CN102749474A - 流速以及颗粒物浓度测量系统及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测量领域，尤其是涉及一种流速以及颗粒物浓度测量系统及其测量方法。流速以及颗粒物浓度测量系统，包括：传感器、信号处理器以及管道；其中，所述传感器有两个，且两个所述传感器上均设置有传感器探头，所述传感器探头均穿过所述管道的侧壁深入管道内；两个所述传感器均与所述信号处理器连接；所述传感器探头用于感应颗粒物上的电荷，并产生感应电流传送给传感器；所述传感器用于根据所述传感器探头所传送的感应电流产生感应信号并发送给所述信号处理器；所述信号处理器用于接收所述感应信号，并根据接收该感应信号的时间差计算流速以及颗粒物浓度。传感器探头对颗粒物上产生的电荷进行感应，不会影响其对电荷的感应，提高测量的精度。

Description

流速以及颗粒物浓度测量系统及其测量方法

技术领域

本发明涉及测量领域，尤其是涉及一种流速以及颗粒物浓度测量系统及其测量方法。 

背景技术

在锅炉燃烧中存在一系列问题，如火焰偏斜冲刷炉墙、在靠近炉墙区域局中心还原气氛强而产生水冷壁局部中心高温腐蚀或结焦、热负荷不均匀、烟气侧和蒸汽侧温度偏差、飞灰含碳量高等问题，影响机组运行的可靠性和经济性。造成以上问题的原因主要为燃烧器煤粉浓度的高低以及各个煤粉燃烧器的颗粒物均匀性，特别是处于同层燃烧器之间一次颗粒物分配不均匀，直接影响到炉内燃烧工况的稳定和锅炉的燃烧效率。因此需要对颗粒物输送管道中的颗粒物的流速以及颗粒物浓度进行测量，这里的颗粒物可以为冶金、冶炼、电力或者化工中的烟气或者为煤粉。 

现有的测量是用匀速管或者文丘里管对流速以及颗粒物浓度进行测量，在这种测量中，通常都需要颗粒物通过匀速管或者文丘里管，例如文丘里管的使用原理是利用异形管使流经该管流体的速度发生变化从而产生差压，通过该压差计算流速以及颗粒物浓度。 

由于匀速管或文丘里管都是管形，在颗粒物通过匀速管或者文丘里管的时候，取压口容易被颗粒物堵塞，颗粒物将取压口堵塞后，会影响颗粒物在高速移动时，对取压口造成的压力，从而降低测量的精度。 

发明内容

本发明提出了一种流速以及颗粒物浓度测量系统及其测量方法，提高测量的精度。 

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的： 

流速以及颗粒物浓度测量系统，包括：传感器、信号处理器以及管道； 

其中，所述传感器有两个，且两个所述传感器上均设置有传感器探头，所述传感器探头均穿过所述管道的侧壁深入管道内；两个所述传感器均与所述信号处理器连接； 

所述传感器探头用于感应颗粒物上的电荷，并产生感应电流传送给传感器； 

所述传感器用于根据所述传感器探头所传送的感应电流产生感应信号并发送给所述信号处理器； 

所述信号处理器用于接收所述感应信号，并根据接收该感应信号的时间差计算流速以及颗粒物浓度。 

优选地，所述管道侧壁上设置有安装孔，所述传感器探头穿过所述安装孔，并与所述安装孔可拆卸的连接。 

优选地，其特征在于，两个所述传感器探头沿所述管道的轴向分布。 

优选地，两个所述传感器探头探入管道的深度相同。 

优选地，两个所述传感器探头之间的距离为180mm-400mm。 

优选地，两个所述传感器探头之间的距离为200mm-250mm。 

优选地，所述传感器上还包括A/D转换器，所述A/D转换器用于将传感器所产生的感应信号由模拟数据转换为数字数据，并将被转换为数字信号后的感应信号向信号处理器发送。 

流速以及颗粒物浓度测量方法，包括： 

使传感器探头感应颗粒物上的电荷，并产生感应电流传送给传感器； 

通过所述传感器用于根据所述传感器探头所传送的感应电流产生感应信号并发送给所述信号处理器； 

计算两个感应信号之间的时间差； 

通过该感应信号的时间差已有数据计算流速以及颗粒物浓度。 

优选地，所述已有数据包括：L：两个所述传感器探头之间的距离；M：颗粒物总量；S：管道的横截面积； 

其中，所述流速V满足公式（1）： 

(1) $V=\frac{L}{\mathrm{\Δt}}$

△t：信号处理器接收到感应信号的时间差； 

所述颗粒物浓度C满足公式（2）： 

(2) $C=\frac{M}{V\×S}.$

优选地，所述传感器接收该感应电流并根据该感应电流产生感应信号并向信号处理器传送具体为： 

传感器接收电荷并产生模拟数据的感应信号； 

A/D转换器将传感器所产生的感应信号由模拟数据转换为数字数据，并向信号处理器传送。 

可见，本发明具有如下优点： 

提高测量的精度。颗粒物在管道中高速运动的时候，经过碰撞、摩擦，会带有一定的电荷量，同时产生一个电荷场，当这些颗粒物通过传感器探头的时候，传感器探头会产生与颗粒物上所带电荷等量的感应电荷传导到传感器，传感器根据感应电荷，产生相应的感应信号，并将该感应信号传送给信号处理器，传感器通过计算接收到该感应信号的时间差，进行处理计算得到颗粒物的流速以及颗粒物浓度，在这个过程中，由于传感器探头是对高速移动的颗粒物上产生的电荷进行感应的，当颗粒物在传感器探头上附着后，不会影响其对电荷的感应，因此提高测量的精度。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一个简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1是本发明实施例一中流速以及颗粒物浓度测量系统的结构示意图； 

图2是本发明实施例二、实施例三、实施例四以及实施例五中流速以及颗粒物浓度测量系统的结构示意图； 

图3是本发明实施例六中流速以及颗粒物浓度测量系统的结构示意图； 

图4是本发明实施例七中流速以及颗粒物浓度测量方法的流程图； 

图5是本发明实施例八中流速以及颗粒物浓度测量方法的流程图。 

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 

流速以及颗粒物浓度测量系统，包括：传感器、信号处理器以及管道； 

其中，所述传感器有两个，且两个所述传感器上均设置有传感器探头，所述传感器探头均穿过所述管道的侧壁深入管道内；两个所述传感器均与所述信号处理器连接； 

所述传感器探头用于感应颗粒物上的电荷，并产生感应电流传送给传感器； 

所述传感器用于根据所述传感器探头所传送的感应电流产生感应信号并发送给所述信号处理器； 

所述信号处理器用于接收所述感应信号，并根据接收该感应信号的时间差计算流速以及颗粒物浓度。 

在本发明中，颗粒物在管道中高速运动的时候，经过碰撞、摩擦，会带有一定的电荷量，同时产生一个电荷场，当这些颗粒物通过传感器探头的时候，传感器探头会产生与颗粒物上所带电荷等量的感应电荷传导到传感器，传感器根据感应电荷，产生相应的感应信号，并将该感应信号传送给信号处理器，传感器通过计算接收到该感应信号的时间差，进行处理计算得到颗粒物的流速以 及颗粒物浓度，在这个过程中，由于传感器探头是对高速移动的颗粒物上产生的电荷进行感应的，当颗粒物在传感器探头上附着后，不会影响其对电荷的感应，因此提高测量的精度。 

即，流速满足公式（1）： 

(1) $V=\frac{L}{\mathrm{\Δt}}$

V：流速；L：两个所述传感器探头之间的距离；△t：信号处理器接收到感应信号的时间差。 

由于两个传感器探头之间的距离L安装传感器探头的时候已经确定的，信号处理器根据接收到感应信号的时间分别为T1和T2，默认为信号处理器接收到颗粒物先通过的传感器探头时，传感器所产生的感应信号的时间为T1，信号处理器接收到颗粒物后通过的传感器探头时，传感器所产生的感应信号的时间为T1，信号处理器接收到感应信号的时间差△t=T2-T1，信号处理器可以根据上述数据计算出颗粒物的流速。 

颗粒物浓度满足公式（2）： 

(2) $C=\frac{M}{V\×S}$

C：颗粒物浓度；M：颗粒物总量；V：流速；S：管道的横截面积。 

由于管道的横截面积S与颗粒物的总量M是已知的，可以根据已经计算出来的颗粒物的流速计算出颗粒物的浓度。 

在本发明的各个实施方式中，作为优选方案，所述管道侧壁上设置有安装孔，所述传感器探头穿过所述安装孔，并与所述安装孔可拆卸的连接。 

传感器的探头安装在管道的侧壁的安装孔上，并与所述安装孔可拆卸的连接，使得本发明提供的流速以及颗粒物浓度测量系统不会像文丘里管或者匀速管一样，被颗粒物堵塞而影响测量的精度，且传感器探头需要维护或者的时候，只需要从侧壁的安装孔上将传感器探头取出，对传感器探头直接进行操作，不会影响管道的正常使用。 

在本发明的各个实施方式中，作为优选方案，两个所述传感器探头沿所述管道的轴向分布。 

两个所述传感器探头沿所述管道的轴向分布，保证了两个传感器探头附近通过的颗粒物是相同的，而同样的颗粒物所携带的电荷在短时间内所携带的电荷量的变化很小，保证了测量的精确。 

在本发明的各个实施方式中，作为优选方案，两个所述传感器探头探入管道的深度相同。同样保证了两个传感器探头附近通过的颗粒物是相同的，而同样的颗粒物所携带的电荷在短时间内所携带的电荷量的变化很小，保证了测量的精确。 

在本发明的各个实施方式中，作为优选方案，两个所述传感器探头之间的距离为180mm-400mm。如果两个传感器探头之间的距离太小，与两个传感器探头相连的传感器所产生的感应信号之间的时间差△t就会过小，容易产生误差。而如果两个传感器探头之间的距离过大，则颗粒物在告诉运行的过程中，所携带的电荷量会在相互碰撞中产生变化，也会导致测量产生较大的误差。将连个传感器探头之间的距离保持在180mm-400mm之间，保证测量的精确性。 

在本发明的各个实施方式中，作为优选方案，两个所述传感器探头之间的距离为200mm-250mm。如果两个传感器探头之间的距离太小，与两个传感器探头相连的传感器所产生的感应信号之间的时间差△t就会过小，容易产生误差。而如果两个传感器探头之间的距离过大，则颗粒物在告诉运行的过程中，所携带的电荷量会在相互碰撞中产生变化，也会导致测量产生较大的误差。因此将两个传感器探头之间的距离保持200mm-250mm。 

在本发明的各个实施方式中，作为优选方案，所述传感器上还包括A/D转换器，所述A/D转换器用于将传感器所产生的感应信号由模拟数据转换为数字数据，并将被转换为数字信号后的感应信号向信号处理器发送。A/D转换器将模拟数据转换为数字数据，方便信号处理器的后续计算。 

流速以及颗粒物浓度测量方法，包括： 

使传感器探头感应颗粒物上的电荷，并产生感应电流传送给传感器； 

通过所述传感器用于根据所述传感器探头所传送的感应电流产生感应信号并发送给所述信号处理器； 

计算两个感应信号之间的时间差； 

通过该感应信号的时间差已有数据计算流速以及颗粒物浓度。 

在本发明中，颗粒物在管道中高速运动的时候，经过碰撞、摩擦，会带有一定的电荷量，同时产生一个电荷场，当这些颗粒物通过传感器探头的时候，传感器探头会产生与颗粒物上所带电荷等量的感应电荷传导到传感器，传感器根据感应电荷，产生相应的感应信号，并将该感应信号传送给信号处理器，传感器通过计算接收到该感应信号的时间差，进行处理计算得到颗粒物的流速以及颗粒物浓度，在这个过程中，由于传感器探头是对高速移动的颗粒物上产生的电荷进行感应的，当颗粒物在传感器探头上附着后，不会影响其对电荷的感应，因此提高测量的精度。 

在本发明的各个实施方式中，作为优选方案，所述已有数据包括：L：两个所述传感器探头之间的距离；M：颗粒物总量；S：管道的横截面积； 

其中，所述流速V满足公式（1）： 

(1) $V=\frac{L}{\mathrm{\Δt}}$

△t：信号处理器接收到感应信号的时间差； 

所述颗粒物浓度C满足公式（2）： 

(2) $C=\frac{M}{V\×S}.$

由于两个传感器探头之间的距离L安装传感器探头的时候已经确定的，信号处理器根据接收到感应信号的时间分别为T1和T2，默认为信号处理器接收到颗粒物先通过的传感器探头时，传感器所产生的感应信号的时间为T1，信号处理器接收到颗粒物后通过的传感器探头时，传感器所产生的感应信号的时间为T1，信号处理器接收到感应信号的时间差△t=T2-T1，信号处理器可以根据上述数据计算出颗粒物的流速。 

由于管道的横截面积S与颗粒物的总量M是已知的，可以根据已经计算出来的颗粒物的流速计算出颗粒物的浓度。 

在本发明的各个实施方式中，作为优选方案， 

所述传感器接收该感应电流并根据该感应电流产生感应信号并向信号处理器传送具体为： 

传感器接收电荷并产生模拟数据的感应信号； 

A/D转换器将传感器所产生的感应信号由模拟数据转换为数字数据，并向信号处理器传送。 

A/D转换器可以将模拟数据转换为数字数据，方便信号处理器的后续计算。 

实施例一： 

参见图1，本发明实施例一所提供的流速以及颗粒物浓度测量系统，包括：传感器1、信号处理器2以及管道3； 

其中，所述传感器1有两个，且两个所述传感器1上均设置有传感器探头4，所述传感器探头4均穿过所述管道3的侧壁深入管道3内；两个所述传感器1均与所述信号处理器2连接； 

所述传感器探头4用于感应颗粒物上的电荷，并产生感应电流传送给传感器； 

所述传感器1用于根据所述传感器探头4所传送的感应电流产生感应信号并发送给所述信号处理器2； 

所述信号处理器2用于接收所述感应信号，并根据接收该感应信号的时间差计算流速以及颗粒物浓度。 

实施例二： 

参见图2，本发明实施例二所提供的流速以及颗粒物浓度测量系统，在实施例一的基础上，所述管道3侧壁上设置有安装孔5，所述传感器探头4穿过所述安装孔5，并与所述安装孔5可拆卸的连接；两个所述传感器探头4沿所述管道3的轴向分布，且两个所述传感器探头4探入管道3的深度相同；两个所述传感器探头4之间的距离为180mm。 

实施例三： 

参见图2，本发明实施例三所提供的流速以及颗粒物浓度测量系统，在实施例一的基础上，所述管道3侧壁上设置有安装孔5，所述传感器探头4穿过所述安装孔5，并与所述安装孔5可拆卸的连接；两个所述传感器探头4沿所述管道3的轴向分布，且两个所述传感器探头4探入管道3的深度相同；两个所述传感器探头4之间的距离为400mm。。 

实施例四： 

参见图2，本发明实施例四所提供的流速以及颗粒物浓度测量系统，在实施例一的基础上，所述管道3侧壁上设置有安装孔5，所述传感器探头4穿过所述安装孔5，并与所述安装孔5可拆卸的连接；两个所述传感器探头4沿所述管道3的轴向分布，且两个所述传感器探头4探入管道3的深度相同；两个所述传感器探头4之间的距离为200mm。 

实施例五： 

参见图2，本发明实施例五所提供的流速以及颗粒物浓度测量系统，在实施例一的基础上，所述管道3侧壁上设置有安装孔5，所述传感器探头4穿过所述安装孔5，并与所述安装孔5可拆卸的连接；两个所述传感器探头4沿所述管道3的轴向分布，且两个所述传感器探头4探入管道3的深度相同；两个所述传感器探头4之间的距离为250mm。 

实施例六： 

参见图3，本发明实施例六所提供的流速以及颗粒物浓度测量系统，在实施例一的基础上，所述传感器1上还包括A/D转换器6，所述A/D转换器6用于将传感器1所产生的感应信号由模拟数据转换为数字数据，并将被转换为数字信号后的感应信号向信号处理器2发送。 

实施例七： 

参见图4，本发明实施例七所提供的流速以及颗粒物浓度测量方法，包括： 

步骤101：使传感器探头感应颗粒物上的电荷，并产生感应电流传送给传感器； 

步骤102：通过所述传感器用于根据所述传感器探头所传送的感应电流产生感应信号并发送给所述信号处理器； 

步骤103：计算两个感应信号之间的时间差； 

步骤104：通过该感应信号的时间差已有数据计算流速以及颗粒物浓度。 

所述已有数据包括：L：两个所述传感器探头之间的距离；M：颗粒物总量；S：管道的横截面积； 

其中，所述流速V满足公式（1）： 

(1) $V=\frac{L}{\mathrm{\Δt}}$

△t：信号处理器接收到感应信号的时间差； 

所述颗粒物浓度C满足公式（2）： 

(2) $C=\frac{M}{V\×S}.$

实施例八： 

参见图5，本发明实施例七所提供的流速以及颗粒物浓度测量方法，包括： 

步骤201：使传感器探头感应颗粒物上的电荷，并产生感应电流传送给传感器； 

步骤202：传感器接收电荷并产生模拟数据的感应信号； 

步骤203：A/D转换器将传感器所产生的感应信号由模拟数据转换为数字数据，并向信号处理器传送； 

步骤204：计算两个感应信号之间的时间差； 

步骤205：通过该感应信号的时间差已有数据计算流速以及颗粒物浓度。 

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。 

Claims (10)

1.流速以及颗粒物浓度测量系统，其特征在于，包括：传感器、信号处理器以及管道；

其中，所述传感器有两个，且两个所述传感器上均设置有传感器探头，所述传感器探头均穿过所述管道的侧壁深入管道内；两个所述传感器均与所述信号处理器连接；

所述传感器探头用于感应颗粒物上的电荷，并产生感应电流传送给传感器；

所述传感器用于根据所述传感器探头所传送的感应电流产生感应信号并发送给所述信号处理器；

所述信号处理器用于接收所述感应信号，并根据接收该感应信号的时间差计算流速以及颗粒物浓度。

2.根据权利要求1所述的流速以及颗粒物浓度测量系统，其特征在于，所述管道侧壁上设置有安装孔，所述传感器探头穿过所述安装孔，并与所述安装孔可拆卸的连接。

3.根据权利要求2所述的流速以及颗粒物浓度测量系统，其特征在于，两个所述传感器探头沿所述管道的轴向分布。

4.根据权利要求3所述的流速以及颗粒物浓度测量系统，其特征在于，两个所述传感器探头探入管道的深度相同。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的流速以及颗粒物浓度测量系统，其特征在于，两个所述传感器探头之间的距离为180mm-400mm。

6.根据权利要求5所述的流速以及颗粒物浓度测量系统，其特征在于，两个所述传感器探头之间的距离为200mm-250mm。

7.根据权利要求1所述的流速以及颗粒物浓度测量系统，其特征在于，所述传感器上还包括A/D转换器，所述A/D转换器用于将传感器所产生的感应信号由模拟数据转换为数字数据，并将被转换为数字信号后的感应信号向信号处理器发送。

8.流速以及颗粒物浓度测量方法，其特征在于，包括：

使传感器探头感应颗粒物上的电荷，并产生感应电流传送给传感器；

通过所述传感器用于根据所述传感器探头所传送的感应电流产生感应信号并发送给所述信号处理器；

计算两个感应信号之间的时间差；

通过该感应信号的时间差已有数据计算流速以及颗粒物浓度。

9.根据权利要求8所述的流速以及颗粒物浓度测量方法，其特征在于，所述已有数据包括：L：两个所述传感器探头之间的距离；M：颗粒物总量；S：管道的横截面积；

其中，所述流速V满足公式（1）：

(1) $V=\frac{L}{\mathrm{\Δt}}$

△t：信号处理器接收到感应信号的时间差；

所述颗粒物浓度C满足公式（2）：

(2) $C=\frac{M}{V\×S}.$

10.根据权利要求8所述的流速以及颗粒物浓度测量方法，其特征在于，所述传感器接收该感应电流并根据该感应电流产生感应信号并向信号处理器传送具体为：

传感器接收电荷并产生模拟数据的感应信号；

A/D转换器将传感器所产生的感应信号由模拟数据转换为数字数据，并向信号处理器传送。

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