内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）
根据环形加热炉中燃烧区域的特点，可采取上下燃烧区域温度主副控制。如设定好上部均热区温度后，其温度设定值不仅参与上部均热区燃料和空气流量的控制，而且作为温度调节系数参与下部均热区燃料和空气流量的控制。上下区域间采用温度主副控制主要是通过热辐射和交换原理降低燃料消耗量，达到节约成本的目的。
3.3 检测元件的选择
3.3.1 温度检测元件
热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件,是由两种不同成分的导体两端接合成回路时，当两接合点 热电偶温度不同时，就会在回路内产生热电流。如果热电偶的工作端与参比端存有温差时，显示仪表将会指示出热电偶产生的热电势所对应的温度值。热电偶的热电动热将随着测量端温度升高而增长，它的大小只与热电偶材料和两端的温度有关，与热电极的长度、直径无关。各种热电偶的外形常因需要而极不相同，但是它们的基本结构却大致相同，通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成，通常和显示仪表,记录仪表和电子调节器配套使用。
将两种材质不同的导体或半导体连接成闭合回路就构成了热电偶。热电偶的测温原理是基于热电效应，即只要热电偶两端的温度不同，则在热电偶闭合回路中就产生热电动势，这种现象就称为热电效应。热电偶回路中的热电动势由接触电动势和温差电动势两部分组成。其主要优点是测温范围广，可以在1K至2800℃的范围内使用，精度高，性能稳定，结构简单，动态性能好，把温度转换为电势信号便于处理和远距离传输。
温度在300℃—600℃时可选用镍铬—康铜热电偶（E）；但由于考铜合金丝易氧化变质，因此用在测量高于500℃的蒸汽温度时，宜选用镍铬一镍硅热电偶（K）；温度在600℃至1000℃时选用镍铬一镍硅热电偶（K）；温度在1000℃至1300℃时应该选用铂铑—铂热电偶（S）。S型热电偶长期最高使用温度为1300℃，短期最高使用温度为1600℃。S型热电偶具有准确度高，稳定性好，测温温区宽，使用寿命长等优点。其物理化学性能良好，在高温下抗氧化性能好，适用于氧化和惰性气氛中，使用广泛。因为钢坯加热温度为1050—1250℃，加热炉预热段温度在750—1100℃；加热段温度在1250—1300℃；均热段温度在1150—1250℃。
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所以应该选用铂铑-铂（S型）热电偶。 3.3.2 流量检测元件
在工程上，常把单位时间内流过工艺管道某截面的流体数量称为瞬时流量，而把某一段时间内流过工艺管道某截面的流体总量称为累积流量。由于流量检测的复杂性和多样性，流量监测的方法很多，其分类方法也多种多样。若按检测的最终结果分类，可分为体积流量检测法和质量流量检测法。
⑴体积流量检测法：体积流量检测法又可分为容积法（又称直接法）和速度法（又称间接法）两种。
①容积法是以单位时间内排出流体的固定体积数来计算流量。基于容积法的流量检测仪表有椭圆齿轮式流量计、腰轮式流量计、螺杆式流量计、刮板式流量计、旋转活塞式流量计等。容积法测量流量受流体状态影响小，适用于测量高粘度流体，测量精度高。
②速度法是先测出管道内的平均流速，再乘以管道截面积以求得流量。目前工业上常用的基于速度法的流量检测仪表有节流式（又称差压式）流量计、转子流量计、旋涡式流量计、涡轮式流量计、电磁式流量计、靶式流量计、超声式流量计等。
⑵质量流量检测法：质量流量检测法也可分为间接法和直接法两种。 ①间接法是用测得的体积流量乘以密度求得质量流量。但当流体密度随温度、压力变化时，还需要随时测量流体的温度和压力，并通过计算对其进行补偿。当温度和压力波动频繁时测量参数多、计算工作繁琐、累积误差大、测量精度难以提高。
②直接法是用测量仪表直接测量质量流量，具有精度不受流体的温度、压力、密度等变化影响的优点，但目前尚处于研究发展的阶段，现场应用不如测量体积流量那样普及。目前已有的质量流量检测仪表有科里奥利式流量计、量热式流量计、角动量式流量计等。
涡街流量计是典型的速度流量计。实验表明，当管道中的流体遇到横置的、满足一定条件的柱状障碍物时，会产生有规律的周期性漩涡序列，其漩涡系列平行排成两行，如同街道两旁的路灯，俗称“涡街”。由于这一现象首先是由卡曼发现的，故又命名为“卡曼涡街”。
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涡街流量计主要用于工业管道介质流体的流量测量,如气体、液体、蒸气等多种介质。其特点是压力损失小,量程范围大,精度高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件，因此可靠性高,维护量小。仪表参数能长期稳定。涡街流量计采用压电应力式传感器,可靠性高,可在-20℃—+250℃的工作温度范围内工作。有模拟标准信号,也有数字脉冲信号输出,容易与计算机等数字系统配套使用,是一种比较先进、理想的测量仪器。
综上所述，涡街流量计表现出简单而优良的特性，而且障碍柱体使流体产生的压力损失要远远小于孔板等节流元件所产生的压力损失，所以，本设计选用涡街流量计测量煤气的流量和助燃空气的流量。
3.4 执行器的选择
执行器是过程控制系统中一个重要的组成部分，一般由执行机构和调节机构（又成为调节阀）两部分组成。它的作用是接受来自调节器输出的的控制信号，并转换成直线位移或角位移来改变调节阀的流通面积，以改变被控参数的流量，控制流入或流出被控过程的物料或能量，从而实现对过程参数的自动控制，使生产过程满足预定要求。执行器安装在现场，直接与工艺介质接触，通常在高温、高压、高粘度、强腐蚀、易结晶、易燃易爆、剧毒等场合下工作，如果选用不当，将直接影响过程控制系统的控制质量，或者使整个控制系统不能可靠工作，甚至造成严重事故。 3.4.1 执行机构的选择
对于执行机构最广泛的定义是：一种能提供直线或旋转运动的驱动装置，它利用某种驱动能源并在某种控制信号作用下工作。
因为越来越多的工厂采用了自动化控制，人工操作被机械或自动化设备所替代，人们要求执行机构能够起到控制系统与阀门机械运动之间的界面作用，更要求执行机构增强工作安全性能和环境保护性能。在一些危险性的场合，自动化的执行机构装置能减少人员的伤害。某些特殊阀门要求在特殊情况下紧急打开或关闭，阀门执行机构能阻止危险进一步扩散同时将工厂损失减至最少。对一些高压大口径的阀门，所需的执行机构输出力矩非常大，这时所需执行机构必须提高机械效率并使用高输出的电机，这样平稳的操作大口径阀门。
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执行机构的选择主要是对气动执行机构、电动执行机构和液动执行机构的选择，根据能源、介质的工艺要求、安全、控制系统的精度、经济效益及现场情况等多种因素，综合考虑选用哪一种执行机构。气动执行机构具有结构简单、工作可靠、价格便宜、维护方便和防火防爆等优点。由于环形加热炉燃烧系统使用的燃料即焦炉煤气具有易燃、易爆的性质，所以，本设计中的执行器都选用气动执行器，不仅可以降低成本，使用方便，而且能够有效的防火防爆，降低发生意外事故的概率。
但气动执行器有滞后大、不适于远传的特点，为了克服此缺点，可采用电-气转换器或阀门定位器，是传送信号为电信号，现场操作为启动，这是电-气结合的一种形式，也是今后发展的方向。气动执行机构接受电/气转换器（或电/气阀门定位器）输出的气压信号，并将其转换为相应的推杆直线位移，以推动调节机构工作。气动执行是以压缩空气为动力能源的，他接受调节器的输出控制信号，通过气缸或膜片带动阀门连杆动作，以调节被控介质（如液体、气体和蒸汽等）的流量，将被控变量控制在系统要求的范围内。
气动执行机构有薄膜式和活塞式两种。常见的气动执行机构均属薄膜式，它的特点是结构简单、价廉，但输出行程较小，只能直接带动阀杆。活塞式的特点是行程长，但价格昂贵，只用于特殊场合。本设计中选用薄膜式气动执行机构。 3.4.2 调节机构的选择
生产过程中，被控介质的特性千差万别，有高压力的，高粘度的，强腐蚀的；流体的流动的状态也各不相同，有的流量小，有的流量大；有的是分流，有的是合流。因此，必须根据流体性质、工艺条件和过程控制要求，并参照各种阀门结构的特点进行综合考虑，同时兼顾经济性来最终确定合适的结构形式。
调节机构又称控制阀（或调节阀）。在工业自动化过程控制领域中，调节阀通过接受调节控制单元输出的控制信号，借助动力操作去改变介质流量、压力、温度、液位等工艺参数的最终控制元件。一般由执行机构和阀门组成。如果按行程特点，调节阀可分为直行程和角行程；按其所配执行机构使用的动力，可以分为气动调节阀、电动调节阀、液动调节阀三种；按其功能和特性分为线性特性，等百分比特性及抛物线特性三种。调节阀适用于空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、泥浆、油品等介质。
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调节阀按行程特点可分为：直行程和角行程。直行程包括：单座阀、双座阀、套筒阀、角形阀、三通阀、隔膜阀；角行程包括：蝶阀、球阀、偏心旋转阀、全功能超轻型调节阀。调节阀按驱动方式可分为：气动调节阀、电动调节阀和液动调节阀，即以压缩空气为动力源的气动调节阀，以电为动力源的电动调节阀，以液体介质(如油等)压力为动力的电液动调节阀；按调节形式可分为：调节型、切断型、调节切断型；按流量特性可分为：线性、等百分比、抛物线、快开。
电液比例阀是一种可以连续控制的电控阀，阀内比例电磁铁根据输入的电压信号产生相应动作，使工作阀阀芯产生位移，阀口尺寸发生改变并以此完成与输入电压成比例的压力、流量输出的元件。阀芯位移也可以以机械、液压或电的形式进行反馈。由于电液比例阀具有形式种类多样、容易组成使用电气及计算机控制的各种电液系统、控制精度高、安装使用灵活以及抗污染能力强等多方面优点，因此应用领域日益拓宽。近年研发生产的插装式比例阀和比例多路阀充分考虑到工程机械的使用特点，具有先导控制、负载传感和压力补偿等功能。它的出现对移动式液压机械整体技术水平的提升具有重要意义。特别是在电控先导操作、无线遥控和有线遥控操作等方面展现了其良好的应用前景。所以，本设计中选用比例阀来控制煤气和助燃空气的流量。
控制阀是控制系统的执行部件，他接受控制器的命令执行控制任务。控制阀选择的合适与否，将直接影响关系到能否更好地起到控制作用。因此，对它必须给予足够的重视。控制阀接受的是电气信号，当膜头输入压力增大，控制阀开度也增大时，称之为气开阀。反之，当膜头输入压力增大时，控制阀开度减小，则称之为气闭阀。
对于一个具体的控制系统来说，究竟选气开阀还是气闭阀，要有具体的生产工艺来决定。一般来说，要根据以下几条原则来进行选择：
⑴首先要从生产安全出发。信号压力中断时，应保证设备和工作人员的安全。即当气源供气中断，或控制器出故障而无输出，或控制网膜片破裂而漏气等而是控制阀无法正常工作，以致阀芯回复到无能源的初始状态（气开阀恢复到全闭，气闭阀恢复到全开），应能确保生产工艺设备的安全，不致发生事故。
⑵从保证产品质量出发。当发生控制阀处于无能源状态而恢复到初始位置时要保证产品的质量。
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