CN208224373U - 静电耦合电容双模复用阵列传感器及气力输送两相流颗粒荷电分布测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于气固两相流流动检测技术领域，具体涉及静电耦合电容双模复用阵列传感器，包括16个静电‑电容双模复用弧状检测电极和8个电容激励电极；16个静电‑电容双模复用弧状检测电极分为上下游两组，每组8个均匀轴向布置在传感器管道上，上游电极与下游电极相对设置构成双阵列结构；8个电容激励电极均匀轴向布置在传感器管道上，电容激励电极与静电‑电容双模复用弧状检测电极间隔设置。本实用新型还公开了一种气力输送两相流颗粒荷电分布测量装置。根据本实用新型可实时有效测量出气力输送两相流颗粒荷电分布。

Description

静电耦合电容双模复用阵列传感器及气力输送两相流颗粒荷 电分布测量装置

技术领域

本实用新型属于气固两相流流动检测技术领域，具体涉及一种静电耦合电容双模复用阵列传感器及气力输送两相流颗粒荷电分布测量装置。

背景技术

气力输送系统广泛应用于电力、化工、制药、冶金等领域。在气力输送过程中，颗粒荷电现象普遍存在。实现颗粒荷电的实时准确测量可有效防止气力输送过程中各种类型的静电放电以及由此引发的火灾和爆炸等事故。对气力输送两相流颗粒荷电检测方法及技术的研究具有重要的科学意义和工业应用价值。

目前，气固两相流颗粒荷电测量方法主要有两种，即法拉第筒法和静电探头法。法拉第筒法在气力输送系统颗粒荷电测量时反应出两个明显的缺点，第一，法拉第筒的测量结果是取样颗粒电荷中和后的结果，即为管内颗粒的整体带电量；第二，法拉第筒法目前无法实现气固两相流颗粒荷电量的在线测量。而在工程实际应用以及颗粒荷电与两相流动的相互作用机理研究中，往往需要实时了解颗粒荷电信息。此时，利用静电探头在线检测管内颗粒荷电成为首选。随着静电检测技术的进一步发展，人们开始尝试将静电探头法与层析成像技术相结合，反演气固两相流的颗粒电荷截面分布，这就是静电层析成像（ElectroStatic Tomography, EST）技术。尽管EST技术已有二十多年的发展历史，但它在实际应用中未获得实质性进展，主要有两方面的原因：一是EST采用被动式静电传感器，传感机制单一，获取的有效信息较少，导致电荷分布测量分辨率较低、反演精度不高；二是EST传感器探头上的感应电荷不仅取决于传感器内荷电颗粒的带电量，还取决于荷电颗粒的空间位置以及颗粒的速度和浓度，是这些因素综合效应后的结果（这里假设管道材料、颗粒成份及输送环境等外部可控条件保持恒定），若不考虑管内荷电颗粒的这些流动信息，很难从EST探头上的感应电荷中提取出能直接表征颗粒真实荷电量的信息。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述气力输送两相流颗粒荷电检测技术存在的缺点，提供一种静电耦合电容双模复用阵列传感器及测量装置，本实用新型提出的颗粒荷电分布测量装置可实时有效测量出气力输送两相流颗粒荷电分布。

本实用新型的第一个目的是提供一种静电耦合电容双模复用阵列传感器，包括16个静电-电容双模复用弧状检测电极和8个电容激励电极；16个静电-电容双模复用弧状检测电极分别为S₁₁，S₁₂，S₁₃，S₁₄，S₁₅，S₁₆，S₁₇，S₁₈；S₂₁，S₂₂，S₂₃，S₂₄，S₂₅，S₂₆，S₂₇，S₂₈； S₁₁，S₁₂，S₁₃，S₁₄，S₁₅，S₁₆，S₁₇，S₁₈组成上游检测电极组，S₂₁，S₂₂，S₂₃，S₂₄，S₂₅，S₂₆，S₂₇，S₂₈组成下游检测电极组，每组8个静电-电容双模复用弧状检测电极均匀周向布置在传感器管道上，单个静电-电容双模复用弧状检测电极轴向设置，上游检测电极组的8个检测电极与下游检测电极组的8个检测电极一一相对设置构成双阵列结构；

所述8个电容激励电极为E₁，E₂，E₃，E₄，E₅，E₆，E₇，E₈；单个电容激励电极轴向设置，8个电容激励电极均匀周向布置在传感器管道上，电容激励电极与静电-电容双模复用弧状检测电极间隔设置。

优选的，所述静电-电容双模复用弧状检测电极的长度小于电容激励电极长度的一半，静电-电容双模复用弧状检测电极的宽度大于电容激励电极的宽度。

本实用新型的第二个目的是提供一种基于静电耦合电容双模复用阵列传感器的气力输送两相流颗粒荷电分布测量装置，主要包括上述静电耦合电容双模复用传感器、静电与电容信号分离与采集模块、浓度分布测量模块、速度分布测量模块以及成像计算机，静电耦合电容双模复用传感器与静电与电容信号分离与采集模块相连接，静电与电容信号分离与采集模块分别与浓度分布测量模块、速度分布测量模块以及成像计算机相连接，浓度分布测量模块、速度分布测量模块分别与成像计算机相连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

第一，本实用新型在气力输送两相流颗粒荷电分布测量过程中，首先利用静电耦合电容双模复用阵列传感器获得同一区域内颗粒的介质浓度分布和速度分布，有效解决了目前静电与电容融合测量传感器敏感区域不一致性问题。然后利用测得的颗粒介质浓度分布和速度分布作为先验信息实时更新传感器电极的动态空间电荷灵敏度。之后将传感器输出的感应电荷作为投影数据，结合其动态空间电荷灵敏度，反演出气力输送两相流颗粒荷电分布。因此，利用该方法进行颗粒荷电测量时充分考虑了管内荷电颗粒的空间位置以及颗粒的速度和浓度信息，有效突破了目前EST技术测量颗粒荷电分布的技术瓶颈。

第二，根据本实用新型提出的颗粒荷电分布测量装置可实时有效测量出气力输送两相流颗粒荷电分布。该实用新型将为探究气固两相流基本流动特性、监控工业生产过程以及预防静电危害提供基础测量方法和手段。

附图说明

图1是本实用新型静电耦合电容双模复用阵列传感器的结构示意图（传感器三维状态）；

图2是本实用新型静电耦合电容双模复用阵列传感器的结构示意图（传感器电极展开状态）；

图3是本实用新型基于静电耦合电容双模复用阵列传感器的气力输送两相流颗粒荷电分布测量装置的结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，静电耦合电容双模复用阵列传感器，包括16个静电-电容双模复用弧状检测电极和8个电容激励电极。

16个静电-电容双模复用弧状检测电极分别为S₁₁，S₁₂，S₁₃，S₁₄，S₁₅，S₁₆，S₁₇，S₁₈；S₂₁，S₂₂，S₂₃，S₂₄，S₂₅，S₂₆，S₂₇，S₂₈。S₁₁，S₁₂，S₁₃，S₁₄，S₁₅，S₁₆，S₁₇，S₁₈组成上游检测电极组，S₂₁，S₂₂，S₂₃，S₂₄，S₂₅，S₂₆，S₂₇，S₂₈组成下游检测电极组，每组8个静电-电容双模复用弧状检测电极均匀周向布置在传感器管道上，单个静电-电容双模复用弧状检测电极轴向设置，上游检测电极组的8个检测电极与下游检测电极组的8个检测电极一一相对设置构成双阵列结构。

8个电容激励电极为E₁，E₂，E₃，E₄，E₅，E₆，E₇，E₈；单个电容激励电极轴向设置，8个电容激励电极均匀周向布置在传感器管道上，电容激励电极与静电-电容双模复用弧状检测电极间隔设置。

静电-电容双模复用弧状检测电极的长度小于电容激励电极长度的一半，静电-电容双模复用弧状检测电极的宽度大于电容激励电极的宽度。

如图3所示，基于静电耦合电容双模复用阵列传感器的气力输送两相流颗粒荷电分布测量装置，主要包括上述静电耦合电容双模复用传感器1、静电与电容信号分离与采集模块2、浓度分布测量模块3、速度分布测量模块4以及成像计算机5。

静电耦合电容双模复用传感器1与静电与电容信号分离与采集模块2相连接，静电与电容信号分离与采集模块2分别与浓度分布测量模块3、速度分布测量模块4以及成像计算机5相连接，浓度分布测量模块3、速度分布测量模块4分别与成像计算机5相连接。

Claims (3)

1.静电耦合电容双模复用阵列传感器，其特征是，所述传感器包括16个静电-电容双模复用弧状检测电极和8个电容激励电极；16个静电-电容双模复用弧状检测电极分别为S₁₁，S₁₂，S₁₃，S₁₄，S₁₅，S₁₆，S₁₇，S₁₈，S₂₁，S₂₂，S₂₃，S₂₄，S₂₅，S₂₆，S₂₇，S₂₈； S₁₁，S₁₂，S₁₃，S₁₄，S₁₅，S₁₆，S₁₇，S₁₈组成上游检测电极组，S₂₁，S₂₂，S₂₃，S₂₄，S₂₅，S₂₆，S₂₇，S₂₈组成下游检测电极组，每组8个静电-电容双模复用弧状检测电极均匀周向布置在传感器管道上，单个静电-电容双模复用弧状检测电极轴向设置，上游检测电极组的8个检测电极与下游检测电极组的8个检测电极一一相对设置构成双阵列结构；

所述8个电容激励电极为E₁，E₂，E₃，E₄，E₅，E₆，E₇，E₈；单个电容激励电极轴向设置，8个电容激励电极均匀周向布置在传感器管道上，电容激励电极与静电-电容双模复用弧状检测电极间隔设置。

2.根据权利要求1所述的静电耦合电容双模复用阵列传感器，其特征是，所述静电-电容双模复用弧状检测电极的长度小于电容激励电极长度的一半，静电-电容双模复用弧状检测电极的宽度大于电容激励电极的宽度。

3.气力输送两相流颗粒荷电分布测量装置，其特征是，所述测量装置包括权利要求1或2所述的静电耦合电容双模复用阵列传感器、静电与电容信号分离与采集模块、浓度分布测量模块、速度分布测量模块以及成像计算机；静电耦合电容双模复用阵列传感器与静电与电容信号分离与采集模块相连接，静电与电容信号分离与采集模块分别与浓度分布测量模块、速度分布测量模块以及成像计算机相连接，浓度分布测量模块、速度分布测量模块分别与成像计算机相连接。