TDA2086相位控制器在D86干點(diǎn)分析儀上的應(yīng)用
1 干點(diǎn)分析儀工作原理
干點(diǎn)分析儀工作原理框圖如圖1所示。當(dāng)需要分析的油品樣品以恒定的流量(25 ml／min)經(jīng)過(guò)流量計(jì)、壓力表、輸入計(jì)量泵進(jìn)入分析儀的關(guān)鍵部件——蒸發(fā)器組件(由閃蒸杯、加熱器、熱電偶測(cè)溫元件和液位測(cè)量單元組成)，在蒸發(fā)器內(nèi)樣品以一定的設(shè)定沸點(diǎn)溫度蒸發(fā)。未蒸發(fā)的樣品流入到殘留液杯中收集．然后以一定的與輸入成比例的量經(jīng)輸出計(jì)量泵排出，回流至回收裝置。
殘留液杯通過(guò)連通器與液位測(cè)量靜力槽相通，通過(guò)控制殘留液杯液面的高低控制沸點(diǎn)溫度，而液面的高低可以通過(guò)控制蒸發(fā)器的加熱器功率來(lái)控制蒸發(fā)量，如圖2所示。例如，假設(shè)40％回收點(diǎn)的沸點(diǎn)溫度為設(shè)定點(diǎn)，如果蒸發(fā)器內(nèi)的溫度高于40％回收點(diǎn)的溫度，則超過(guò)40％的樣品被蒸發(fā)，此時(shí)殘留液杯的液面低于設(shè)定值，靜力槽的液面下降，通過(guò)控制減少加熱器功率，從而導(dǎo)致蒸發(fā)器加熱溫度自動(dòng)降低，直到輸入與排出之間達(dá)到平衡為止。如果蒸發(fā)器溫度低于40％回收點(diǎn)的溫度，則蒸發(fā)量不夠，殘留液杯的液面將上升，靜力槽的液面也隨之上升，通過(guò)控制增加加熱器功率，從而致使蒸發(fā)器的溫度自動(dòng)升高，直到溫度升高至蒸發(fā)出所需比例的樣品為止，這時(shí)殘留液的液位就回到要求位置。樣品進(jìn)入量與排出量平衡時(shí)蒸發(fā)器內(nèi)所對(duì)應(yīng)的溫度值即為該回收百分率的沸點(diǎn)溫度或干點(diǎn)。
干點(diǎn)分析儀的關(guān)鍵部件蒸發(fā)器組件由預(yù)熱管、閃蒸杯、加熱器、熱電偶及液位測(cè)量單元組成，如圖2所示。進(jìn)入蒸發(fā)器的樣品首先由預(yù)熱管預(yù)熱，在閃蒸杯內(nèi)分離已汽化的少量組分，其余樣品從加熱器頂部流至殘留液杯內(nèi)，汽化部分經(jīng)蒸發(fā)器管壁冷凝后排出至回收裝置。殘留液杯通過(guò)連通器與液位測(cè)量靜力槽相通，通過(guò)測(cè)量靜力槽液位即可計(jì)算出樣品汽化率，最終測(cè)量出沸點(diǎn)溫度干點(diǎn)。
液位測(cè)量單元內(nèi)置超聲波傳感器，該傳感器通過(guò)測(cè)量靜力槽液位得到殘留液杯液位。超聲波傳感器輸出O～10 V直流信號(hào)，該信號(hào)與殘留液杯內(nèi)液位高低相對(duì)應(yīng)，液位信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)接口卡反饋至溫度控制電路的輸入端VIN(傳感器輸出0～10 V信號(hào)對(duì)應(yīng)加熱器供電功率0～110 V交流)。經(jīng)運(yùn)算放大后傳送至相位控制器TDA2086(IC3)的偏差輸入端(10引腳)。
2 TDA2806簡(jiǎn)介
TDA2086型相位控制集成器通常用于阻性或感性交流供電負(fù)載控制電路。該器件特點(diǎn)如下：直接從交流電路或直流電路供電：提供-5 V輔助供電電源；功耗低，普通的金屬膜電阻即可滿足使用要求；具有斜坡發(fā)生器，通過(guò)相位角控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)等負(fù)載速度控制；具有雙向可控硅負(fù)觸發(fā)脈沖功能，提供電流大于100 mA，抗干擾性強(qiáng)；電壓、相位角同步功能。圖3為TDA2086相位控制器的內(nèi)部工作結(jié)構(gòu)框圖。
D86干點(diǎn)分析儀通過(guò)使用TDA2086器件內(nèi)的斜坡發(fā)生器、雙向可控硅負(fù)觸發(fā)脈沖信號(hào)功能、電壓、相位角同步功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)D86干點(diǎn)分析儀上的加熱器的溫度控制。TDA2086相位控制集成器在加熱器溫度控制中應(yīng)用是其擴(kuò)展應(yīng)用。在溫度控制電路圖中，IC2、IC3、雙向可控硅TRIACl、加熱器等器件組成溫度控制系統(tǒng)，如圖4所示。
3 溫度控制系統(tǒng)分析
圖4所示的溫度控制電路為反饋電路。加熱器線圈電壓UA反饋輸入至乘法器IC2-AD633，IC2輸出W端(7引腳)為加熱器供電的平方信號(hào)，此信號(hào)正比于加熱器的功率：
式中，K為常數(shù)。
AD633 IC2輸出W端(7引腳)經(jīng)ICl／B濾波緩沖后，傳送至IC3的13引腳(偏差放大器輸入端)。設(shè)定液位信號(hào)VIN(0～10 V)經(jīng)ICl／A緩沖放大，傳送至IC3的10引腳。IC3的10、13引腳分別為TDA2086相位控制器的偏差放大端。實(shí)際測(cè)得的加熱器功率信號(hào)與設(shè)定液位信號(hào)在IC3內(nèi)放大比較，產(chǎn)生偏差信號(hào)。觸發(fā)脈沖電路(由斜坡發(fā)生器、零電壓檢測(cè)、脈沖計(jì)數(shù)器、電流同步電路、脈沖放大等電路組成)按照偏差信號(hào)的大小改變充電速率及達(dá)到閾值電平的時(shí)間，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)整相位角。通過(guò)調(diào)整相位角，繼而控制BTl39-500型雙向可控硅TRAICl的導(dǎo)通角，控制加熱器功率。
在分析儀初始啟動(dòng)階段，超聲波液位傳感器的所測(cè)得的液位信號(hào)遠(yuǎn)高于設(shè)定的液位值。此時(shí)，加熱器處于最高供電狀態(tài)，導(dǎo)致樣品快速汽化，隨著樣品蒸發(fā)，靜力槽的液位逐漸下降。當(dāng)靜力槽的液位低于設(shè)定值時(shí)，由雙向可控硅TRAICl控制的加熱器供電逐漸降低，樣品蒸發(fā)量也隨之減少，靜力槽的液位逐漸上升。最終液位穩(wěn)定在設(shè)定位置。同時(shí)K型熱電偶輸出所測(cè)得的溫度信號(hào)。
圖5為TDA2086觸發(fā)脈沖相位角為60°時(shí)的加熱器供電情況，其導(dǎo)通角為120°。圖6為TDA2086觸發(fā)脈沖相位角為100°時(shí)，加熱器供電情況，其導(dǎo)通角為80°。
隨著觸發(fā)脈沖相位角變化，加熱器供電功率也隨之變化，繼而控制殘留液杯液位，樣品進(jìn)入量與排出量平衡時(shí)蒸發(fā)器內(nèi)殘留液杯內(nèi)所對(duì)應(yīng)的溫度值，即為該回收百分率的沸點(diǎn)溫度或干點(diǎn)。雙向可控硅TRAICl的觸發(fā)脈沖是負(fù)值，這樣可防止供電電壓的干擾及誤觸發(fā)信號(hào)(觸發(fā)信號(hào)為50μs，大于100 mA的負(fù)脈沖)。VRl、VR2為運(yùn)算放大器LM324的微調(diào)電位器。將示波器正極接入圖4中的D點(diǎn)，示波器地極接0 V。當(dāng)輸入信號(hào)VIN=10 V時(shí)(加熱器功率100％)，調(diào)整VRl使相位控制波形減至最小，如圖7所示。輸入信號(hào)為VIN=0 V時(shí)(加熱器功率O％)，示波器應(yīng)顯示完整波形，調(diào)整VR2使相位控制波形過(guò)零位的畸變減至最小，如圖8所示。由該溫度控制電路所構(gòu)成的干點(diǎn)分析儀測(cè)量精度高，液位控制精度
高于1．0％，液位變化大于±0_35 mm。
4 結(jié)束語(yǔ)
由TDA2086相位控制集成器構(gòu)成的溫度控制電路是D86型干點(diǎn)分析儀的核心，該干點(diǎn)分析儀廣泛應(yīng)用于化工領(lǐng)域，已成功應(yīng)用于某石化千萬(wàn)噸／年煉油工程的常減壓蒸餾裝置、臘油加氫精制裝置、石腦油加氫裝置中。經(jīng)實(shí)踐證明：該干點(diǎn)分析儀運(yùn)行平穩(wěn)，滿足工藝設(shè)計(jì)要求，響應(yīng)時(shí)間為3 min。
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