CN1087715A

CN1087715A - 放射线电离电容及电磁式气体流量计

Info

Publication number: CN1087715A
Application number: CN 92113694
Authority: CN
Inventors: 曲义坤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-12-03
Filing date: 1992-12-03
Publication date: 1994-06-08

Abstract

放射线电离电容及电磁式气体流量计，利用放射性粒子的电离特性，标记流经管道的气体分子，因而能够使在下游布置的电容或电磁式传感器测得气体的流速及流量。采用两个传感器的相关测量结构，可省去射线发射时刻定时系统，也能达到较高的测量精度。由于传感器的结构及信号的处理方法等措施，使该流量计既具有较强的抗干扰及污染能力，又具有较高的测量精度，可适用于煤气、化工气体、矿井通风等污染性较大的气体流量测量。

Description

本发明专利涉及一种气体流速/流量测量装置。

传统的孔板式及其它差压式气体流量计，由于对取压边缘的光滑性要求高而难于适用象煤气、化工气体等污染性较大的场合。新型的超声波流量计及电磁流量计等，更多地适用于液体，适用于气体的很少。较早地提出利用电离离子信号进行气体流速测量的是美国人G.L.Mellon。最近的涉及离子探测法测气体流速或流量的是芬兰人K.Janka发表的Ion Deflection Air Flow Meter with Constant Deflection，Rev.Sci.Instrum.，June，1984。由于他所采用的电离方法及结构形式的限制，精度有限，难于应用到现场实测中。

本发明的目的就是要提供几种利用放射线电离气体测量流速/流量的装置，它即能实现对一般气体的较精确测量，又能实现对煤气、化工气体等污染性较大气体的较精确测量。而且，经实测精度可达1-3%，是目前对气体流量测量所能达到的较高精度。

本发明的目的是这样实现的：应用放射性同位素使气体分子电离带有电性后，利用电容或电磁式传感器测定气体的流量。

采用电容式传感器测气体流量的流量计总体构成如图1所示。当风源①提供的气体经整流器②（如气体流动平稳可省去整流器）整流后通过管道时，由计算机中央运算控制处理系统（单片机、单板机或其它工业控制微机）发出脉冲，经光藕及功率放大后驱动步进电机④转动或摆动，带动调制盘上的孔与放射源孔⑤重合，这样放射线（α、β、γ或中子，一般可采用β射线）即可穿过流经的气体而使之电离。用霍尔效应片③或G-M管⑥记下电离时刻t1。当电离的离子团随气体一起漂到距离放射源为L的电容传感器⑦时，即可得到一个电信号。将该信号放大、滤波及AD转换处理后输入计算机，利用计算机软件寻峰定时，确定离子团到达传感器的时间t2，这样即可求得气体的流速υ为：

υ＝L/（t2-t1）

将流速υ乘以截面积A，即可得到瞬时体积流量，再乘以气体浓度，即可得到质量流量。利用G-M管（或光电倍增管），在确定射线发射时刻的同时，也可以测出气体的浓度。

为了有效地收集电离出的离子，传感器的偏压极及收集极采用平行于射线入射方向所在截面圆直径的结构型式布置，如图2所示，其中①为离子收集极，②为偏压极，③为离子团。也可采用使收集极通过射线入射方向所在截面圆直径的结构型式，如图3所示，其中①为离子收集极，②为偏压极，③为离子团。为了更为精确地测出气体沿截面园直径方向的流速分布，可将收集极划分为多个独立的小收集极，这样会有效地提高测量精度，参见图2及图3中的多个独立小收集极④。

放射线的种类不同，其电离性能及射程也不同。α的电离性能最强，但射程最短，仅适合于矿井通风等情况下气体的开式测量，即将整个测量装置放在巷道中;β射线的电离性能较强，射程较远，如果管道壁厚达几毫米以上，需要在管道上开铍窗，使射线穿过后仍有足够的强度才能测量。γ及中子的穿透能力很强，但电离能力差，适于气体压力较大，开窗及密封较困难的情况下使用。

利用相关原理，采用两个传感器，可以省去放射线发射时刻定时系统而测得气体的流速，其流速可按下式计算：

υ＝L12/（t2-t1）

（t2-t1）为离子团经过两个传感器的时间差，L12为两传感器的距离。为了使离子团经过第一个传感器后仍有足够的离子被第二传感器收集，可以采用邻近点（图4）及对称点（图5）相关的结构型式布置。图4及图5中①分别为第一传感器收集极，②为第一传感器偏压极，③为第二传感器收集极，④为第二传感器偏压极，⑤为可被第一传感器收集的局部离子团，⑥为可被第二传感器收集的局部离子团。

采用电磁式的传感器时，放射线可以大面积持续照射流经的气体使之具有导电性，这样在磁场的作用下，气体作为导体穿过磁场时会产生感生电动势，利用两个垂直于磁场方向的极板探测出感生电动势的大小即可测出气体的流速，因为感生电动势的大小是与流速υ成正比的（图6），这样即可将一般用于导电体流量测量的电磁流量计用于非导电体的气体流量测量。图6中①为放射源，②为极板。

Claims

1、一种流速/流量测量装置，用放射性粒子的电离特性，标记流经的气体分子，使得在下游布置的电容或电磁式传感器探测到所标记的气体分子(离子团)的到来，得出气体传播一段距离L所需时间△T，即可求得气体的流速/流量，其特征是：利用放射性粒子，α、β、γ或中子，照射流经的气体电离出足够数量的离子，使得在下游布置的电容或电磁式传感器探测到一定强度的信号。

2、根据权利要求1所述的流速/流量测量装置，其特征是：利用计算机控制步进电机带动有孔的调制盘转动或摆动使放射线照射流经的气体，采用霍尔效应元件确定放射线的发射时刻，即离子团的生成时刻。

3、根据权力要求1所述的流速/流量测量装置，其特征是：采用G-M管或光电增管确定放射线的发射时刻及测定气体的浓度。

4、根据权力要求1所述的流速/流量测量装置，其特征是：利用极板平行或垂直于放射线入射方向的电容或电磁式传感器探测标记气体（离子团）的到来。

5、根据权力要求1所述的流速/流量测量装置，其特征是：电容或电磁式传感器上离子探测极板采用独立的多个小收集极来确定气体的流速分布。

6、根据权力要求1所述的流速/流量测量装置，其特征是：离子团传播到电容或电磁式传感器的定时采用AD转换后软件或硬件寻峰来实现。

7、根据权力要求1所述的流速/流量测量装置，其特征是：采用两个相距L12布置的电容或电磁式传感器，利用相关原理测量气体的流速/流量，即用标记气体到达两个传感器的时间差△T12去除传播距离L12，得到流速。

8、根据权力要求1所述的流速/流量测量装置，其特征是：利用相关原理测量气体的流速/流量，对电容式传感器，可采用对称点或邻近点相关的收集极布置结构，以使在下游布置的传感器仍然能得到相当强度的信号。

9、根据权利要求1所述的流速/流量测量装置，其特征是：利用放射线使气体电离为电性流体后，穿过磁场时所产生的感生电动势来测量气体的流速或流量。