CN104764493A - 基于网状静电传感器的流化床固体颗粒检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于气固两相流参数检测技术领域，尤其涉及一种基于网状静电传感器的流化床固体颗粒检测装置及方法。该装置由网状静电传感器、信号调理模块、信号特征提取模块和互相关计算模块组成。网状静电传感器由多条表面镀有绝缘耐磨材料的金属线构成，置于流化床管道内。颗粒在流动过程中产生静电，流经网状静电传感器时基于静电感应原理感应出与颗粒流动状态相关的感应电荷，经信号调理模块进行放大和滤波，然后通过互相关计算模块和信号特征提取模块，可以得到流化床内固体颗粒径向流速、轴向流速和浓度分布。本方法基于静电感应原理，结构简单，成本低，灵敏度高，分辨率高，可实现流化床内固体颗粒流动参数的全截面实时检测。

Description

基于网状静电传感器的流化床固体颗粒检测装置及方法

技术领域

本发明属于气固两相流参数检测技术领域，尤其涉及一种基于网状静电传感器的流化床固体颗粒检测装置及方法。

背景技术

气固流化床由于其良好的两相之间的混合和传质传热能力广泛应用于工业过程中。在气固流化床中，固体颗粒的流速和浓度分布随着时间和位置的变化差别很大。由于固体颗粒的流速和浓度分布对特定过程中流化床的性能有很大影响，因此需要对流化床中固体颗粒的流速和浓度分布进行测量。现有的测量方法包括图像法，成像法，光学探头，电容探头，压力测量和声学法，然而以上这些方法都存在着缺陷。例如，由于固体颗粒的遮挡，图像法很难用于浓相区的测量。光学探头和电容探头是点测量方法，很难得到全局测量结果。声学测量结果容易受到环境噪声的影响等等。因此，需要新的测量方法解决气固流化床中固体颗粒流动参数的测量问题。

在流化床中由于固体颗粒之间和固体颗粒与管壁之间的摩擦和碰撞会造成固体颗粒带电。这种颗粒带电现象会造成颗粒团聚，粘贴在管壁等现象，影响两相之间的传质与传热，甚至会造成放电和爆炸等危险情况。虽然流化床中的静电现象会对工业过程造成影响，但是可以用于流化床中固体颗粒流动参数的测量。

发明内容

为了解决气固流化床中固体颗粒流动参数的测量问题，本专利提出一种基于网状静电传感器的流化床固体颗粒检测装置及方法，装置包括：网状静电传感器、信号调理模块、信号特征提取模块和互相关计算模块；其中，网状静电传感器与信号调理模块相连，信号调理模块分别与信号特征提取模块和互相关计算模块相连。

所述网状静电传感器由多条表面镀有绝缘耐磨材料的金属线组成的网，每一根金属线均与信号调理模块相连。

所述网状静电传感器中金属线的数目和布置能根据检测精度的要求和管道的实际尺寸进行相应调整，其中同一网状静电传感器中至少布置两组相互垂直的金属线，且每组金属线至少有两根相互平行的金属线，每根相互平行的金属线彼此间距控制在10mm到30mm之间。

所述网状静电传感器中的金属线通过绝缘密封塞与流化床管道固定。

所述网状静电传感器安装在流化床管道内部，在管道轴线的方向上放置两组以上相同布置的网状静电传感器，其中任意两组网状静电传感器的间距小于20mm。

所述信号调理模块包含依次相连的电荷放大电路、低通滤波电路和可调增益放大电路，该信号调理模块紧贴流化床外管壁布置，且与网状静电传感器的金属线一端相连。

所述网状静电传感器和信号调理模块的外部安装有金属屏蔽罩进行电磁屏蔽。

一种基于网状静电传感器的流化床固体颗粒检测装置的检测方法，包括：

步骤1、流化床中的带电颗粒流经过由表面镀有绝缘耐磨材料的金属线所组成的网状静电传感器时，金属线上感应出与颗粒流动状态相关的感应电荷；

步骤2、感应电荷经过与金属线相连的信号调理模块转换、滤波、放大后，分别将信号传递到互相关计算模块和信号特征提取模块；

步骤3、互相关计算模块通过计算同一网状静电传感器径向平行的金属线之间的渡越时间，得到固体颗粒的径向流速，通过计算不同层网状静电传感器轴向平行的金属线之间的渡越时间，得到固体颗粒的轴向速度；

步骤4、信号特征提取模块根据上下游网状静电传感器不同金属线的感应电荷量得到上下游各自截面固体颗粒电荷分布情况，然后根据固体颗粒的带电特性，得到上下游各自截面固体颗粒的浓度分布，最后通过平均上下游截面所得浓度分布给出最终固体颗粒浓度分布的结果。

本发明的有益效果：1)采用表面镀有绝缘耐磨材料的金属线组成网状静电传感器，提供了一种基于静电感应的适用于流化床固体颗粒流动参数实时检测的装置与方法；2)采用表面镀有绝缘耐磨材料的金属线组成网状静电传感器，灵敏度高，分辨率高，检测参数多，可同时实现固体颗粒浓度、径向流速和轴向流速等参数的全截面实时测量；3)金属线表面镀有耐磨材料，传感器使用寿命长；4)金属线的直径很小，网状传感器对流化床内粉体流动阻碍程度小；5)各金属线彼此独立，结构简单，价格低廉，可单独更换，产品维修成本低。

附图说明

图1为基于网状静电传感器的流化床固体颗粒检测装置结构示意图；

图2为网状静电传感器横向剖面示意图；

图中：1-流化床管道、2-网状静电传感器、3-信号调理模块、4-互相关计算模块、5-信号特征提取模块、6-表面镀有绝缘耐磨材料的金属线、7-绝缘密封塞。

具体实施方式

本发明提供了一种新型的基于网状静电传感器的流化床固体颗粒检测装置及方法，实现流化床内固体颗粒的浓度分布，轴向流速和径向流速等多参数的实时检测，下面结合附图及实施案例对本发明作进一步说明：

基于网状静电传感器的流化床固体颗粒检测装置结构示意图如图1所示，所述网状静电传感器2安装在流化床管道1上，网状静电传感器所得信号通过信号调理模块3转换、滤波和放大，并利用信号特征提取模块4和互相关计算模块5实现流化床内固体颗粒流动参数的全截面实时检测。

本实施案例选用12条表面镀有绝缘耐磨材料的金属线6组成一个网状静电传感器2，绝缘耐磨材料选用陶瓷，金属线选用铜线。网状静电传感器横向剖面示意图如图2所示，铜线伸入到管道内部，其中6条铜线与另外6条铜线交叉垂直布置，相互平行的6条铜线之间的距离相等，每条铜线6通过两端的绝缘密封塞7与流化床管道固定，其中每条铜线的直径为1.5mm，两条相邻铜线之间的距离为10mm。

本实施案例在流化床轴向方向上选用两组相同布置的网状静电传感器2，两组网状静电传感器的间距为20mm。

每6条铜线与一个信号调理模块紧密安装，信号调理模块对铜线所得的感应电荷信号进行转换、滤波和放大，得到放大后的电压信号。在网状静电传感器和信号调理模块外部安装金属屏蔽罩进行屏蔽。

将上下游同一网状静电传感器不同铜线之间进行互相关计算可以得到流化床内网状静电传感器所在截面固体颗粒的径向流速，将上下游网状静电传感器相应位置铜线之间进行互相关计算可以得到流化床内固体颗粒的轴向流速。

根据上下游网状静电传感器不同金属线的感应电荷量得到上下游各自截面固体颗粒电荷分布情况，然后根据固体颗粒的带电特性，得到上下游各自截面固体颗粒的浓度分布，最后通过平均上下游截面所得浓度分布给出最终固体颗粒浓度分布的结果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于网状静电传感器的流化床固体颗粒检测装置，其特征在于，包括：网状静电传感器、信号调理模块、信号特征提取模块和互相关计算模块；其中，网状静电传感器与信号调理模块相连，信号调理模块分别与信号特征提取模块和互相关计算模块相连。

2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述网状静电传感器是由多条表面镀有绝缘耐磨材料的金属线所组成的网，每一根金属线均与信号调理模块相连。

3.根据权利要求2所述装置，其特征在于，所述网状静电传感器中的金属线的数目和布置能根据检测精度的要求和管道的实际尺寸进行相应调整，其中同一网状静电传感器中至少布置两组相互垂直的金属线，且每组金属线至少有两根相互平行的金属线，每根相互平行的金属线彼此间距控制在10mm到30mm之间。

4.根据权利要求3所述装置，其特征在于，所述网状静电传感器中的金属线通过绝缘密封塞与流化床管道固定。

5.根据权利要求1或2或3或4所述装置，其特征在于，所述网状静电传感器安装在流化床管道内部，在管道轴线的方向上放置两组以上相同布置的网状静电传感器，其中任意两组网状静电传感器的间距小于20mm。

6.根据权利要求1或2或3或4所述装置，其特征在于，所述信号调理模块包含依次相连的电荷放大电路、低通滤波电路和可调增益放大电路，该信号调理模块紧贴流化床外管壁布置，且与网状静电传感器的金属线一端相连。

7.根据权利要求1或2或3或4所述装置，其特征在于，所述网状静电传感器和信号调理模块的外部安装有金属屏蔽罩进行电磁屏蔽。

8.一种根据权利要求1或2或3或4所述装置的流化床固体颗粒检测方法，其特征在于，包括：

步骤1、流化床中的带电颗粒流经过由表面镀有绝缘耐磨材料的金属线所组成的网状静电传感器时，金属线上感应出与颗粒流动状态相关的感应电荷；

步骤2、感应电荷经过与金属线相连的信号调理模块转换、滤波、放大后，分别将信号传递到互相关计算模块和信号特征提取模块；

步骤3、互相关计算模块通过计算同一网状静电传感器径向平行的金属线之间的渡越时间，得到固体颗粒的径向流速，通过计算不同层网状静电传感器轴向平行的金属线之间的渡越时间，得到固体颗粒的轴向速度；

步骤4、信号特征提取模块根据上下游网状静电传感器不同金属线的感应电荷量得到上下游各自截面固体颗粒电荷分布情况，然后根据固体颗粒的带电特性，得到上下游各自截面固体颗粒的浓度分布，最后通过平均上下游截面所得浓度分布给出最终固体颗粒浓度分布的结果。