CN1055596A - 多用途微波煤粉流量计 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用微波非接触、连续测量火电厂煤 粉流量的实时仪表。结构是在微波暗室中装一个与 输粉管轴线成45°的角式天线，天线对面设一个来 福波纹全反射板。微波发射、被煤粉反射产生的频差 以及衰减信号由同一个天线接收。

天线向低损耗介质输粉管发射微波。在管内流 动煤粉作用下一部分微波反射产生频差，测出煤粉流 速。一部分微波穿过煤粉流被反射板反射再次穿过 煤粉流产生衰减，测出煤粉浓度。电流速和浓度求出 煤粉重量流量。

Description

本发明系用微波测量煤粉重量流量的方法及用该方法设计的多用途微波煤粉流量计。

煤粉在输送管道内流动时的重量流量测量，国内外方法很多。现今常用方法有机械法、容积法、重量法。这些方法皆因不能连续测量瞬时流量而限制了在工业控制过程中的应用。非接触连续测量有美国、西德、日本的同位素法。同位素对人体有害、污染环境防护复杂、成本高等不足而受到限制。

美国专利U.S4423-623《流动混合物微波计量计（MICROWAVE  METER  FOR  FLUID  MIXTURES）》中的第八条：一种测量非均匀混合材料流量比率的方法（A  method  of  measuring  the  flow  rate  of  a  heterogeneous  mixture  of  ingredients）是一种微波流量比率法。这个方法是在有混合物流动的波导管壁上装一发射探针发射微波到混合物中，微波在混合物中传播方向同混合物流动方向相同。在发射探针下游距发射探针一定距离处装一接收探针。对接收探针接收到的微波信号进行处理，得出波导管内的微波特征频率或传播波长。用第二对、第三对发射、接收探针测出该波导其它部位上的上述特征。对所测频率差进行相关处理后，再以分离法对混合物组成成份进行校准就可得到混合物的流量比率。

日本发明专利昭59-19814及昭60-187818《微波流量计》及《粉体流量计》介绍了两种微波流量计实例。一种是气粉混合物在波导管内流动，送入波导内的微波传播方向同气粉混合物的流动方向相同，在微波信号送入处下方相隔一段距离处取出微波信号。另一种是气粉混合物在低损耗介质管内流动，该管装在方型（园型）波导管内。波导上端送入的微波信号传播方向同低损耗介质管内混合物流动方向相同。微波信号由距微波送入端一定距离的下端取出。两种方法都是靠测出微波多卜勒频移求流速，微波衰减浓度，再由速度和浓度求出粉体重量流量。

上述方法虽实现了混合物重量流量的非接触连续测量，但存在下列问题：

1.美国专利U.S4423-623仅能测出气粉混合物比率，而不能直接测出混合物中粉体重量流量。要想以该方法测出粉体重量流量还需辅以其它测量手段。

2.日本专利昭59-19814和昭60-187818两种方法均与波导相关。一种用波导作输粉管，一种将低耗介质输粉管装在方型（园型）波导中。实践证明，采用微波测量气粉混合物时，所用微波频率越高，仪表精度越高。从所用器材性能和经济性综合考虑，选用30mm波长最为合适。30mm波的波导管对矩型波导尺寸23×10mm，园型波导管直径38mm。美国专利U.S4423-623所用波导直径3/4时（19mm）。一般工业所用气粉混合物输粉管最小直径为204mm。显然专利U.S4423-623昭59-19814、昭60-187818所揭示的方法都不可能用于工业生产过程。

3.专利U.S4423-623、昭59-19814、昭60-187818所述方法均为将微波通过发射机构送到正在管内流动的气粉混合物中，微波传播方向同气粉混合物流向相同。这种方法不但存在微波送入、取出接口同输粉管间复杂的密封问题，而且接收的微波信号受管道断面和管内流动分布均匀性影响很大，所以测量误差大，精度得不到保证。

本发明旨在提供一种非接触、可连续实时测定、测量的输粉管径与波导无关、管径大、操作安全简便的煤粉重量流量计。

本发明的基本原理是，利用一个与低损耗介质输粉管轴线成45°角的角式天线，从输粉管外部逆煤粉流动方向向气粉混合物发射微波。微波穿过低损耗介质管进入气粉混合物流后，一部分微波遇到煤粉被反射，由反射波产生的频差求出煤粉流速。另一部份微波穿越煤粉流和管壁到达设在天线对面的来福波纹全反射板，由反射板收集后，以平面波的形式反射回来，两次穿越煤粉流的这部份微波由于受到煤粉的吸收作用产生能量衰减，借此衰减量求出粉体浓度。然后由所求出的流速与浓度和输粉管面积即可求出煤粉重量流量。

附图是按本方法设计的煤粉流量计的原理图。图中：1-微波源;2-微波桥路;3-微波暗室;4-角式天线;5-来福波纹全反射板;6-低损耗介质输粉管;7-本地相位、幅值全反射倍增器;8-微波信号频幅分离器;9-微波频差检出器;10-微波混频器;11-煤粉流速换算器;12-微波相位、幅值检出器;13-煤粉浓度换算器;14-煤粉重量流量计算输出器;15-定向耦合器。

本发明的主要步骤如下：

（1）.微波源1产生的微波信号经微波桥路2将 1/2 微波能量送往装在微波室3中的角式天线4向低损耗介质输粉管6发射。

（2）.角式天线4发射的微波信号穿过输粉管6，以与输粉管轴成45°角方式逆向进入煤粉流。部分微波被煤粉反射，反射波穿过输粉管6被天线4接收。另一部分微波继续行进穿过输粉管6被来福波纹全反射板收集，反射板使收集的微波能以平面波形式按原路反回，使微波二次穿越煤粉流，反射回来的微波信号同样由天线4接收。

（3）.由天线4接收的微波频差信号及衰减信号一起送入微波桥路2的检波臂，同时由微波源来的另外 1/2 微波被相位、幅值全反射器反射后也回到桥路2的检波臂。相位、幅值在此处相减得到净衰减信号和频差信号。将衰减信号和频差信号一起送入微波信号频幅分离器8进行频幅分离。

（4）.经微波信号频幅分离器8分离的微波信号分作二路。一路微波频差信号送到微波频差检出器9及微波混频器10，在微波混频器10中与从定向耦合器15来的本振信号混频得出流速频率信号，该信号再送入煤粉流速换算器11得出煤粉流速信号。另一路微波信号送入微波相位、幅值检出器12进行相位、幅值检出、将检出的相位、幅值微波信号送到煤粉浓度换算器13求出煤粉浓度信号。

（5）.将煤粉流速信号与煤粉浓度信号一起送入煤粉重量流量计算输出器14，即得出煤粉重量流量。

本发明同其它煤粉重量流量测量方法相比，具有下列优点：

（1）.本发明采用了来福波纹全反射板，因而衰减量成倍增加，提高了浓度测量的准确性，使仪器精度达0.1%。

（2）.多功能角式天线简化了结构，制作简单成本低，安装简单，实用性强，批量生产容易。

（3）.使用了微波双重桥路及相位、幅值培增器，因而对微波发生源稳定性要求不高，测量结果不受环境温度变化影响，大大提高了仪器的稳定性。

（4）.本发明的输粉管径与使用的微波频率大小无关，即不受波导影响。所以输粉管径较大，对60万kw以下机组均可适用。

（5）.本发明除实现了煤粉的非接触连续测量外，尚可进行锅炉断煤灭火报警。

（6）.因本发明实现了煤粉连续测量，对实现电站锅炉效率、电厂单机煤耗瞬时值及累积值计算提供了必要充分条件，对实现工业过程实时控制和管理现代化提供了必不可少的手段。

Claims (6)

1、一种用微波测量煤粉重量流量的方法，由煤粉对微波的反射产生的频差信号和煤粉对微波产生的衰减信号实现，即由频差信号求出煤粉流速，由衰减信号求出煤粉浓度，再由流速和浓度求出煤粉重量流量。其特征是天线从输粉管外部向管内流动着的气粉混合物发射微波信号。煤粉对微波反射产生的频差信号和煤粉对微波产生的衰减信号被天线接收后送往微波双重桥路。由微波双重桥路来的信号经微波频、幅分离器分离后进入数据处理系统处理，最后得出煤粉重量流量。

2、如权利1所述方法，其特征在于微波发射，反射频差信号接收，衰减信号接收均由一个高增益角式天线完成。天线同输粉管成45°夹角。天线发射的微波传播方向同输粉管内煤粉的流动方向相反。

3、如权利1所述方法，其特征在于将角式天线装在微波暗室中。暗室的作用在于减少输粉管界面对微波的反射、散射作用，提高天线发射的微波能的有效利用率及将天线接收的各种信号失真性减至最小。

4、如权利1所述方法，其特征在于采用了来福波纹反射板。反射板的功能是对穿过煤粉流的微波起收集和反射作用，使煤粉对微波的衰减成倍增加，大大提高了浓度测量的精度。

5、如权利1所述方法，其特征在于天线接收的频差信号、衰减信号由微波双重桥路和相位、幅值倍增器进行检出比较，然后得出净频差和衰减信号。消除了温度和微波源不稳定性影响，提高了仪器的稳定性。

6、如权利1所述方法，其特征在于测量段所用的低损耗介质输粉管直径同工业应用的输粉管径一致，所以管道中不存在渐缩、渐扩引起的混合物中煤粉均匀性及阻力变化。