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炉膛温度准确测量对于锅炉运行的安全、稳定以及燃烧优化有着很大的意义。但由于炉膛燃烧过程自身具有瞬态变化、随机湍流、设备尺寸庞大、环境恶劣等特征,给实际炉膛温度的在线测量带来困难。声学法测温是一种有效的非插入式炉膛温度测量方法,具有测量精度高,测量范围广、测量范围空间大、实时连续测量、抗干扰能力强、维护方便等优点,且适用于温度场的测量与重建。
本文以新型声学高温计如何实现声波飞行时间的测量为主线,在前人研究的基础上,试验性的改进开发了声学测温系统。在本文中介绍了系统各部分的组成结构,给出了声学高温计系统的硬件原理图和软件流程图,并进行了细致的讲解。在实验室进行了常温条件下的实验研究。对信号的频带,声音传播多路径问题,和可能影响测量结果准确性的其他因素进行了细致的分析。本文主要完成了以下工作:
(1)根据声学测温原理,改进了声学高温计模拟部分的硬件设计,采用了耐高温、小尺寸的压电陶瓷片做扬声器和传声器做了初步试验。
(2)对频域和时域下的FFT算法和其在滤波、频谱分析中的应用作了详细介绍。
(3)把ARM系统数据采样频率从14KHz提高到了40KHz,提高了时间分辨率,减小了测量误差,提高了测量准确度。
(4)改进并完善了声学测温系统的软件平台。
(5)通过实验找到影响系统测量准确性的因素,通过加准值器减小声音多路径传播带来的多峰问题的影响。
(6)通过大量试验对系统离散性、重复性和稳定性进行了定量分析,最大标准偏差0.00627。