本實用新型涉及溫度測量技術領域，具體而言，涉及一種用于鍋爐的溫度測量裝置。

背景技術：

在大型燃煤、燃油鍋爐中，例如火力發電廠鍋爐、煉鋼高爐、水泥回轉窯、煉焦器等高溫設備，爐內煙氣溫度的測量直接關系到燃燒的穩定性，對于設備的安全、經濟運行具有重要意義。

由于爐內高溫、多塵、腐蝕、湍流等復雜惡劣環境的限制，現有技術中，采用基于熱平衡的熱力學計算方法獲得爐膛內的煙氣溫度，或者采用接觸式溫度測量方法，比如采用溫度探針直接測量爐膛內的煙氣溫度。熱力學計算方法需要采集爐膛尾部煙氣側和蒸汽側的大量溫度和壓力信息，計算結果滯后，無法實時反映爐膛內的煙氣溫度。接觸式溫度測量方法只能用于鍋爐點火時，防止管道超溫做短時間測量，超過預定溫度探針自動退出，也無法實現鍋爐運行過程中的實時溫度測量。上述方法均無法在鍋爐運行過程中對爐膛內的煙氣溫度進行實時測量。

技術實現要素：

本實用新型的主要目的在于提供一種用于鍋爐的溫度測量裝置，以解決現有技術中無法在鍋爐運行過程中對爐膛內的煙氣溫度進行實時測量的問題。

為了實現上述目的，本實用新型提供了一種用于鍋爐的溫度測量裝置，包括：聲波收發器，聲波收發器用于發射和接收聲波信號；聲波接收器，聲波接收器用于接收聲波收發器發射的聲波信號；聲波收發器和聲波接收器間隔設置在鍋爐的爐體上；處理單元，聲波收發器和聲波接收器均與處理單元連接，處理單元用于計算聲波在聲波收發器和聲波接收器之間的傳播時間。

進一步地，聲波在聲波收發器和聲波接收器之間的傳播路徑與爐體的中心軸線之間有夾角。

進一步地，聲波收發器和聲波接收器沿爐體的中心軸線對稱設置。

進一步地，聲波接收器有多個，多個聲波接收器沿爐體的軸向和/或周向間隔設置。

進一步地，聲波收發器有多個，多個聲波收發器沿爐體的軸向和/或周向間隔設置。

進一步地，聲波收發器和聲波接收器均封裝在套管內。

進一步地，聲波收發器和/或聲波接收器通過法蘭安裝在爐體上。

進一步地，溫度測量裝置還包括控制器和顯示模塊，處理單元和顯示模塊均與控制器連接，控制器將處理單元的計量結果顯示在顯示模塊上。

進一步地，溫度測量裝置還包括與聲波收發器和聲波接收器均連接的模數轉換單元，模數轉換單元用于將聲波收發器和聲波接收器的模擬信號進行轉換并傳遞給處理單元。

進一步地，溫度測量裝置還包括設置在處理單元與聲波接收器之間的信號調理器，信號調理器用于對聲波接收器傳遞的聲波信號進行濾波和放大。

應用本實用新型的技術方案，通過設置在鍋爐的爐體上的聲波收發器發射聲波信號，與聲波收發器間隔設置的聲波接收器接收聲波收發器發射的聲波信號，與聲波收發器、聲波接收器均連接的處理單元實時接收聲波收發器和聲波接收器傳遞的信號，并計算聲波在聲波收發器和聲波接收器之間的傳播時間，從而根據聲波在爐膛內的傳播時間得到爐膛內的煙氣溫度，實現了實時測量爐膛內的煙氣溫度的功能。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中：

圖1示出了根據本實用新型的用于鍋爐的溫度測量裝置的實施例的結構示意圖；以及

圖2示出了圖1的溫度測量裝置的聲波收發器在鍋爐爐體上的設置位置的示意圖。

其中，上述附圖包括以下附圖標記：

10、聲波收發器；20、聲波接收器；30、顯示模塊；40、控制器；50、處理單元；60、模數轉換單元；70、信號調理器。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本實用新型。

本實用新型的實施例中，鍋爐的爐體壁面所圍城的內部空間為爐膛。

本實用新型的實施例中，為了解決現有技術中無法在鍋爐運行過程中對爐膛內的煙氣溫度進行實時測量的問題，提供了一種用于鍋爐的溫度測量裝置，下面進行具體說明：

如圖1所示，本實用新型的實施例中，用于鍋爐的溫度測量裝置包括聲波收發器10、聲波接收器20和處理單元50。聲波收發器10用于發射和接收聲波信號，聲波接收器20用于接收聲波收發器10發射的聲波信號，聲波收發器10和聲波接收器20間隔設置在鍋爐的爐體上。聲波收發器10和聲波接收器20均與處理單元50連接，處理單元50用于計算聲波在聲波收發器10和聲波接收器20之間的傳播時間。

通過上述設置，鍋爐爐體上的聲波收發器10發射聲波信號，與聲波收發器10間隔設置的聲波接收器20接收聲波收發器10發射的聲波信號，與聲波收發器10、聲波接收器20均連接的處理單元50實時接收聲波收發器10和聲波接收器20傳遞的信號，并計算聲波收發器10發射信號和聲波接收器20接收信號之間的時間間隔，從而得到聲波在聲波收發器10和聲波接收器20之間的傳播時間，進而根據聲波在爐膛內的傳播時間得到爐膛內的煙氣溫度。

上述溫度測量裝置響應速度快，測量精度高，可以在鍋爐運行過程中對爐膛內的煙氣溫度進行實時測量。而且，上述溫度測量裝置利用超聲波在爐膛內煙氣中的傳播速度測量爐膛內的煙氣溫度，不受爐內高溫、多塵、腐蝕、湍流等復雜惡劣環境限制，可以實現爐膛內煙氣溫度的長期、穩定、準確、實時在線監測，可以取代現有技術的高溫探針，并能夠及時判斷鍋爐的燃燒情況，實時調節和控制爐內溫度。

進一步地，聲波收發器10也可以接收自身發出的聲波信號，聲波收發器10與聲波接收器20形成兩個聲波信號的接收端，處理單元50對兩個接收端傳遞的信號進行處理，可以提高溫度測量裝置對煙氣溫度的測量精度。

具體地，本實用新型的實施例中，聲波收發器10為超聲波換能器。

超聲波換能器的方向性好，傳播距離遠，測量空間大，可以提高溫度測量裝置的準確性。

優選地，本實用新型的實施例中，聲波收發器10和聲波接收器20均為柱型換能器。

柱型換能器的聲阻在截止頻率附近變化均勻，指向性強，便于聲波的直線傳播。

本實用新型的實施例中，根據超聲波在爐膛內的傳播時間獲得爐膛內煙氣溫度的原理如下：

根據熱力學原理和超聲波波動方程可以推倒出超聲波在介質中的傳播速度與介質的溫度存在以下關系：

v＝f(γ,R,m,T)

其中，v表示超聲波在氣體中的傳播速度，γ表示氣體的絕熱指數，R表示氣體的普適常數，m表示氣體的分子量，T表示氣體溫度。

由于氣體的絕熱指數γ、普適常數R和分子量m均為已知參數，因此可以通過測量超聲波在爐膛內的傳播速度計算爐膛內的煙氣溫度。

由于超聲波的在爐膛內的傳播速度可以根據超聲波發射端與接收端之間的距離和超聲波在發射端與接收端之間的傳播時間計算得到，而超聲波發射端與接收端之間的距離是已知參數，因此，測得超聲波在爐膛內的傳播時間即可獲得爐膛內的煙氣溫度。

本實用新型的實施例中，聲波在聲波收發器10和聲波接收器20之間的傳播路徑與爐體的中心軸線之間有夾角。

上述設置可以使聲波收發器10發出的聲波信號穿過爐膛后被聲波接收器20接收，避免聲波收發器10與聲波接收器20的連線與爐體的中心軸線平行，導致聲波接收器20接收到的是未穿過爐膛而沿爐體傳播的聲波信號，導致測量結果失真。

如圖1和圖2所示，本實用新型的實施例中，聲波收發器10和聲波接收器20沿爐體的中心軸線對稱設置以使聲波在聲波收發器10和聲波接收器20之間的傳播路徑與爐體的中心軸線垂直。其中，爐體的中心軸線在圖1和圖2中沿豎直方向設置。

通過上述設置，可以實現聲波從爐體的一側壁面發出傳播到另一側壁面被接收。聲波穿過整個爐膛，可以較為真實地反映爐膛內的煙氣溫度。而且，上述設置便于確定聲波接收器20與聲波收發器10之間的距離，從而便于計算聲波在爐膛內的傳播時間。

具體地，如圖1和2所示，聲波收發器10和聲波接收器20分別設置在爐體壁面中部以上的對稱位置。

本實用新型的實施例中，聲波接收器20有多個，多個聲波接收器20沿爐體的軸向和周向間隔設置。

這樣，多個聲波接收器20可以形成多個聲波信號的接收端，從聲波收發器10發出的聲波信號穿過爐膛的不同區域到達多個聲波接收器20，處理單元50計算聲波在聲波收發器10和多個聲波接收器20之間的傳播時間，從而可以獲得爐膛內不同區域的煙氣溫度分布，實現爐膛內溫度場的測量。

當然，多個聲波接收器20也可以僅沿爐體的軸向間隔設置或僅沿爐體的周向間隔設置。

本實用新型的實施例中，聲波收發器10有多個，多個聲波收發器10沿爐體的軸向和周向間隔設置。

這樣，多個聲波收發器10可以形成多個聲波信號的發射端，并且可以作為聲波信號的接收端，從多個聲波收發器10發出的聲波信號穿過爐膛的不同區域到達聲波接收器20，同時經爐體反射的聲波信號也可以被聲波收發器10接收，處理單元50計算聲波在多個聲波收發器10和聲波接收器20之間的傳播時間，從而獲得爐膛內不同區域的煙氣溫度分布，實現爐膛內溫度場的測量，并提高溫度測量的準確性。

當然，多個聲波收發器10也可以僅沿爐體的軸向間隔設置或僅沿爐體的周向間隔設置。

如圖1所示，本實用新型的實施例中，聲波收發器10和聲波接收器20均封裝在套管內。

通過上述設置，可以有效防止爐膛內飛灰由于自身重力而產生沉積，影響聲波的傳播效果，從而實現長期、穩定、準確測量。

本實用新型的實施例中，聲波收發器10和聲波接收器20通過法蘭安裝在爐體上。

聲波收發器10和聲波接收器20通過法蘭與爐體連接，可以便于安裝、拆卸、更換和維護聲波收發器10和聲波接收器20。

可選地，本實用新型的實施例中，聲波收發器10和聲波接收器20安裝在爐體的外壁上。

這樣，溫度測量裝置具有非插入式的特點，可以避免爐膛內高溫、多塵、腐蝕、湍流等惡劣環境的影響。

具體地，在爐體的外壁上開孔，將聲波導管的一端插入孔中，聲波導管的另一端伸出孔外，將聲波收發器10和聲波接收器20與聲波導管的伸出孔外的一端連接。由于爐膛內為負壓，聲波導管與聲波收發器10和聲波接收器20連接的一端溫度較低，且聲波導管中設有防塵隔熱金屬絲網，因此可以避免爐膛內的高溫對聲波收發器10和聲波接收器20的影響。

當然，在本實用新型的替代實施例中，也可以僅將聲波收發器10或聲波接收器20通過法蘭安裝在爐體上。

如圖1所示，本實用新型的實施例中，溫度測量裝置還包括控制器40和顯示模塊30，處理單元50和顯示模塊30均與控制器40連接，控制器40將處理單元50的計量結果顯示在顯示模塊30上。

通過上述設置，控制器40可以接收處理單元50的計算結果并將計算結果實時地顯示在顯示模塊30上，便于工作人員的監測，實現在鍋爐運行過程中對爐膛內的煙氣溫度進行實時監測，工作人員可以根據顯示模塊30的顯示結果及時判斷鍋爐的燃燒情況，并加以調節和控制。

優選地，本實用新型的實施例中，處理單元50、顯示模塊30和控制器40集成在筆記本電腦上。

如圖1所示，本實用新型的實施例中，溫度測量裝置還包括與聲波收發器10和聲波接收器20均連接的模數轉換單元60，模數轉換單元60用于將聲波收發器10和聲波接收器20的模擬信號進行轉換并傳遞給處理單元50。

模數轉換單元60可以將聲波收發器10和聲波接收器20的電壓信號轉換為數字信號，便于信號的傳輸和處理單元50的處理。

可選地，模數轉換單元60為雙通道數據采集卡，具有兩路輸入和兩路輸出，分別對聲波收發器10和聲波接收器20的信號進行轉換。

如圖1所示，本實用新型的實施例中，溫度測量裝置還包括設置在處理單元50與聲波接收器20以及聲波收發器10之間的信號調理器70，信號調理器70用于對聲波接收器20傳遞的聲波信號進行濾波和放大。

聲波接收器20的信號經過信號調理器70濾波和放大后再傳遞給處理單元50，可以提高信號的準確性和溫度測量裝置的測量精度。

當然，在附圖未示出的替代實施例中，信號調理器70也可以僅設置在處理單元50與聲波接收器20之間。

如圖1所示，為了便于控制聲波收發器10發射信號，控制器40與聲波收發器10連接以對聲波收發器10發出控制信號。為了便于連接筆記本電腦的控制器40與聲波收發器10，在筆記本電腦與聲波收發器10之間設置接線盒。

本實用新型的一種優選的實施例如下：

在爐體壁面中部以上的對稱位置分別安裝超聲波換能器和超聲波接收器。超聲波換能器與接線盒連接，接線盒與筆記本電腦連接以使超聲波換能器能夠接收筆記本電腦的控制器40發出的控制信號。超聲波換能器和超聲波接收器均與信號調理器70連接，信號調理器70與雙通道數據采集卡連接，雙通道數據采集卡具有兩路輸出和兩路輸入，分別對應超聲波換能器和超聲波接收器，雙通道數據采集卡通過USB線與筆記本電腦連接，形成一套便攜式溫度測量裝置。

筆記本電腦的控制器40發出控制信號，通過接線盒傳遞給超聲波換能器。作為超聲波發射端的超聲波換能器發出超聲波信號，超聲波穿過爐膛后被同側的超聲波換能器和對側的超聲波接收器接收到。作為接收端的超聲波換能器和超聲波接收器將接收到的超聲波信號轉換為電壓信號，經過信號調理器70濾波和放大的電壓信號進入雙通道數據采集卡并轉換為數字信號，傳遞給筆記本電腦中的處理單元50。處理單元50對發出的信號和接收的信號進行互相關分析，根據超聲波在介質中的傳播速度與介質的溫度之間的關系式v＝f(γ,R,m,T)計算超聲波在爐膛內的傳播時間，并根據超聲波的傳播時間計算爐膛內的煙氣溫度。最后，筆記本電腦的控制器40控制顯示模塊30顯示爐膛內的煙氣溫度值。

本實用新型的溫度測量裝置利用超聲波在爐膛內煙氣中的傳播速度測量爐膛內的煙氣溫度，不受爐內高溫、多塵、腐蝕、湍流等復雜惡劣環境限制，可以實現爐膛內煙氣溫度的長期、穩定、準確、實時在線監測，具有測量精度較高、測溫范圍寬、測量空間大、非接觸、連續操作、維護方便、便攜測量的特點，可以取代傳統的爐膛溫度探針，能夠及時判斷鍋爐的燃燒情況，并加以調節和控制。

從以上的描述中，可以看出，本實用新型上述的實施例實現了如下技術效果：通過設置在鍋爐的爐體上的聲波收發器發射聲波信號，與聲波收發器間隔設置的聲波接收器接收聲波收發器發射的聲波信號，與聲波收發器、聲波接收器均連接的處理單元實時接收聲波收發器和聲波接收器傳遞的信號，并計算聲波在聲波收發器和聲波接收器之間的傳播時間，根據聲波在爐膛內的傳播時間得到爐膛內的煙氣溫度，從而可以在鍋爐運行過程中對爐膛內的煙氣溫度進行實時測量，響應速度快，測量精度高。

以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。