[发明专利]一种红外线烟道在线流速仪及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种流速仪，具体涉及一种红外线烟道在线流速仪及其测量方法；基于红外互相关技术，利用红外线探测气团的特征红外信号，从而实现对烟道排放气体的流速和流量进行测量。

背景技术

在冶金企业、化工企业及其它工业企业中，对烟道烟尘烟气的检测一直是环境污染源监测的重中之重。烟道排放物是大量高温、有毒、有害气体和烟尘的混合物，成分很复杂，气体中包括SO₂、CO、CO₂、碳氢化合物以及氮氧化合物等，烟尘包括燃料的灰分、煤粒、油滴以及高温裂解产物等。

为了掌握烟气的流动特性，对其流速的测量十分重要，但是，烟道中是高温环境，且烟气有毒有腐蚀性，因而烟道中烟气的流速测量难度大且准确性低。现有技术中常用的测量方式一般有两种：

(1)、皮托管气体流量计，该流量计利用压力差来测量流速，其测量方法是：将皮托管放在烟道中心位置，保证管口与气流方向垂直，通过测量动压和静压的差值，由伯努利方程的气体化简公式V＝(2Δp/ρ)^0.5来计算流速，其中，V、Δp、ρ分别为流速、压力差和气体密度。该测量方法的缺点较多，其中较明显的缺点是皮托管细小、易造成堵塞，皮托管使用寿命短且维护成本高；而且当流速比较小时，由于产生的压力很小，测量时误差会较大，不能测量低速烟气。

(2)、超声波流速仪，该流速仪利用超声波传感器来测量流速，其测量方法和原理是：超声波在流动的气体中传播时会载上气体流速的信息，因此通过接收到的超声波就可以检测出烟气的流速，从而换算成流量。该测量方法的不足之处在于：抗干扰能力差，易受到其他声源混入的超声音干扰、影响精度；测量管道结垢会严重影响测量精度；超声波传感器价格昂贵，导致仪器成本高，用于腐蚀性强的烟道中极易损坏，维护成本相当高。

综上，现有技术中两种常用的测量仪器价格昂贵，应用于烟道流速测量的话，极易被腐蚀性气体及粉尘损坏，测量精度也无法满足要求，鉴于此，迫切需要一种耐腐蚀、耐高温、灵敏度高、响应快、易于安装维护的流速仪，满足烟道的在线流速测量。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种红外线烟道在线流速仪，能够耐腐蚀耐高温，具有灵敏度高、响应快、易于安装维护等优点；同时，本发明还公开了该流速仪的测量方法，能够快速、准确地获得流速信息。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种红外线烟道在线流速仪，包括：两个红外接收器、一个供电单元、一个信号处理单元及一个数据显示单元，所述两个红外接收器沿烟气流向间隔分布于烟道内并通过屏蔽线与信号处理单元和数据显示单元连接，所述信号处理单元接受来自红外接收器的信号并实时传输测量结果至数据显示单元。

具体地，前述红外接收器包括：一端开口的罩体、设置于罩体开口端的法兰盘、安装于罩体内部的电路板和红外探测器，所述法兰盘与红外探测器对应的位置形成有通孔，通孔内安装有锗窗口；所述罩体远离开口端的另一端安装有防水接头，所述屏蔽线自防水接头穿过。

具体地，前述信号处理单元由差分放大电路、模数转换芯片及一单片机组成，红外探测器将检测到的信号经电路板进行四级放大滤波后传入信号处理单元，信号先经差分放大电路去除共模噪声，然后再经模数转换芯片将模拟信号转换为数字信号，最后传入单片机。

具体地，前述数据显示单元由与单片机相连的微型计算机、LCD显示屏及操作面板组成；微型计算机的输出端口与LCD显示屏相连，输入端口与操作面板相连，所述操作面板设置有两个LED灯和若干按键。

优选地，前述锗窗口不镀膜，厚度为2mm，透射的光谱范围为2-16μm。

优选地，前述红外探测器为带有氟化钙窗口的热释电型红外探测器。

优选地，前述罩体和法兰盘均由防护等级为IP68的铝合金材料制成。

进一步地，前述罩体、锗窗口与法兰盘的连接处均设有O型密封圈。

更进一步地，前述信号处理单元和数据显示单元置于一个保护盒内，所述保护盒由防护等级为IP68的铝合金材料制成。

此外，本发明还公开了红外线烟道在线流速仪的流速测量方法，包括以下流程：

(1)、将两个红外接收器相聚一定距离固定在烟道内，通过屏蔽线与供电单元、信号处理单元及数据显示单元相连；

(2)、将两个红外探测器得到的气团波形信号分别定义为A(t)、B(t)，利用下列函数：信号处理单元计算气团经过两个红外探测器所用时间间隔；