[发明专利]基于阵列式静电传感器的粉体流动在线测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于气固两相流在线测量技术范围，特别涉及一种基于阵列式静电传感器的粉体流动在线测量装置及方法。

背景技术

气力输送是一种利用气流在管道中输送粉粒状物料的有效方法，它广泛存在于电力、冶金、化工、环保、医药等多个工业领域。气固两相流中存在界面效应和相对速度，相界面在时间和空间上随机可变，致使其流动特性极其复杂，迄今为止人们对气固两相流流动机理的认识还相当有限。为了对粉体流动现象做出合理准确的解释、有效监控设备运行状况、优化工业生产过程，有必要认识和掌握气固两相流的流动特性和变化规律。气固两相流参数的测量是国际公认的难题，经过多年的研究与探索，国内外提出了基于不同原理与技术的粉体流动参数测量方法，如等速采样法、光学法、微波法、超声法、过程层析成像法、静电法等，这些技术主要是为了工业现场在线连续测量粉体流动参数而研发的，不能对粉体流动参数进行系统的全方位测量，因此无法提供对粉体流动特性和规律进行科学研究的详尽数据。粉体颗粒在气力输送过程中，会积累一定数量的静电荷，当颗粒流经静电电极附近时，可使电极表面产生波动的感应电势信号，通过对该信号进行适当的处理，可获得气固两相流流动参数。本发明提出一种基于阵列式静电传感器的粉体流动参数测量系统，其基本设计思想是利用静电传感器阵列获得管道截面局部空间的颗粒信息，通过将管道内所有局部信息加以融合，可得到整个管道截面的粉体流动参数。该系统能够测量粉料在管道中的瞬时速度廓形、空间平均速度、瞬时浓度分布、空间平均浓度、以及瞬时质量/体积流量。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于阵列式静电传感器的粉体流动在线测量装置及方法，其特征在于，所述粉体流动测量装置为在气固两相流管壁上安装静电感应探片，静电感应探片插入到颗粒流场中或者贴敷于管道内壁上；静电感应探片由静电电极阵列和电荷放大器构成，静电感应探片的输出信号由嵌入式数据处理模块进行调理、采集、处理与分析，以获得粉体流动参数。

所述静电感应探片为扁平状结构，在静电感应探片上分布有多个静电感应单元，每个静电感应单元由两到三个条状金属电极构成；条状金属电极垂直于来流方向，同一单元的多个条状金属电极在来流方向上平行分布。

所述静电感应探片的宽度应以对流场不造成太大扰动为宜，其厚度为1-2毫米；

所述静电感应探片由不锈钢材料制成，其厚度为1-2毫米；并镀有陶瓷以增加耐磨性。

所述粉体流动测量装置为多个静电感应探片在管道截面内的空间灵活多样布局，分别采用三个和五个平行布置的静电感应探片对管道流场进行测量，或采用三组相隔120度角的均匀分布的静电感应探片对管道流场进行测量；或将静电感应探片贴在管道内壁上，以实现对不同位置颗粒流动信息的测量。

所述嵌入式数据处理模块采用二级放大电路和低通滤波器对信号进行调理，由于需要采集与处理的信号数量较多，且算法复杂，则利用现场可编程门阵列的各IO端口分别对多个模数转换芯片进行控制，以实现多路静电信号的同步采集，并利用其硬件并行处理能力来实现对静电信号的实时处理。

所述基于阵列式静电传感器的粉体流动参数在线测量方法，其特征在于，利用颗粒流经相邻电极会产生相似静电感应信号的现象，对同一静电感应单元中的多路静电信号进行同步采样，采用互相关算法获得上下游静电信号之间的渡越时间，再根据电极之间的空间距离求得颗粒瞬时速度；利用静电信号强度与颗粒浓度的单调相关性，通过静电信号的均方根值推算颗粒的相对体积浓度；以每个静电感应单元测量其所处局部空间中颗粒的瞬时速度和瞬时浓度，通过将管道内所有局部信息进行融合，得到管道中颗粒的空间平均速度、空间平均浓度以及瞬时质量/体积流量。

本发明的有益效果是：采用阵列式、分布式传感技术得到颗粒流场的局部信息，通过将分布在管道空间的所有局部信息加以融合，可得到整个管道截面的粉体流动参数，从而提供对粉体流动特性和规律进行科学研究的详尽数据，并适用于工业现场在线连续测量粉体流动参数。

附图说明

图1为粉体流动测量装置的原理结构示意图。

图中：1.气固两相流管道；2.静电感应探片；3.静电感应单元；4.嵌入式数据处理模块。

图2为静电感应单元示意图。

图中：5为条状金属电极。