传感技术在光伏压延玻璃熔窑的应用

传感技术在光伏压延玻璃熔窑的应用

李卫红  李俊峰  杨凤霞 李嘉怡

（河南安彩高科股份有限公司 安阳市  455000）

摘要：本文简要介绍了传感器的工作原理以及传感器在光伏压延玻璃熔窑温度、压力、玻璃液位、流量控制中的原理与作用，并与控制系统、执行系统一起完成玻璃熔窑热工参数的自动控制。

关键词：传感器、光伏玻璃熔窑、自动控制

一、传感器的基本工作原理和主要性能参数

1、传感器工作原理：工程上通常把直接作用于被测量，按一定规律将其转化成同种或别种量值输出的器件，称为传感器。传感器借助于检测元件接受一种形式的信息，并按照一定的规律将它转化成另一种信息。传感器处于测试装置的输入端，其性能如灵敏度、精度、可靠性等，直接影响着控制系统的工作质量。

2、传感器的主要性能参数：

测量范围（量程）：各种传感器都有一定的测量范围，超过规定的测量范围，测量结果就会有较大的误差或造成传感器的损坏。

线性度：线性传感器测出的输入、输出曲线与某一规定直线不吻合的程度，称为非线性误差，或称为线性度。在输出特性与规定直线间，垂直方向上的最大偏差与最大输出的百分比，即为非线性误差。

不重复性：是指在同一操作条件下，对输入量按同一方向作全程连续多次重复测量，输出的值不一致程度，以三次加载输出特性曲线在同一输入量时的最大偏移量与最大输出量之比的百分数称为不重复误差。

滞后（迟滞）：在相同的工作条件下，传感器在正、反行程中，同一输入所对应的输出的不重合程度称为滞后。

精确度（精度）：非线性误差、不重复误差、滞后误差三项指标决定传感器的精确度，它是反映系统误差和随机误差的综合指标。

灵敏度：对线性传感器来说，传感器校准直线的斜率就是灵敏度，而非线性传感器的灵敏度则随输入量不同而变化。

零点时间漂移：传感器在恒定的温度环境中，零点输出信号与时间的变化特性，称为传感器零点时间漂移，简称零漂。

灵敏度漂移：传感器的灵敏度随温度改变而变化，它反映温度变化对传感器输出信号影响的大小。

响应速度：传感器的响应速度反映其动态特性，一般用时间常数大小来表示，时间常数小，表示动态响应较好。

二、传感器的信号处理与数据监控系统的接口

信号处理技术，是从传感器采集的信息中选择出有用的信息，然后将其传送到需要的场所。传感器把被测量参数的信息作为输入参数（如熔窑温度、压力、液位、流量等）转化成电信号输出，称为一次变换。

1、传感器输出信号有如下特点：输出的信号有电阻、电压、电流、频率等，除频率外，其他都是模拟量；输出的电信号一般较微弱；由于传感器内部的噪声的存在，使输出的信号与噪声混合在一起，当传感器的信噪比较小，而输出的信号又弱时，信号淹没在噪声之中；一般情况下，大部分传感器的输入与输出特性呈线性或基本线性，少部分是非线性的；传感器受外界环境干扰会影响其输出特性，其中主要有温度、电场或磁场等；传感器的输出特性与电源性能有关，一般采用恒压供电或恒流供电；传感器将微弱的信号给予放大，经过滤波器将有害的杂波信号滤掉，将非线性的特性曲线线性化，这种信号变换称为二次变化。  

2、传感器的静态和动态特性：传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出-输入关系。动态特性是指输出量与随时间变化的输入量的响应关系,其静态特性不随时间变化，而动态特性随时间变化。

3、传感器与数据监控系统的接口：在玻璃熔窑智能化测试和过程控制中，被测量和被控制的量，采用的测试元件主要是输出模拟信号的传感器。为了实现对被测信号的分析与数据处理，需要进行数据采集，把从传感器输出的模拟量，经过预处理并依靠模-数（A/D）转化器转化为计算机所需要的数字量，以便用计算机进行存储、显示、分析、处理和传输。

三、光伏压延玻璃熔窑自动控制系统与传感器应用

光伏压延玻璃熔窑主要由熔化部、通路、小炉、蓄热室、烟道等组成，玻璃熔窑的作业制度主要包括：温度、压力、玻璃液位控制等。

熔窑工艺管理的自动控制系统，包括热工参数的自动检测、调节、显示、报警等，通过传感元件、执行元件、控制元件等，完成对熔窑温度、压力、液位、流量等热工参数的测量与控制。

1、熔化部温度控制：熔窑温度的控制主要是对熔化部温度控制，通过热电偶或热电阻来监控熔窑各个部分的温度。该系统的检测元件主要是热电偶、热电阻、温度变送器等温度传感器，并通过控制天然气和助燃空气流量，把热点区域的温度控制在工艺要求的范围内。

温度控制的基本原理：该系统采用串级控制，温度控制器从加权温度的测量点采样，进行加权，并与目标值进行比较，控制器根据比较产生的偏差按一定的规律计算出输出值。分别送给燃料流量和助燃空气流量控制系统，两个系统的控制器分别控制各自的流量调节阀，从而把熔窑热点温度控制在规定范围内。

2、熔窑玻璃液位控制系统

熔窑玻璃液位控制系统的检测传感元件主要是图像式液位测量仪；

玻璃液位控制工作原理：该系统接受安装在通路胸墙上摄像机过来的视频图像处理系统测量出来的玻璃液数值，计算机将液位设定值与测量值比较得出偏差，进行PID控制运算,再经D/A模块输出标准信号到投料机，投料机进行变频调节，实现玻璃液位的自动控制。

3、 熔窑压力控制系统

在玻璃熔窑自动化控制中，压力的测量的基本原理是利用中间元件把流体的压力等参量转化为中间量，然后再利用相应的传感器将中间量转化成电量输出。该系统所采用的检测元件主要是差压变送器。

在熔窑实际运行过程中，熔窑的压力要求为微正压。熔窑的压力采用PID调节方式，所用的检测传感元件为一台差压变送器，差压变送器的高压侧与位于窑池后部的测压管相连，低压测与大气侧相连，经过PID调节输出，调节总烟道上的调节阀开度，把熔窑的压力稳定控制在规定的范围内。

4、 燃料流量控制系统：该系统目的是把天然气流量控制在一定的范围内，确保熔窑热点温度的稳定，使用的检测传感元件主要有差压流量变送器（孔板流量计、）、转子流量计、涡轮流量计等。

系统的工作原理：该系统接受来自天然气系统天然气流量总管的流量信号，与温度控制器的输出比较，控制器根据比较产生的偏差按一定的规律计算出天然气流量调节阀的开度，使其得到要求的阀位。在流量反馈回路中包含天然气流量补偿计算，当天然气的压力和温度偏离了标准情况时，引入了压力和温度两个参数，对流量进行压力和温度的补偿，消除附加误差。

5、助燃空气流量控制系统：该系统使用的检测传感元件主要是差压流量变送器，并通过温度变送器进行温度补偿，以确保熔窑正常燃烧，稳定熔窑温度所需要的助燃空气量。

系统的工作原理：该系统接受由助燃空气流量表测得的助燃空气流量，与设定值比较，控制器根据比较产生的偏差按一定的规律计算出助燃风机入口的流量调节阀的开度，并使该调节阀达到要求的阀门开度。助燃空气控制系统包含着空气流量测量反馈回路，温度、压力的变化会使仪表产生一定的附加误差，设置了温度变送器，以进行温度补偿。

总结： 目前，新型传感器的推出越来越多，性能越来越稳定，功能越来越强大，精度越来越高，尤其是前沿领域的智能化传感器，具有自检测、自修正、自保护功能，并带有模糊处理单元，对提高系统稳定性将起到积极的作用，必将得到更广泛的应用。

参 考 文 献

1、《传感器及其应用技术》    林友德  郭亨礼

4、《化工仪表及自动化》   厉玉鸣 

5、《硅酸盐工业仪表及自动化》     于大川 

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