基於衝突理（lǐ）論的二氧化硫流量計耐受溫度提高的方法研究
點擊次數：1881 發布時間：2021-01-08 07:18:22
摘 要：隨著節能減排在（zài）發電廠、鋼廠等高耗能企（qǐ）業的實施，對其產生的過熱蒸汽測量尤為重要。二氧化（huà）硫流（liú）量計傳感器檢測感應元（yuán）件為壓電陶瓷，由（yóu）於其（qí）*化時居裏溫度的限製，隻能在（zài）低（dī）於 240℃介（jiè）質中使用。為了提高傳感器耐受溫度，利用技術衝突以（yǐ）及物理衝突理論，建（jiàn）立傳感器係統功能模型，然後（hòu）進行因果分析，確定衝突區域，在此基礎上，確定多個創新方案，通過（guò）對比確定*優解。
1 問題背景和描（miáo）述
1.1 問題的背景
隨（suí）著能源日趨緊張，節能減（jiǎn）排在發電（diàn）廠、鋼廠等（děng）高（gāo）耗能企（qǐ）業尤為重（chóng）要，而能源計量要求越來越高，尤其是對這些工廠產生的過熱蒸汽（一般 350℃以上）的測量尤為重要，而一般二氧化硫流（liú）量計傳感器的使用（yòng）溫度低於 240℃，在此背景下，迫切需對二氧化硫流量計重新進行研製（zhì）開發，更好的滿足市場需求。
1.2 問題的描述
1）定義技（jì）術係統實現的功能。問題所在技術係統為二氧化硫流量計傳感器係統；該技術係統的功能為轉換信號；實現該功能的約束：測量（liàng）精度（dù）為 ±1%，成本提高控製在 20% 之內。
2）現有技術係統的工作原理。二氧（yǎng）化硫流量（liàng）計是基於卡門（mén）渦街原理進行測量。當流體（tǐ）通過漩渦發生體時，它的兩側會交替出（chū）現兩排（pái）旋轉方向相反地（dì）漩渦，這（zhè）些交（jiāo）替變化的漩渦就形成了一係列交（jiāo）替變化的負壓力。該壓力作用在傳感器的探頭上，便會產生一係列交變電信號，經過轉換器的過濾（lǜ）、整形和放大處（chù）理後，轉換成脈衝頻率信號。
3） 當前技術（shù）係統存在的問題。 由於目前使用的傳感器檢測（cè）感應元件為壓電陶瓷（cí），其*化時居裏溫（wēn）度大約420 ～ 460℃，因此隻能在低於 240℃介質中使用，一旦被測量介質的溫度高於 240℃，二氧（yǎng）化（huà）硫流量計（jì）傳感（gǎn）器便會因壓電（diàn）陶瓷達（dá）到居（jū）裏點，絕（jué）緣電阻降低，壓（yā）電（diàn）信（xìn）號變弱而失效。
4）問題或類似問題的現有解決方案及其缺點（diǎn）（見表 1）。
5）新係（xì）統（tǒng）的要求。將二氧化（huà）硫流（liú）量計傳感器的耐受溫度由原來（lái）的 240℃提高到 350℃。
2 問（wèn）題分析
2.1 功能分析
係統分析（見表 2）。
建（jiàn）立已有係（xì）統的功能模型（見圖 1）。通過功能模型分析，描述了係統元（yuán）件及其之間的相（xiàng）互關係，並得出導致傳（chuán）感器耐受溫度不足問題的功能因素：高溫蒸氣對測量管傳熱；測量管對探頭傳熱；探頭對灌封物傳熱；灌封物對（duì）壓電陶瓷片傳熱；高溫蒸氣對探頭傳熱。
2.2 因果分（fèn）析
應用因果鏈分析法確定產生問題的原因（見圖 2）。
2.3 衝突區域確定（問題關鍵點確定）
問題關鍵點：探頭安裝在測量管內，探頭與高溫介質（zhì）及測量管直接（jiē）接觸，受熱量多，而使壓電陶瓷片失效（xiào）。
2.4 理想解分析（xī）
*終理（lǐ）想（xiǎng）解：二氧化硫流（liú）量計傳感器的耐熱溫度、測量精（jīng）度等不受（shòu）測量介質溫度的限製，且成本沒有提高（gāo）。次（cì）理想解：二氧化硫流量計傳感器的耐熱溫（wēn）度可達 350℃，且成本提高控製在20% 以（yǐ）內（nèi），測量（liàng）精度為 ±1%。
3 使用衝突解決理論（lùn）求解
3.1 技（jì）術衝突解決過程
1）衝突描述：為了提高傳感器係統的“耐熱溫度”，需要探（tàn）頭遠離高溫介質及測（cè）量（liàng）管，但（dàn）這樣做了（le）會導致係統的測量信號變弱。
2）轉換成 TRIZ 標準衝突。改（gǎi）善的參數：**.17 溫（wēn）度；惡化的參（cān）數（shù）：**.28 測（cè）試精度。
3）查找衝突矩陣，得到如下發明原（yuán）理：No.32 改變顏色、No.19 周期性作（zuò）用、No.24 中（zhōng）介物。方案一：依據No.32 改變顏色發明（míng）原（yuán）理，得到解如下：改變透明或可視特性，使其適應信號傳輸。方案二：依據 No.19 周期性作用，得到解如（rú）下：改變漩渦運動頻率，使得信號易於獲取。方案三：依據 No.24中介物，得到解如下：探頭外表（biǎo）麵加真空絕（jué）熱（rè）材料。
3.2 物理（lǐ）衝（chōng）突解決過程
1）衝突描述：為了“提高傳感器係統的耐熱溫度”，需要參數“提高測（cè）量信號的精度（dù）”，需要參（cān）數探頭與高溫介質及測量管的（de）距離減小，即，探頭與高溫介質（zhì）及測（cè）量管的距（jù）離既要“增大”又要“減小（xiǎo）”。
2）考慮（lǜ）到該（gāi）參數“探頭與高溫介質及測量管的距離”在不同的“空間上”具（jù）有不同的特性，因此該衝突可以從（cóng）“空（kōng）間”上進（jìn）行分離。
3）選用 4 條分離原理（空間分離、時間分離、基於條件的分離、整體與部（bù）分分離）當中的“空間分離”原理（lǐ），得到（dào）解決方案。
4） 查找與該分離原理對應的發明原理有“No.1、No.2、No.3、No.4、No.7、No.13、No.17、No.24、No.25、No.30”。根據（jù）選定的發明（míng）原理，得到解決方案。方案四：依據 No.1 和 No.2 發明原理，得到解如下：探頭（tóu）分割成獨立兩部分，一部（bù）分置於高溫介質中，而壓電陶（táo）瓷片從探頭分離出來的部分（fèn）置於高溫介質外。方案五：依據（jù） No.7 發明（míng）原理，得到解如下：將探頭置於漩渦發生體中。
4 結論
對方案進行匯總（見表 3）。
依據表 3 得到的若幹創新解，通（tōng）過評（píng）價，確定*優解為：探頭分（fèn）割成獨立兩部（bù）分（fèn），加真空（kōng）絕熱材（cái）料的部分位於高溫介質中，含壓電陶瓷的部分（fèn）在高溫介質外。
1 問題背景和描（miáo）述
1.1 問題的背景
隨（suí）著能源日趨緊張，節能減（jiǎn）排在發電（diàn）廠、鋼廠等（děng）高（gāo）耗能企（qǐ）業尤為重（chóng）要，而能源計量要求越來越高，尤其是對這些工廠產生的過熱蒸汽（一般 350℃以上）的測量尤為重要，而一般二氧化硫流（liú）量計傳感器的使用（yòng）溫度低於 240℃，在此背景下，迫切需對二氧化硫流量計重新進行研製（zhì）開發，更好的滿足市場需求。
1.2 問題的描述
1）定義技（jì）術係統實現的功能。問題所在技術係統為二氧化硫流量計傳感器係統；該技術係統的功能為轉換信號；實現該功能的約束：測量（liàng）精度（dù）為 ±1%，成本提高控製在 20% 之內。
2）現有技術係統的工作原理。二氧（yǎng）化硫流量（liàng）計是基於卡門（mén）渦街原理進行測量。當流體（tǐ）通過漩渦發生體時，它的兩側會交替出（chū）現兩排（pái）旋轉方向相反地（dì）漩渦，這（zhè）些交（jiāo）替變化的漩渦就形成了一係列交（jiāo）替變化的負壓力。該壓力作用在傳感器的探頭上，便會產生一係列交變電信號，經過轉換器的過濾（lǜ）、整形和放大處（chù）理後，轉換成脈衝頻率信號。
3） 當前技術（shù）係統存在的問題。 由於目前使用的傳感器檢測（cè）感應元件為壓電陶瓷（cí），其*化時居裏溫（wēn）度大約420 ～ 460℃，因此隻能在低於 240℃介質中使用，一旦被測量介質的溫度高於 240℃，二氧（yǎng）化（huà）硫流量計（jì）傳感（gǎn）器便會因壓電（diàn）陶瓷達（dá）到居（jū）裏點，絕（jué）緣電阻降低，壓（yā）電（diàn）信（xìn）號變弱而失效。
4）問題或類似問題的現有解決方案及其缺點（diǎn）（見表 1）。
5）新係（xì）統（tǒng）的要求。將二氧化（huà）硫流（liú）量計傳感器的耐受溫度由原來（lái）的 240℃提高到 350℃。
2 問（wèn）題分析
2.1 功能分析
係統分析（見表 2）。
建（jiàn）立已有係（xì）統的功能模型（見圖 1）。通過功能模型分析，描述了係統元（yuán）件及其之間的相（xiàng）互關係，並得出導致傳（chuán）感器耐受溫度不足問題的功能因素：高溫蒸氣對測量管傳熱；測量管對探頭傳熱；探頭對灌封物傳熱；灌封物對（duì）壓電陶瓷片傳熱；高溫蒸氣對探頭傳熱。
2.2 因果分（fèn）析
應用因果鏈分析法確定產生問題的原因（見圖 2）。
2.3 衝突區域確定（問題關鍵點確定）
問題關鍵點：探頭安裝在測量管內，探頭與高溫介質（zhì）及測量管直接（jiē）接觸，受熱量多，而使壓電陶瓷片失效（xiào）。
2.4 理想解分析（xī）
*終理（lǐ）想（xiǎng）解：二氧化硫流（liú）量計傳感器的耐熱溫度、測量精（jīng）度等不受（shòu）測量介質溫度的限製，且成本沒有提高（gāo）。次（cì）理想解：二氧化硫流量計傳感器的耐熱溫（wēn）度可達 350℃，且成本提高控製在20% 以（yǐ）內（nèi），測量（liàng）精度為 ±1%。
3 使用衝突解決理論（lùn）求解
3.1 技（jì）術衝突解決過程
1）衝突描述：為了提高傳感器係統的“耐熱溫度”，需要探（tàn）頭遠離高溫介質及測（cè）量（liàng）管，但（dàn）這樣做了（le）會導致係統的測量信號變弱。
2）轉換成 TRIZ 標準衝突。改（gǎi）善的參數：**.17 溫（wēn）度；惡化的參（cān）數（shù）：**.28 測（cè）試精度。
3）查找衝突矩陣，得到如下發明原（yuán）理：No.32 改變顏色、No.19 周期性作（zuò）用、No.24 中（zhōng）介物。方案一：依據No.32 改變顏色發明（míng）原（yuán）理，得到解如下：改變透明或可視特性，使其適應信號傳輸。方案二：依據 No.19 周期性作用，得到解如（rú）下：改變漩渦運動頻率，使得信號易於獲取。方案三：依據 No.24中介物，得到解如下：探頭外表（biǎo）麵加真空絕（jué）熱（rè）材料。
3.2 物理（lǐ）衝（chōng）突解決過程
1）衝突描述：為了“提高傳感器係統的耐熱溫度”，需要參數“提高測（cè）量信號的精度（dù）”，需要參（cān）數探頭與高溫介質及測量管的（de）距離減小，即，探頭與高溫介質（zhì）及測（cè）量管的距（jù）離既要“增大”又要“減小（xiǎo）”。
2）考慮（lǜ）到該（gāi）參數“探頭與高溫介質及測量管的距離”在不同的“空間上”具（jù）有不同的特性，因此該衝突可以從（cóng）“空（kōng）間”上進（jìn）行分離。
3）選用 4 條分離原理（空間分離、時間分離、基於條件的分離、整體與部（bù）分分離）當中的“空間分離”原理（lǐ），得到（dào）解決方案。
4） 查找與該分離原理對應的發明原理有“No.1、No.2、No.3、No.4、No.7、No.13、No.17、No.24、No.25、No.30”。根據（jù）選定的發明（míng）原理，得到解決方案。方案四：依據 No.1 和 No.2 發明原理，得到解如下：探頭（tóu）分割成獨立兩部分，一部（bù）分置於高溫介質中，而壓電陶（táo）瓷片從探頭分離出來的部分（fèn）置於高溫介質外。方案五：依據（jù） No.7 發明（míng）原理，得到解如下：將探頭置於漩渦發生體中。
4 結論
對方案進行匯總（見表 3）。
依據表 3 得到的若幹創新解，通（tōng）過評（píng）價，確定*優解為：探頭分（fèn）割成獨立兩部（bù）分（fèn），加真空（kōng）絕熱材（cái）料的部分位於高溫介質中，含壓電陶瓷的部分（fèn）在高溫介質外。