專利名稱：冷鏡式露點(diǎn)儀的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冷鏡式露點(diǎn)儀的控制方法，更確切地說涉及一種應(yīng)用在 冷鏡式露點(diǎn)儀中消除因控制失調(diào)而出現(xiàn)的系統(tǒng)振蕩的方法。
背景技術(shù)：
冷鏡式露點(diǎn)儀測量露點(diǎn)的原理為 一束光源照射到可控制溫度的刨光鏡 面上，由光電傳感器接收管接收其反射光。當(dāng)鏡面清潔干燥時，其反射光最大，即發(fā)射光被100%反射并由光電傳感器接收管接收。當(dāng)鏡面上凝結(jié)水分成霜層時，發(fā)射光被散射，從而接收的反射光強(qiáng)度減弱。該接收信號比較放大后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送入處理器，經(jīng)計(jì)算后控制冷泵的制冷電流，從而控制鏡面溫 度；使鏡面保持在一定的溫度，此時鏡面霜層保持一定的厚度，維持此厚度 霜層時，光電傳感器接收管接收的反射光能量損失至目標(biāo)值，即氣體中的水 蒸氣在鏡面上冷凝成霜并達(dá)到相平衡狀態(tài)，維持霜層為一特定厚度，此時鏡 面的溫度由溫度傳感器測量并記錄為被測氣體的露點(diǎn)。目前，市面上的露點(diǎn)儀大致有兩種測量露點(diǎn)的控制方法，PID調(diào)節(jié)及模糊 控制方法。其中PID調(diào)節(jié)為固定比例、積分和微分系數(shù)的調(diào)節(jié)方式，由于在 整個測量過程中采用恒定不變的參數(shù)值，故系統(tǒng)適應(yīng)能力較差，測量過程類 阻尼振蕩波形，反復(fù)振蕩造成測量時間長。模糊控制為在一定范圍內(nèi)變比例、 變積分和變微分系數(shù)的調(diào)節(jié)方式，根據(jù)儀器系統(tǒng)響應(yīng)可自我調(diào)整參數(shù)，適應(yīng) 性較好，測量過程系統(tǒng)振蕩少，測量時間短。但以上兩種方法均在某些特殊 情況下，如高溫環(huán)境下工作或測量低濕度氣體或高溫環(huán)境下測量低濕度氣體以及人為操作不當(dāng)而導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩時，難以或無法測量露點(diǎn)。導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩 的原因主要為鏡面霜層的形成雖然與冷泵冷端溫度呈正相關(guān)，但有一定滯 后性。當(dāng)霜層過厚時，會導(dǎo)致冷泵斷電，冷端溫度快速升高，通過鏡面的氣 體十分干燥，水分子在鏡面凝結(jié)的的速度小于從鏡面逃逸的速度，霜層將變 ??；雖然即將達(dá)到特定厚度霜層時電流迅速恢復(fù)，但因鏡面溫度不能迅速降 低，將導(dǎo)致霜層變得過薄甚至消失。此時冷泵啟動迅速強(qiáng)制冷，鏡面迅速凝 結(jié)霜層，再次導(dǎo)致結(jié)露霜層過厚，周而復(fù)始。尤其在高溫環(huán)境下，由于冷泵 熱端熱量積累，排散困難，冷泵制冷能力逐漸下降，有時甚至很難使冷端再 次制冷到低于露點(diǎn)的溫度，露點(diǎn)難以或無法測量。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種消除因控制失調(diào)而出現(xiàn)系統(tǒng)振蕩的 方法，它能精細(xì)調(diào)控消露時鏡面霜層的厚度，從而阻止系統(tǒng)失調(diào)振蕩，使之 前難以或無法測量的露點(diǎn)測量得以實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的控制方法為，在消露過程中，根據(jù)光能量偏差和光能量偏差變 化率的不同區(qū)間設(shè)定相對應(yīng)的電流調(diào)整步長，并通過在當(dāng)前制冷電流上加或 減等于此步長的電流值來調(diào)整制冷電流的大小，控制鏡面溫度以控制霜層厚 度，使光能量逐漸逼近目標(biāo)值，即，使鏡面上的霜層逐漸逼近特定厚度，從 而消除系統(tǒng)控制失調(diào)而出現(xiàn)的系統(tǒng)振蕩，此方法能精細(xì)調(diào)控消露時鏡面霜層 的厚度。采用本方法后，儀器在高溫環(huán)境下工作或測量低濕度氣體或高溫環(huán)境下測 量低濕度氣體以及人為操作不當(dāng)將引發(fā)或已引發(fā)系統(tǒng)振蕩時，此方法可阻止 系統(tǒng)振蕩的發(fā)生或終止振蕩的繼續(xù)。本方法可用在PID控制、模糊控制及人工智能控制等可以測得露點(diǎn)的控 制方法中。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。 圖1為冷鏡式露點(diǎn)儀露點(diǎn)測量室的剖面示意圖。 圖2為本方法控制流程示意圖。圖3為本方法與其他測量露點(diǎn)方法的結(jié)合示意圖。圖4為系統(tǒng)失調(diào)振蕩及采用本法時消除系統(tǒng)振蕩時的波形示意圖。
具體實(shí)施方式
圖1為冷鏡式露點(diǎn)儀露點(diǎn)測量室剖面示意圖，發(fā)光管1發(fā)射光，冷泵4 制冷，被測氣體掠過鏡面，并在鏡面3上形成霜層，接收管2接收反射或散 射光。鏡面3霜層的厚度影響接收管2接收到的光能量。本方法為通過處理 器5進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算后，逐步控制冷泵4的電流從而精確控制鏡面3溫度以控制霜層厚度的方法。圖2和圖3示出本法逐步控制電流的流程示意圖及與其他測量方法結(jié)合 使用時的流程示意圖，由光電傳感器接收管2感應(yīng)霜層反射或散射的光能量 并輸出電信號，處理器等時間間隔采集經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換的電信號，計(jì)算當(dāng)前光能 量與光能量目標(biāo)值的偏差E及E的變化率AE。其中，若采用其他測量方法可 以完成測量，如，無系統(tǒng)振蕩，則無需啟用此方法；若無法完成測量，且E 小于預(yù)設(shè)值Eopen時，g卩，霜層過厚的情況下，可啟用此方法處理器設(shè)定 不同的E和AE相對應(yīng)的不同電流步長IS;圖2中，E分為m個區(qū)間，AE分為n個區(qū)間，因此，可選用的電流步長有m乘n個，步長IS大小及多少可根 據(jù)實(shí)際情況設(shè)置，并由D/A輸出在當(dāng)前制冷電流上加上或減去步長IS的電流 模擬信號，從而引起冷泵4制冷電流的增加或減小，引起鏡面溫度的緩慢變 化，使鏡面霜層厚度逐漸逼近特定厚度，特定厚度為接收管所接收的光能量 達(dá)目標(biāo)光能量值時，水分子在鏡面凝結(jié)的的速度等于從鏡面逃逸的速度時的 厚度；當(dāng)E值大于預(yù)設(shè)值Eclose時，g卩，霜層已接近特定厚度，系統(tǒng)自動恢 復(fù)至原測量方法，此時，系統(tǒng)便可快速穩(wěn)定霜層的厚度了。其中，預(yù)設(shè)值Eopen 和Eclose需根據(jù)儀器性能等實(shí)際情況設(shè)置，且Eopen〈Eclose〈0。圖中，Am 為E的區(qū)間，Al〈A2〈Am〈0 (m〉=2) ， Bmn為AE的區(qū)間，BmKBm2〈Bmn〈0 (n〉二2)， Cmn為輸出電流步長值。其中，其他測量方法包括PID控制、模糊控制、人工智能控制等可以測 得露點(diǎn)的方法。圖4中，縱坐標(biāo)為溫度T CC)，橫坐標(biāo)為時間t (s)，虛線所示為系統(tǒng) 振蕩時無中間加濕過程的示意波形。若有中間加濕過程，則無等待時間，即 無虛線中部的水平部分，直接重復(fù)前一峰型波的相似過程，反復(fù)振蕩。實(shí)線 為采用本方法消除系統(tǒng)控制失調(diào)的示意波形，防止了因系統(tǒng)控制失調(diào)振蕩峰 形波的再生，使系統(tǒng)快速穩(wěn)定，盡快測得露點(diǎn)值。
權(quán)利要求
1.一種冷鏡式露點(diǎn)儀的控制方法，應(yīng)用于系統(tǒng)控制失調(diào)引發(fā)系統(tǒng)振蕩時，其特征在于在消露過程中，根據(jù)光能量偏差和光能量偏差變化率的不同區(qū)間設(shè)定相對應(yīng)的電流調(diào)整步長來調(diào)整制冷電流的大小，使光能量逐漸逼近目標(biāo)值，使霜層接近特定厚度。
2. 權(quán)利要求1所述的冷鏡式露點(diǎn)儀的控制方法中，所述系統(tǒng)控制失調(diào)引發(fā)系 統(tǒng)振蕩的情況包括高溫工作環(huán)境、測量低濕度氣體、高溫環(huán)境下測量低 濕度氣體及人為操作不當(dāng)。
3. 權(quán)利要求l所述的冷鏡式露點(diǎn)儀的控制方法中，所述的特定厚度為接收 管所接收的光能量達(dá)目標(biāo)光能量值時，氣體中的水蒸氣冷凝成霜并達(dá)到相 平衡狀態(tài)時鏡面上霜層的厚度。
4. 權(quán)利要求l所述的冷鏡式露點(diǎn)儀的控制方法中，所述設(shè)定相對應(yīng)的電流調(diào) 整步長來調(diào)整制冷電流的大小為通過在當(dāng)前制冷電流上加或減等于此步長 的電流值來調(diào)整制冷電流的大小。
5. 權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的冷鏡式露點(diǎn)儀的控制方法中，所述控制 為PID控制、模糊控制、人工智能控制中的任意一種。
全文摘要
使用冷鏡式露點(diǎn)儀測量露點(diǎn)，在高溫工作環(huán)境下或測量低濕度氣體或高溫環(huán)境下測量低濕度氣體或人為操作不當(dāng)?shù)那闆r下，會因系統(tǒng)控制失調(diào)引發(fā)系統(tǒng)振蕩，導(dǎo)致露點(diǎn)難以或無法測量。本發(fā)明的控制方法，在消露過程中，根據(jù)光能量偏差和光能量偏差變化率的不同區(qū)間設(shè)定相對應(yīng)的電流調(diào)整步長，并通過在當(dāng)前制冷電流上加或減等于此步長的電流值來調(diào)整制冷電流的大小，控制鏡面溫度以控制霜層厚度，使光能量逐漸逼近目標(biāo)值，即，使鏡面上的霜層逐漸逼近特定厚度，從而消除系統(tǒng)控制失調(diào)而出現(xiàn)的振蕩。此方法能精細(xì)調(diào)控消露時鏡面霜層的厚度，從而阻止系統(tǒng)振蕩的發(fā)生或終止振蕩的繼續(xù)，使之前難以或無法測量的露點(diǎn)測量得以實(shí)現(xiàn)。
文檔編號G05B11/32GK101236166SQ20081000720
公開日2008年8月6日 申請日期2008年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月19日
發(fā)明者丁五行, 曾崢嶸, 李卓然, 李寶明, 杭志峰 申請人:丁五行