CN105628570A - 粉状物相浓度测量装置 - Google Patents

Abstract

提供一种粉状物相浓度测量装置，其包括：上筒体，呈贯通的桶形结构，具有使粉状物流入的上开口和粉状物流出的下开口，在内壁上设有一个以上检测传感器；下筒体，具有“U”字形截面的弯管结构，其主体部分与所述上筒体的下开口侧以规定角度倾连接；固定连接部，设于所述下筒体的、同所述上筒体连接部分的相反一端。根据该结构，能够准确地测量粉状物气输环境中的相浓度，以便根据测得的该相浓度进行介电常数校准。

Description

粉状物相浓度测量装置

技术领域

本发明涉及一种粉状物相浓度测量装置，具体地说，涉及一种能够准确地测量粉状物气输环境中的相浓度，以便根据测得的该相浓度进行介电常数校准的粉状物相浓度测量装置，以及可在该粉状物相浓度测量装置中使用的电容传感器。

背景技术

气力输送技术，又称气流输送，其利用气流的能量，在密闭管道内沿气流方向输送颗粒状物料。目前，气力输送粉体广泛应用于化工、发电和冶金等工业生产之中。例如在高炉炼铁气力输送煤粉喷吹中，煤粉由压缩空气携带，经过输煤总管、分配器及喷吹支管向高炉喷吹煤粉，在风口前气化燃烧是现代高炉采取的一项重大技术革命。它可以大幅度降低焦炭资源消耗，减轻环境污染，降低生铁成本，改善炉况，提高经济效益，对现代高炉冶炼具有重要的战略意义。

气力输送煤粉是典型的气固两相流。煤粉气固两相流与其他多相流动系统一样，各相间存在界面效应和相对速度，相界面在时间和空间上都是随机可变的，致使其流动特性以及检测方法远比单相流动系统复杂。

电容传感机理是目前工业中两相流相浓度普遍采用的方法。介质介电常数的变化及检测场内流型的变化对传感器输出有着一定的影响，通过减小电容传感器的均匀性误差，可以在一定程度上消除流型变化对输出电容值的影响，但无法消除介质介电常数变化的作用。工业现场难以实现对于固相介电常数的在线测量，现有的电容式固相体积浓度测量中，以固相介质介电常数值不变作为前提，通过测量电容传感器的输出值变化得到固相体积浓度的变化。

然而，在实际工业过程中，由于固相介质原材料配比，如电力发电厂燃煤锅炉燃烧的混合煤粉及冶金高炉喷吹的混和煤粉，由于煤种配比不同会引起固相介质的介电常数发生变化。此外，温度及湿度等方面的影响，也使固相介电常数值并非定值。在实际测量煤粉等粉状物的固相体积浓度等流动参数过程量中，经常出现将固相介电常数值变化引起的电容传感器输出值变化认定为是由固相体积浓度变化引起的，进而引起较大的测量误差。因此，需要一种能够随时测量出气力输送管路中的粉状物相浓度，以便根据该测得的相浓度进行介电常数校准的粉状物相浓度测量装置。

发明内容

本发明提供了一种粉状物相浓度测量装置，其能够准确地测量出粉状物输送环境中的粉状物相浓度。

另外，本发明还提供一种在该粉状物相浓度测量装置中使用的电容传感器，该电容传感器可准确地测量粉状物输送环境中的粉状物相浓度。

本发明提供的一种粉状物相浓度测量装置，其包括：上筒体，呈贯通的桶形结构，具有使粉状物流入的上开口和粉状物流出的下开口，在内壁上设有一个以上检测传感器；下筒体，具有“U”字形截面的弯管结构，其主体部分与所述上筒体的下开口侧以规定角度倾连接；固定连接部，设于所述下筒体的、同所述上筒体连接部分的相反一端。

此外，本发明提供的一种电容传感器，其具备相互对置的源极板和检测极板及边缘保护极板，所述源极板的长度大于所述检测极板，所述边缘保护极板隔着规定间距设于所述检测基板的两侧。

根据如上所述的本发明，能够准确地测量出粉状物输送环境中的粉状物相浓度，此外，采用环氧树脂密封、隔离传感器信号线缆，有效防止短路，该装置易于安装，牢固耐用，安全可靠、粉体流动顺畅；结构简单，成本低廉；响应速度快，实时性好。

附图说明

通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。

图1是表示本发明涉及的粉状物相浓度测量装置的具体结构的剖视图。

图2是表示本发明涉及的粉状物相浓度测量装置中的下筒体结构的、沿图1的A-A线剖切的剖面图。

图3是表示本发明涉及的粉状物相浓度测量装置的另一结构例的剖视图。

图4是表示本发明涉及的粉状物相浓度测量装置的实际使用状态的示意图。

图5是表示包含三个电容传感器的粉状物相浓度测量装置的结构示意图。

图6是表示电容传感器的一个结构例的示意图。

图7是表示电容传感器的另一个结构例的示意图。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明所述的一种粉状体相浓度检测装置的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。

图1是表示本发明涉及的粉状物相浓度测量装置的具体结构的剖视图。如图1所示，该粉状物相浓度测量装置包括上筒体1、下筒体4和固定连接部6。

其中，上筒体1呈贯通的桶形结构，具有使粉状物流入的上开口和粉状物流出的下开口，在所述上筒体1的内壁上设有检测该上筒体1内的环境参数的一个以上检测传感器。此外，在上筒体1的内侧还可以隔着规定间隔设置与该上筒体1同心的绝缘管2，该绝缘管2采用耐磨损、各向均匀性好、耐压的材料，例如可以选用PE管陶瓷管等。可以在该上筒体1与该绝缘管2之间设置所述检测传感器。再者，可以在上筒体1与绝缘管2之间灌入例如环氧树脂材料，既可以使上筒体1、绝缘管2和检测传感器结合为一体，又能有效阻隔检测电极和上筒体1内的粉状物接触。

为了保证粉体在所述上筒体1内流动通畅、不发生堵塞，将上筒体1的内径与高度之比优选设置成大于0.5。

如图1及图2所示，下筒体4为具有“U”字形截面的弯管结构，其主体部分与所述上筒体1的下开口侧以规定角度倾斜连接。该下筒体4的弯管结构中，其弯曲部朝上，这样使自上而下流动的粉状物可以顺着弯曲部滑落，不会产生堵塞、堆积现象。

此外，在所述上筒体1和所述下筒体4的内壁上，沿着轴向设有密封的保护套管5，与所述传感器连接的线缆均内置于所述保护套管5内。该保护套管5的一端可位于所述上筒体1与绝缘管2之间，以使自检测传感器伸出的线缆穿过其中，该保护套管5的另一端可以延伸到所述固定连接部6。此外，为了保证保护套管5内的线缆和流入该上筒体1内的粉状物完全绝缘，在所述保护套管5内填充例如环氧树脂等绝缘灌封材料进行封闭，这样，防止传感器的信号线缆与粉体接触，保证传感器信号线密封、隔离。由于环氧树脂灌封，即使传感器断裂，信号线间也不会发生短路。

固定连接部6设于所述下筒体4的、同所述上筒体1连接部分的相反一端，其用于将粉状物相浓度测量装置固定连接在内部收容流动粉状物的容器或输送管道中。并且，在该固定连接部6可以设有使螺栓等穿过的通孔7。图4示出了通过固定连接部6固定粉状物相浓度测量装置的使用状态。

根据上述结构，上筒体和下筒体的连接稳固、结构合理、耐磨，粉体流动通畅，并且，由于采用非侵入式测量，不影响流场。此外，由于使用环氧树脂灌封线缆和检测传感器，保证了电路和粉状物的绝对绝缘，无短路风险。

图3是表示本发明涉及的粉状物相浓度测量装置的另一结构例的剖视图。如图3所示，在该可选实施例中，为了使上筒体1和下筒体4连接稳固，上筒体1的下端面和下筒体4的上端面通过圆环构件8连接，该圆环构件8的内径和上筒体1内的绝缘管2的内径相同，该圆环构件8的外径略大于上筒体1的外径。并且，圆环构件8的上表面具备沿周边向上突起的壁部，该壁部的内侧和上筒体1的外圆周面可以贴合连接，上筒体1的下圆周端面和圆环构件8的上表面同心地固定连接，下筒体4的上圆周端面和圆环构件8的下表面同心地固定连接。通过该圆环结构，使得上筒体和下筒体连接更牢靠。

此外，还可以在下筒体4和固定连接部6的连接部分、以及下筒体4的弯曲处设置加强筋9。该加强筋9加强各部件之间的连接关系，并且沿粉状物的流动方向直立设置，从而在粉状物自上而下流动的过程中，不会阻挡粉状物的流动，不会造成粉状物的堆积。

图5是表示包含三个电容传感器的粉状物相浓度测量装置的结构示意图。如图5所示，在本发明的粉状物相浓度测量装置的上筒体1的内壁上，沿着上下方向依次设置了三个检测传感器，分别为第一传感器21、第二传感器22、第三传感器23。在此，根据位于上方的第一传感器21和位于下方的第三传感器23的检测结果，可以判断在上筒体1内是否充满了作为检测对象的粉状物。位于中间的第二传感器22用于精确地测量该第二传感器22的源电极与检测电极之间的粉状物的相浓度。

在此，进一步详细说明该三个检测传感器的工作过程。即，根据第一传感器21和位于下方的第三传感器23的检测，可以判断出在上筒体1内没有粉状物的状态、完全充满粉状物的状态。同时，在上筒体1内没有粉状物和完全充满粉状物时取得的第二传感器22的相浓度检测值，作为介电常数校正值输出，可进行介电常数的补偿。

在此，由于第一传感器21、第三传感器23仅用于检测粉状物的填充状态，可以使用通常的电容传感器，第二传感器22需要精确测量粉状物的相浓度，所以需要高精度的电容传感器。在一个实际应用例中，第一传感器21、第三传感器23采用了图6所示的通常的平行极板电容传感器，两者的尺寸相对较小，第二传感器22则采用了图7所示的改进的平行极板电容传感器，且尺寸相对较大。

下面，参照图6和图7说明在本发明的粉状物相浓度测量装置中使用的检测传感器的具体结构。

图6是传统结构的电容传感器，如图6所示，该电容传感器具备相互对置的检测极板47、源极板44和边缘保护极板42、45、46、48，所述检测极板47的长度等于所述源极板44的长度，在所述检测极板47的两侧隔着规定间距设有边缘保护极板46、48，在所述源极板44的两侧隔着规定间距设有边缘保护极板42、45。该电容传感器中，在源极板44与检测极板47之间形成检测静电场。

与此相比，图7是表示本发明涉及的电容传感器的具体结构的示意图。如图7所示，该电容传感器具备相互对置的检测极板55、源极板53和边缘保护极板54、56，所述检测极板55的长度小于源极板53的长度，在所述检测极板55的两侧隔着规定间距设有边缘保护极板54、56。该电容传感器中，在源极板53与检测极板55之间形成检测静电场。在此，优选的结构是，检测极板55和边缘保护极板54、56的沿轴向的总设置长度，与所述源电极53的长度相同。根据这种结构，由于只源电极的两侧不设置边缘保护电极，不仅能够减小传感器的结构尺寸，而且使电容传感器的电力线分布更为均匀，减少传感器的测量均匀性误差。

综上所述，通过本发明的粉状物相浓度测量装置以及电容传感器，结构紧凑，避免了电线缆与粉状物的接触，而且能够准确地测量装置内的粉状物环境的介电常数校准值。

以上所述仅为本发明的优选实施例，不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种粉状物相浓度测量装置，其特征在于，包括：

上筒体，呈贯通的桶形结构，具有使粉状物流入的上开口和粉状物流出的下开口，在内壁上设有一个以上检测传感器；

下筒体，具有“U”字形截面的弯管结构，其主体部分与所述上筒体的下开口侧以规定角度倾连接；

固定连接部，设于所述下筒体的、同所述上筒体连接部分的相反一端。

2.根据权利要求1所述的粉状物相浓度测量装置，其特征在于，在所述上筒体和所述下筒体的内壁上，沿着轴向设有设有密封的保护套管，与所述传感器连接的线缆均内置于所述保护套管内。

3.根据权利要求1所述的粉状物相浓度测量装置，其特征在于，所述上筒体的内径为高度的比值大于0.5。

4.根据权利要求1所述的粉状物相浓度测量装置，其特征在于，

所述一个以上检测传感器包括沿所述上筒体的轴向依次设置的第一电容传感器、第二电容传感器和第三电容传感器，所述第一电容传感器和第三电容传感器用于检测所述上筒体中的粉状物的填充状态，所述第二电容传感器用于测量所述上筒体内的粉状物的相浓度。

5.根据权利要求4所述的粉状物相浓度测量装置，其特征在于，

根据所述第一电容传感器和第三电容传感器的检测结果，判断为所述上筒体内没有粉状物以及完全充满粉状物时，所述第二电容传感器测量所述上筒体内的粉状物的相浓度并输出。

6.根据权利要求4所述的粉状物相浓度测量装置，其特征在于，

所述第二电容传感器是电容传感器，具备相互对置的检测极板和源极板，所述检测极板的长度小于所述源极板，在所述检测基板的两侧隔着规定间距分别设有边缘保护极板，而且，所述检测极板及两个边缘保护极板的沿轴向设置长度和所述源极板的轴向长度相等。

7.根据权利要求2所述的粉状物相浓度测量装置，其特征在于，所述保护套管内部用绝缘灌封材料封闭。

8.一种电容传感器，其特征在于，

具备相互对置的源极板和检测极板及边缘保护极板，所述源极板的长度大于所述检测极板，所述边缘保护极板隔着规定间距设于所述检测基板的两侧。

9.根据权利要求8所述的电容传感器，其特征在于，

所述检测极板及两个边缘保护极板的沿轴向设置长度和所述源极板的轴向长度相等。