。
[0012]进一步地，所述的氧传感器基座上有6根金针，极限电流氧传感器的4根引脚焊在氧传感器基座靠近中心的4根金针上，环形伴热元件的2根引脚焊在基座的另外2根金针上。所述金针与信号处理控制器通过信号电缆线电联接。
[0013]进一步地，所述的环形伴热元件通过基座上的2根金针与信号处理控制器相连接，并由其主板上的条件保护控制电路驱动伴热，将套在内部的极限电流氧传感器迅速加热达到保护条件，实时保护极限电流氧传感器。
[0014]进一步地，所述的隔热保温套的内径略大于所述的环形伴热元件的外径，并完整地套在环形伴热元件外，二者之间是可以有些许间隙的装配关系，阻断环形伴热元件与外部环境的直接接触换热，与所述的环形伴热元件共同构成一个温度稳定可控，能保护极限电流氧传感器的测量小环境。
[0015]进一步地，所述的阻尘过滤罩位于极限电流氧传感器与外部环境之间，以螺纹连接方式与隔热保温套相连接，阻尘过滤罩有效阻挡被测烟气中的粉尘颗粒进入从而污染极限电流氧传感器，同时被测烟气中的气体成分及水蒸气可以进入极限电流氧传感器，极限电流氧传感器的测量信号发生相应变化。
[0016]进一步地，所述极限电流氧传感器测量信号、环形伴热元件的监控信号，通过氧传感器基座下端6根金针上连接的信号电缆线，传输到信号处理控制器处理；所述的信号电缆线通过信号电缆线锁头固定在氧传感器单元上。
[0017]在线测量烟气湿度的传感器的测量方法：让被测烟气从烟气入口进入湿度传感器测量腔，1#氧传感器单元检测到被测烟气的干基氧含量(准确的说是被测烟气的氧含量对应的微电流信号I
d
)。该I
d
信号经由湿度传感器信号处理控制器的采集电路、放大电路、MCU软件程序等处理后转换成当前时刻的烟气氧含量O
2d
；与此同时，2#氧传感器单元检测到被测烟气中包含烟气水分在内的湿基氧含量，2#氧传感器单元被设计成输出的是被测烟气中
包括烟气水分在内的氧含量对应的微电流信号I
w
，该I
w
信号经由湿度传感器信号处理控制器的采集电路、放大电路、MCU软件程序等处理后转换成当前时刻烟气中包含烟气水分在内的氧含量O
2w
，用O
2w
减去O
2d
得到的差值(ΔO2)就代表了当前烟气的水分含量。
[0018]烟气含氧量O
2d
的对数与对应的微电流信号I
d
是线性函数关系，简化后的以I
d
为自变量的函数表达式为：O
2d
＝(1
–
e
(
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在线测量高温烟气湿度的传感器，主要包括湿度传感器测量腔(200)和信号处理控制器(203)，其特征在于：所述湿度传感器测量腔(200)具有连接烟气管道的烟气入口(201)和烟气出口(202)；所述湿度传感器测量腔(200)同一层流截面安装有两个氧传感器单元(100)，分别为1#氧传感器单元(1001)和2#氧传感器单元(1002)；所述1#氧传感器单元(1001)测量烟气干基氧含量，所述2#氧传感器单元(1002)测量烟气湿基氧含量；所述信号处理控制器(203)与所述氧传感器单元(100)电联接。2.根据权利要求1所述传感器，其特征在于：所述1#氧传感器单元(1001)与2#氧传感器单元(1002)的头部相对排列，分别安装在湿度传感器测量腔(200)的左右两侧。3.根据权利要求1所述传感器，其特征在于：所述1#氧传感器单元(1001)与2#氧传感器单元(1002)以垂直排列的方向安装在湿度传感器测量腔(200)上。4.根据权利要求1所述传感器，其特征在于：所述1#氧传感器单元(1001)与2#氧传感器单元(1002)并排同向安装在湿度传感器测量腔(200)的同一侧。5.根据权利要求1所述传感器，其特征在于：所述的氧传感器单元(100)由氧传感器基座(101)、极限电流氧传感器(102)、环形伴热元件(103)、隔热保温套(104)、阻尘过滤罩(105)和通过信号电缆线连接的信号处理控制器(203)组成；所述的氧传感器基座(101)是极限电流氧传感器(102)和环形伴热元件(103)的载体，环形伴热元件(103)的内径略大于极限电流氧传感器(102)的外径，环形伴热元件(103)套在极限电流氧传感器(102)外，二者之间是基本无间隙的装配。6.根据权利要求5所述传感器，其特征在于：所述的氧传感器基座(101)上有6根金针，极限电流氧传感器(102)的4根引脚焊在氧传感器基座(101)靠近中心的4根金针上，环形伴热元件(103)的2根引脚焊在基座的另外2根金针上；所述金针与信号处理控制器(203)电联接。7.根据权利要求6所述传感器，其特征在于：所述的环形伴热元件(103)通过基座上的2根金针与信号处理控制器(203)相连接，并由其主板上的条件保护控制电路驱动伴热，将套在内部的极限电流氧传感器(102)迅速加热达到保护条件，实时保护极限电流氧传感器(102)。8.根据权利要求5所述传感器，其特征在于：所述的隔热保温套(104)的内径略大于所述的环形伴热元件(103)的外径，并完整地套在环形伴热元件(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘德允，陈莹，
申请(专利权)人：南京埃森环境技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：