CN104267211A - 一种便携式粉体流动速度浓度及其分布在线测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于气固两相流在线测量技术范围的一种便携式粉体流动速度浓度及其分布在线测量装置。该装置由静电感应探杆和手持式仪表盒所构成，静电感应探杆上具有金属电极阵列，并通过气固两相流管壁上的取样孔插入到颗粒流场中，实现对颗粒电荷的感应，其内部嵌入的电荷放大电路可对静电信号进行初级放大；手持式仪表盒进一步对静电信号进行调理、采集、处理与分析，通过信号之间的时延和信号强度分别计算粉体流动速度和浓度，可获得管道中颗粒在不同径向位置的瞬时速度分布、瞬时浓度分布、以及径向平均速度和径向平均浓度，测量结果由触摸屏进行实时显示，并可通过现场总线传输至控制中心。本发明具有结构简单、安装方便、易于携带、测量稳定可靠等优点，适用于管道工况的周期性监测、诊断和分析。
Description
技术领域
本发明属于气固两相流在线测量技术范围，特别涉及一种便携式粉体流动速度浓度及其分布在线测量装置。
背景技术
在电力、冶金、化工、医药、食品等多个工业领域，广泛应用气流在管道中输送煤粉、矿石、盐类、药物、面粉等粉粒状物料。粉体气力输送属于气固两相流范畴，其流动参数的准确测量对工业过程的在线监测与优化控制具有十分重要的意义。例如，在电站锅炉一次风管内，煤粉速度和浓度是表征煤粉流量和风煤配比的重要参数，对煤粉速度和浓度的在线测量有利于各燃烧器实现最佳的风煤配比、确保燃料的均衡分配，进而提高燃烧效率和稳定性、降低污染物排放、实现锅炉的优化运行。然而，由于气固两相流动过程极其复杂，对粉体速度和浓度的在线测量多年来一直是学术界与工业界致力解决的难题，在工程实际中成熟可靠的测量方法和仪表极为有限。
本发明提出一种便携式粉体流动速度浓度及其分布在线测量装置，可由管道上现有的取样孔或特制窗口插入到颗粒流场中，通过静电传感器阵列进行在线连续测量，获得管道中颗粒在不同径向位置的瞬时速度分布、瞬时浓度分布、以及径向平均速度和径向平均浓度。本发明具有结构简单、安装方便、易于携带、测量稳定可靠等优点，适用于气力输送管道内粉体流动参数的周期性测量。
发明内容
本发明的目的是提供一种便携式粉体流动速度浓度及其分布在线测量装置，其特征在于，所述粉体流动测量装置由静电感应探杆和手持式仪表盒所构成；静电感应探杆通过气固两相流管壁上的取样孔插入到颗粒流场中，实现对颗粒电荷的感应；静电感应探杆由静电电极阵列、电荷放大电路及不锈钢壳体构成，其输出信号由手持式仪表盒进行调理、采集、处理与分析，以获得粉体流动参数。
所述静电感应探杆为薄片外形，其宽度应尽量窄，以避免对流场造成太大扰动。
所述静电感应探杆的两侧均分布有多个静电感应单元，各单元沿管道径向方向均匀分布；其中一侧的静电感应单元由两个条状细金属电极构成，且在来流方向上平行分布，用于粉体流动速度的测量；另一侧的静电感应单元由一个条状宽金属电极构成，用于粉体浓度的测量；所述金属电极通过绝缘材料实现与静电感应探杆壳体的电气隔离。
所述静电感应探杆为中空结构，其内部嵌入一块电荷放大电路；在电荷放大电路上放置多个电荷放大器，每个电荷放大器与一个金属电极就近放置，并将电极的感生电荷转化为电压输出。
所述静电感应探杆的一端固定于手持式仪表盒上，以实现结构和电气连接。所述手持式仪表盒具有手柄以方便工业现场安装，并集成一个水平仪以保证静电感应探杆具有合适的插入角度。
所述手持式仪表盒内嵌入一块数据处理电路板，采用二级放大电路和低通滤波器对静电信号进行调理，通过多个模数转换芯片对多路静电信号进行同步采集，采用高速数字信号处理器对静电信号进行实时处理。
所述手持式仪表盒对同一静电感应单元两个细电极的信号进行互相关运算以获得渡越时间，根据电极之间的空间距离求得粉体流动速度；所述手持式仪表盒通过宽电极静电信号的均方根值推算粉体的相对体积浓度。
所述手持式仪表盒上具有触摸屏，用来实现参数配置和结果显示；所述手持式仪表盒具有USB接口，可连接移动存储器实现数据存储；所述手持式仪表盒还具有现场总线接口，可将测量结果传输至服务器或者控制中心。
所述便携式粉体流动测量装置具有配套部件，用来固定静电感应探杆到管道取样口上，通过挤压静电感应探杆上的硅橡胶套实现密封。
本发明的有益效果是：可快速、准确地获得管道截面粉体流动速度和浓度的瞬时变化情况，采用一套测量装置即可实现多个管道流动参数的测量，尤其适用于管道工况的周期性监测、诊断和分析，具有投资少、效果明显的优势。
附图说明
图1为便携式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. 静电感应探杆；3. 手持式仪表盒；4. 触摸屏；5. 水平仪；6. 连接配件；7. 硅橡胶套；8. 航空插头；9. 静电感应单元。
图2为静电感应探杆剖面示意图。
图中：10. 不锈钢壳体；11. 细金属电极；12. 绝缘体；13. 宽金属电极；14. 电荷放大电路板。
具体实施方式
本发明提供一种便携式粉体流动速度浓度及其分布在线测量装置。下面结合附图和实施例对本发明予以说明如下：
图1所示为便携式粉体流动测量装置的原理结构示意图。图中，在气固两相流管道1中插入静电感应探杆2，静电感应探杆2浸入于颗粒流场中；静电感应探杆2为扁平状结构，其两侧均匀分布多个静电感应单元9，其中一侧的静电感应单元由2个细金属电极构成，用于粉体流动速度的测量，另一侧的静电感应单元由1个宽金属电极构成，用于粉体浓度的测量；所述静电感应探杆2连接到手持式仪表盒3上，以对其输出信号进行调理、采集、处理和分析；所述手持式仪表盒3外形上具有握持手柄，以便于现场安装，其上部安装水平仪5，用于调整静电感应探杆2的插入角度；所述手持式仪表盒3侧面具有触摸屏4，可实现参数配置和结果显示，底部具有航空插头8用于与控制台进行数据传输；所述静电感应探杆2由连接配件6固定于管道取样孔上，通过硅橡胶套7实现密封。
图2所示为静电感应探杆剖面示意图。所述静电感应探杆2一侧具有平行的两个金属电极11，颗粒先后经过两电极产生相关信号，通过互相关运算可获得颗粒速度；所述静电感应探杆2另一侧具有一个宽金属电极13，具有较大的感应区域，通过其信号的均方根值可推算粉体的相对体积浓度；金属电极11和13均通过绝缘体12嵌入于不锈钢壳体10内，且使所述静电感应探杆2表面平整光滑；在所述静电感应探杆2内部嵌入电荷放大电路板14，通过多个电荷放大器实现静电信号的初级放大，并通过板上走线实现信号的传输。
Claims (10)
1.一种便携式粉体流动速度浓度及其分布在线测量装置，其特征在于，所述粉体流动测量装置由静电感应探杆和手持式仪表盒所构成；静电感应探杆通过气固两相流管壁上的取样孔插入到颗粒流场中，实现对颗粒电荷的感应；静电感应探杆由静电电极阵列、电荷放大电路及不锈钢壳体构成，其输出信号由手持式仪表盒进行调理、采集、处理与分析，以获得粉体流动参数。
2.根据权利要求1所述便携式粉体流动速度浓度及其分布在线测量装置，其特征在于，所述静电感应探杆为薄片外形，其宽度应尽量窄，以避免对流场造成太大扰动。
3.根据权利要求1所述便携式粉体流动速度浓度及其分布在线测量装置，其特征在于，所述静电感应探杆的两侧均分布有多个静电感应单元，各单元沿管道径向方向均匀分布；其中一侧的静电感应单元由两个条状细金属电极构成，且在来流方向上平行分布，用于粉体流动速度的测量；另一侧的静电感应单元由一个条状宽金属电极构成，用于粉体浓度的测量；所述金属电极通过绝缘材料实现与静电感应探杆壳体的电气隔离。
4.根据权利要求1所述便携式粉体流动速度浓度及其分布在线测量装置，其特征在于，所述静电感应探杆为中空结构，其内部嵌入一块电荷放大电路；在电荷放大电路上放置多个电荷放大器，每个电荷放大器与一个金属电极就近放置，并将电极的感生电荷转化为电压输出。
5.根据权利要求1所述便携式粉体流动速度浓度及其分布在线测量装置，其特征在于，所述静电感应探杆的一端固定于手持式仪表盒上，以实现结构和电气连接。
6.根据权利要求1所述便携式粉体流动速度浓度及其分布在线测量装置，其特征在于，所述手持式仪表盒具有手柄以方便工业现场安装，并集成一个水平仪以保证静电感应探杆具有合适的插入角度。
7.根据权利要求1所述便携式粉体流动速度浓度及其分布在线测量装置，其特征在于，所述手持式仪表盒内嵌入一块数据处理电路板，采用二级放大电路和低通滤波器对静电信号进行调理，通过多个模数转换芯片对多路静电信号进行同步采集，采用高速数字信号处理器对静电信号进行实时处理。
8.根据权利要求1所述便携式粉体流动速度浓度及其分布在线测量装置，其特征在于，所述手持式仪表盒对同一静电感应单元两个细电极的信号进行互相关运算以获得渡越时间，根据电极之间的空间距离求得粉体流动速度；所述手持式仪表盒通过宽电极静电信号的均方根值推算粉体的相对体积浓度。
9.根据权利要求1所述便携式粉体流动速度浓度及其分布在线测量装置，其特征在于，所述手持式仪表盒上具有触摸屏，用来实现参数配置和结果显示；所述手持式仪表盒具有USB接口，可连接移动存储器实现数据存储；所述手持式仪表盒还具有现场总线接口，可将测量结果传输至服务器或者控制中心。
10.根据权利要求1所述便携式粉体流动速度浓度及其分布在线测量装置，其特征在于，所述便携式粉体流动测量装置具有配套部件，用来固定静电感应探杆到管道取样口上，通过挤压静电感应探杆上的硅橡胶套实现密封。
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2014
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