[发明专利]一种基于静电与电容传感器阵列的粉体质量流量测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于静电与电容传感器阵列的粉体质量流量测量装置，包括静电传感器阵列、电容传感器阵列、数据采集模块以及数据处理模块；

所述数据采集模块，采集所述静电传感器阵列每对静电极片间的静电信号以及所述电容传感器阵列两相邻电容极片间输出信号；

所述数据处理模块，包括粉体速度计算单元、粉体浓度计算单元以及粉体质量计算单元，

所述粉体速度计算单元，根据所述静电传感器阵列的静电信号及所述静电传感器阵列静电极片间互相关函数，计算静电传感器阵列每对静电极片对应区域的粉体速度v_k，k＝1～m，m为静电传感器阵列的静电传感器对的个数；根据m组管道截面粉体局部速度，估计粉体平均流速的最优值

其中，W_k为各静电传感器的加权因子，其计算公式为：

式中，和均为各静电传感器测量值的均方误差，f＝1～m；

所述粉体浓度计算单元，根据所述电容传感器阵列两相邻电容极片间的输出信号C_i，计算整个管道截面的粉体平均浓度

其中，i为相邻电容值的标号，i＝1～n，n为电容阵列包含的电容个数；A_i为相邻电极的局部敏感面积；A为管道截面面积；β_i为管道截面粉体局部浓度：

β_i＝f(C_i)

式中，f(.)为标定好的C_i与β_i之间的关系函数；

所述粉体质量计算单元，根据计算得到管道截面的粉体平均浓度和粉体平均流速的最优估计后，计算出粉体质量流量Q_M：

其中，ρ为粉体颗粒的真实密度。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述静电传感器阵列的静电传感器个数m为8。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述电容传感器阵列的电容传感器个数n为8。

4.一种采用权利要求1所述的测量装置用于粉体质量流量的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、测量到电容传感器阵列相邻电极对间输出信号C_i，确定管道截面粉体局部浓度β_i：

β_i＝f(C_i) (1)

式中，f(.)为标定好的C_i与β_i之间的关系函数；

步骤二、测量到各局部上游静电信号和下游静电信号x₁(t)和y₁(t)，x₂(t)和y₂(t)，…x_k(t)和y_k(t)…，x_m(t)和y_m(t)之后，其互相关函数可表示为：

其中，R_k(τ)是延迟时间τ的互相关函数,互相关函数最大值所对应的延迟时间为τ_m，已知上下游静电传感器的轴向间隔为L，则静电传感器一局部区域的粉体的速度v_k为：

v_k＝L/τ_m (3)

同理，即可计算出管道截面粉体的速度分布；

步骤三、采用自适应加权融合估计算法，从测量到的m组管道截面粉体局部速度中获得粉体平均流速的最优估计

步骤四、对各粉体局部浓度数据进行加权求和，从而获得整个管道截面的粉体平均浓度

式中，i为相邻电容值的标号；A为管道截面面积；A_i相邻电极的局部敏感面积；

步骤五、计算得到管道截面的粉体平均浓度和粉体平均流速的最优估计后，根据下式计算出粉体质量流量Q_M：

其中，ρ为粉体颗粒的真实密度。