徐燕娟 陆杰锋

摘 要：针对高温烟道的实际截面积的检测，提出一种新型的在线检测系统。通过传动装置带动激光测距传感器对烟道截面做360°旋转测量，激光测距传感器每转过一个角度测量一次，得到仪器的中心到烟道内孔壁的实际距离，同时记录转过的角度，根据转过的角度和测得的距离值计算出烟道截面积，并在线显示。结果表明，此新型检测装置能够直接测量出高温烟道的截面积，测量精度高且可操作性强。

关键词：高温烟道；截面积；在线检测装置；设计

中图分类号：X851 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）29-0087-03

Abstract： A new on-line detection system is proposed to detect the actual cross section area of high temperature flue. The laser rangefinder is driven by the transmission device to do 360 °rotation measurement on the cross section area of the flue. Each time the laser rangefinder measures an angle， the actual distance from the center of the instrument to the hole wall in the flue is obtained， and the angle of rotation is recorded at the same time. According to the turning angle and the measured distance， the cross section area of the flue is calculated and displayed on line. The results show that the new testing device can directly measure the cross section area of the high temperature flue， and the measurement accuracy is high and the maneuverability is strong.

Keywords： high temperature flue； cross section area； on-line detecting device； design

引言

随着城市建设的快速推进，大气污染越来越影响人们的生产生活。控制工业排污量对治理污染是十分必要的，国内对工厂排污量的监测控制，主要通过对烟道气体的流量值进行测量，因此，精确计量烟道气体流量值对深入开展环境保护，拟定相关法律政策提供有力的根据。

现有检验机构定期对烟道排污的排放量进行检测，是通过流量计及理论的烟道截面积来计算的，计算公式为：烟气排放量Q=烟气排放速度V×烟道截面积A，这里的烟道截面积A采用设计值，而不是实际值。但这样的计算方法是不准确的，与实际的烟气排放量存在误差。烟道在实际使用过程中，内壁会附着上水汽和灰尘等，使得实际的烟道截面积比理论设计值要小，并且随着时间的推移，内壁附着的东西会越来越多，截面积不断在变化。所以有必要实时测量烟道的截面积。

目前，针对高温烟道实际截面积还没有现成的便捷式的检测方法和装置。本文研制的烟道截面积在线检测装置采用非接触式测量方法，操作简便，自动化程度高，且实现了高温烟道的截面积在线测量，实用性强，方便检测人员携带，填补了国内空白，具有良好的应用前景。

1 系统构成（系统设计）

该高温烟道截面积在线检测系统用于对最大孔径为？覫80mm的高温烟道内孔截面积进行检测。该检测装置能够实时在线检测烟道的实际截面积。该烟道截面积在线检测装置主要有测距传感器、液晶显示屏、电机传动机构、电源模块及控制处理电路组成。检测系统流程图如图1所示，检测装置结构如图2所示，检测装置结构剖面如图3所示。

该烟道截面积在线检测装置包括便于手持的手柄、外壳、设置在外壳内的传动机构、扫描机构以及保护罩、显示器及主控板、电源等组成。传动机构包括驱动电机以及与驱动电机同轴连接的传动轴，扫描机构包括激光测距传感器及底座。驱动电机的转轴通过传动带与传动轴的一端连接，传动轴随驱动电机的转轴转动而转动；传动轴的另一端延伸出外壳外部作为延长段与扫描机构连接；扫描机构部分的激光测距传感器通过底座固定在传动轴的延长段上，激光测距传感器随传动轴转动而转动。激光测距传感器的输出端连接主控板；电路板的输出端连接显示器。 主控板控制电机转动的速度及激光测距传感器的测量频率，同时将电机转过的角度和激光测距传感器测量的值实时显示在显示器上，测量完成后，主控板对测量数据进行计算处理，将得出的截面积显示在显示器上。

由于应用场合是高温烟道，为了更好的保护检测仪器且不影響检测效果，保护罩为耐高温透明罩；所述的保护罩套于传动轴的延长段上。仪器外壳表面采用高温绝缘防腐涂料进行高温隔热处理，保证仪器设备在使用过程中的正常工作。

2 系统核心器件选型及主控电路设计

2.1 单片机最小系统

单片机最小系统需集成两通道12位ADC模块、温度检测模块、显示模块、电池电量检测模块及多种串口等，以完成信号的采集、A/D转换、数据的显示和通信，以及其他扩展功能。本文选用公司常用的STM32系列芯片为核心的单片机最小系统进行数据的采集、转换和显示。

2.2 测距传感器

由于测量的烟道直径最大是80mm，激光测距仪固定在传动轴的延长段上并作360°旋转测量，所以测距仪的测距范围选择20-50mm的。本系统的激光测距传感器采用奥泰斯高精度超小型激光测距传感器，线性精度：±0.1%F.S，分辨率：6？滋m，外形尺寸：W18×D31×H44mm。

3 系统工作原理

检测时，将带有激光测距传感器的检测仪器的测量部分伸入烟道内，启动测量仪器，驱动电机工作带动传动轴转动，从而带动激光测距传感器也跟着旋转；激光测距传感器在烟道内做360°旋转，激光测距传感器每转过一个角度测量一次。根据转过的角度和测得的距离值计算出烟道实际截面积。并将最终测量得出的截面积通过电路板进行数据处理后由显示屏显示。

如图4所示，S1为烟道内孔的原形状；S2为烟道内孔的实际形状；P1，P2，…Pn为仪器的中心到烟道内孔的实际测量距离；？兹1，？兹2，…？兹n为激光测距传感器每次测量转过的

角度。n为激光测距传感器测量的次数。

烟道实际截面积计算公式：

（1）

即每次转过的角度对应的扇形面积的总和。

计算公式：假设每次电机转过的角度一样，即？兹1=？兹2=？兹3=...=？兹n=？兹，则可以简化式（1）如下：

4 系统工作流程

（1）开机通过液晶屏设置测量的速度，每次转过的角度，一周测量的次数等。

（2）将带有激光测距传感器的仪器测量部分伸入高温烟道内。

（3）点击开始测量，电机旋转，激光测距传感器对烟道截面做360°旋转测量。

（4）记录仪器的中心到烟道内孔壁的实际距离P；同时记录此时转过的角度θ，并实时显示在液晶屏上。

（5）根据转过的角度θ和测得的距离值P，根据计算公式计算出烟道实际截面积，并显示。

这里每次转过的角度是一样的，可以在测量前进行设置，电机的转速也可以设置，测量的频率越高，测量的烟道截面积的值越精确。但同时会增加计算量及计算难度，影响测量的速度，这对仪器本身也是一个考验。

5 结束语

本文针对高温烟道截面积的检测技术进行了分析，并考虑到测量人员要求被测孔类烟道便携式、动态检测的特殊性，提出了非接触式在线检测装置，所设计的检测装置为集光、机电、算于一体的检测装置，实现了对高温烟道截面积的在线检测，不仅测量速度快；而且体积小巧，手持便携。

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