基于TDA2086相位控制器的D86型干点分析仪的设计

D86型干点分析仪是一种先进的在线连续测量油品干点的分析仪器，可连续测量从5％～97％回收点的石油产品沸点温度，温度测量范围为0～400℃，其获取的结果与GB／T6536-1997方法所得结果相关。

1 干点分析仪工作原理
    干点分析仪工作原理框图如图1所示。当需要分析的油品样品以恒定的流量(25 ml／min)经过流量计、压力表、输入计量泵进入分析仪的关键部件——蒸发器组件(由闪蒸杯、加热器、热电偶测温元件和液位测量单元组成)，在蒸发器内样品以一定的设定沸点温度蒸发。未蒸发的样品流入到残留液杯中收集．然后以一定的与输入成比例的量经输出计量泵排出，回流至回收装置。

    残留液杯通过连通器与液位测量静力槽相通，通过控制残留液杯液面的高低控制沸点温度，而液面的高低可以通过控制蒸发器的加热器功率来控制蒸发量，如图2所示。例如，假设40％回收点的沸点温度为设定点，如果蒸发器内的温度高于40％回收点的温度，则超过40％的样品被蒸发，此时残留液杯的液面低于设定值，静力槽的液面下降，通过控制减少加热器功率，从而导致蒸发器加热温度自动降低，直到输入与排出之间达到平衡为止。如果蒸发器温度低于40％回收点的温度，则蒸发量不够，残留液杯的液面将上升，静力槽的液面也随之上升，通过控制增加加热器功率，从而致使蒸发器的温度自动升高，直到温度升高至蒸发出所需比例的样品为止，这时残留液的液位就回到要求位置。样品进入量与排出量平衡时蒸发器内所对应的温度值即为该回收百分率的沸点温度或干点。

    干点分析仪的关键部件蒸发器组件由预热管、闪蒸杯、加热器、热电偶及液位测量单元组成，如图2所示。进入蒸发器的样品首先由预热管预热，在闪蒸杯内分离已汽化的少量组分，其余样品从加热器顶部流至残留液杯内，汽化部分经蒸发器管壁冷凝后排出至回收装置。残留液杯通过连通器与液位测量静力槽相通，通过测量静力槽液位即可计算出样品汽化率，最终测量出沸点温度干点。
    液位测量单元内置超声波传感器，该传感器通过测量静力槽液位得到残留液杯液位。超声波传感器输出O～10 V直流信号，该信号与残留液杯内液位高低相对应，液位信号经数据接口卡反馈至温度控制电路的输入端VIN(传感器输出0～10 V信号对应加热器供电功率0～110 V交流)。经运算放大后传送至相位控制器TDA2086(IC3)的偏差输入端(10引脚)。

2 TDA2806简介
    TDA2086型相位控制集成器通常用于阻性或感性交流供电负载控制电路。该器件特点如下：直接从交流电路或直流电路供电：提供-5 V辅助供电电源；功耗低，普通的金属膜电阻即可满足使用要求；具有斜坡发生器，通过相位角控制，实现电机等负载速度控制；具有双向可控硅负触发脉冲功能，提供电流大于100 mA，抗干扰性强；电压、相位角同步功能。图3为TDA2086相位控制器的内部工作结构框图。

    D86干点分析仪通过使用TDA2086器件内的斜坡发生器、双向可控硅负触发脉冲信号功能、电压、相位角同步功能，实现对D86干点分析仪上的加热器的温度控制。TDA2086相位控制集成器在加热器温度控制中应用是其扩展应用。在温度控制电路图中，IC2、IC3、双向可控硅TRIACl、加热器等器件组成温度控制系统，如图4所示。

3 温度控制系统分析
    图4所示的温度控制电路为反馈电路。加热器线圈电压UA反馈输入至乘法器IC2-AD633，IC2输出W端(7引脚)为加热器供电的平方信号，此信号正比于加热器的功率：
    
式中，K为常数。
    AD633 IC2输出W端(7引脚)经ICl／B滤波缓冲后，传送至IC3的13引脚(偏差放大器输入端)。设定液位信号VIN(0～10 V)经ICl／A缓冲放大，传送至IC3的10引脚。IC3的10、13引脚分别为TDA2086相位控制器的偏差放大端。实际测得的加热器功率信号与设定液位信号在IC3内放大比较，产生偏差信号。触发脉冲电路(由斜坡发生器、零电压检测、脉冲计数器、电流同步电路、脉冲放大等电路组成)按照偏差信号的大小改变充电速率及达到阈值电平的时间，从而达到自动调整相位角。通过调整相位角，继而控制BTl39-500型双向可控硅TRAICl的导通角，控制加热器功率。
    在分析仪初始启动阶段，超声波液位传感器的所测得的液位信号远高于设定的液位值。此时，加热器处于最高供电状态，导致样品快速汽化，随着样品蒸发，静力槽的液位逐渐下降。当静力槽的液位低于设定值时，由双向可控硅TRAICl控制的加热器供电逐渐降低，样品蒸发量也随之减少，静力槽的液位逐渐上升。最终液位稳定在设定位置。同时K型热电偶输出所测得的温度信号。

 图5为TDA2086触发脉冲相位角为60°时的加热器供电情况，其导通角为120°。图6为TDA2086触发脉冲相位角为100°时，加热器供电情况，其导通角为80°。
    随着触发脉冲相位角变化，加热器供电功率也随之变化，继而控制残留液杯液位，样品进入量与排出量平衡时蒸发器内残留液杯内所对应的温度值，即为该回收百分率的沸点温度或干点。双向可控硅TRAICl的触发脉冲是负值，这样可防止供电电压的干扰及误触发信号(触发信号为50μs，大于100 mA的负脉冲)。VRl、VR2为运算放大器LM324的微调电位器。将示波器正极接入图4中的D点，示波器地极接0 V。当输入信号VIN=10 V时(加热器功率100％)，调整VRl使相位控制波形减至最小，如图7所示。输入信号为VIN=0 V时(加热器功率O％)，示波器应显示完整波形，调整VR2使相位控制波形过零位的畸变减至最小，如图8所示。由该温度控制电路所构成的干点分析仪测量精度高，液位控制精度
高于1．0％，液位变化大于±0_35 mm。

 

4 结束语
    由TDA2086相位控制集成器构成的温度控制电路是D86型干点分析仪的核心，该干点分析仪广泛应用于化工领域，已成功应用于某石化千万吨／年炼油工程的常减压蒸馏装置、腊油加氢精制装置、石脑油加氢装置中。经实践证明：该干点分析仪运行平稳，满足工艺设计要求，响应时间为3 min。