CN219590340U - 气固多相流多参数测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种气固多相流多参数测量装置，包括气固多相流多参数检测组件、光电信号激励模块、光电信号调理模块、静电信号调理模块、流速和浓度综合估算模块、信号特征提取模块和互相关计算模块，气固多相流多参数检测组件包括管道件、弧形静电检测阵列和光电激励检测阵列。本实用新型通过多组弧形静电检测阵列和光电激励检测阵列能计算得到整个流化床运输管道气固多相流速均值和浓度均值的估算值，与运输管道内的实际数值最大化的估算精准。

Description

气固多相流多参数测量装置

技术领域

本实用新型属于气固多相流检测领域，具体来说，涉及气固多相流多参数测量装置。

背景技术

气固多相流广泛存在于气力输送管道、固料流化床和尾气排放等重要工业生产过程当中。固相粉体在流动气体驱动下的运动情况对于优化生产工艺、提高生产效率和保证安全生产具有重要的意义。基于应力和节流方式的传统单相流体测量方法并不适用于工业气固两相或者多相流的测量。电容、光学、放射线、热传导、数字成像和声学技术容易受到固相粉体性质和环境条件的影响，因而很难在工况多变的工业生产中长期可靠的使用。

在专利号为CN201620247055.7中国实用新型专利中，公开了一种基于静电和光电传感器的流化床混合颗粒检测装置，由弧形静电检测阵列、光电激励检测阵列、光电信号激励模块、光电信号调理模块、静电信号调理模块、信号特征提取模块和互相关计算模块组成；实现流化床内混合颗粒的流速和浓度分布等多参数的实时检测。

现有专利中的缺陷在于，虽然实现了流化床内混合颗粒的流速和浓度分布等多参数的实时检测，但缺乏对整个流化床内或者运输管道内混合颗粒平均流速和混合颗粒所占比例的综合估算值的计算，不利于对整个工况定期效率的综合调整。

发明内容

针对现有技术中缺乏对整个流化床内或者运输管道内混合颗粒平均流速和混合颗粒所占比例的综合估算值计算的问题，本实用新型提供了一种气固多相流多参数测量装置。

为实现上述技术目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种气固多相流多参数测量装置，包括气固多相流多参数检测组件、光电信号激励模块、光电信号调理模块、静电信号调理模块、流速和浓度综合估算模块、信号特征提取模块和互相关计算模块，气固多相流多参数检测组件包括管道件、弧形静电检测阵列和光电激励检测阵列；

一个管道件上至少安装有三组弧形静电检测阵列和光电激励检测阵列，三组弧形静电检测阵列和光电激励检测阵列分别安装在管道件上端、中部和下端；

管道件上端/下端的弧形静电检测阵列和光电激励检测阵列用于检测数据和验证数据，上端、中部和下端用于综合计算速度和浓度的估算值；

弧形静电检测阵列通过静电信号调理模块与互相关计算模块连接，对气固多相流多参数速度分布检测；光电激励检测阵列与光电信号激励模块和光电信号调理模块连接，光电信号调理模块和信号特征提取模块连接，对气固多相流多参数浓度分布检测；

流速和浓度综合估算模块用于根据三组弧形静电检测阵列和光电激励检测阵列检测和计算得到的流化床或者运输管道内流速分布、浓度分布，再次估算整个流化床内的气固流速和浓度。

进一步地，弧形静电检测阵列设置在光电激励检测阵列上方或者下方。防止两种不同检测信号的电磁干扰，导致检测数据产生偏差。

进一步地，光电激励检测阵列由红外光束发射二极管和红外光束接收二极管成对组成，并对称设置在管道件上；红外光束发射二极管和光电信号激励模块连接，红外光束接收二极管与光电信号调理模块和信号特征提取模块连接。

进一步地，所述弧形静电检测阵列由多组金属电极构成，每组包含多个电极，多个电极沿着轴向相隔一定距离相互平行地阵列式分布在管道件上。所述弧形静电检测阵列中电极的数目和布置根据检测精度要求和管道尺寸相应调整，电极的数目越多越密集，检测的数据就越多，加权平均数数值越精准；反之检测的数值精准度较差；但多组弧形静电检测阵列分别设置在管道件的多个位置处，可以弥补检测的数值精准度较差的缺陷。

进一步地，光电信号激励模块生成红外光束发射二极管的激励信号，并对管道件上不同检测层的红外光束发射二极管的激励顺序进行控制，顺序方向根据流化床内气固具体流向的方向一致。

进一步地，光电信号调理模块和静电信号调理模块将微弱的光电和静电信号进行转换、滤波和放大，以便对信号进行采集和处理。

进一步地，气固多相流多参数检测组件还包括固定件，所述固定件为紧固螺栓，紧固螺栓设置在管道件上，紧固螺栓分别安装在每组弧形静电检测阵列和光电激励检测阵列之间，管道件通过紧固螺栓固定在流化床或者运输管道外侧。

进一步地，气固多相流多参数测量方法，包括步骤：

S1、首先通过气固流向传感器检测流化床或者运输管道内流向方向；

S2、根据气固流向流经的第一组弧形静电检测阵列和光电激励检测阵列分别计算流化床中混合颗粒的流速和浓度数值；

S3、通过气固流向流经的第三组的流速和浓度数值验证第一组计算得到的流化床中混合颗粒的流速和浓度数值的差值是否在预设的最大偏差值以内，若在最大偏差值以内则进入步骤S4，若不在最大偏差值以内则清空流速和浓度数值数据，返回步骤S2中；

S4、结合第二组弧形静电检测阵列和光电激励检测阵列分别计算流化床中混合颗粒的流速和浓度数值，计算三组混合颗粒的流速和浓度数值的流速平均值和浓度平均值，作为整个流化床运输管道气固多相流速均值和浓度均值。

本实用新型相比现有技术，具有如下有益效果：

通过多组弧形静电检测阵列和光电激励检测阵列能计算得到整个流化床运输管道气固多相流速均值和浓度均值的估算值，与运输管道内的实际数值最大化的估算精准。便于工程师粗略估算整个流化床内气固物质的运输周期是否符合预算时间。

附图说明

图1为本实用新型一种气固多相流多参数测量装置的整体结构框图；

图2为本实用新型气固多相流多参数检测组件部分结构示意图；

图3为本实用新型光电激励检测阵列的横截面结构示意图；

图4为本实用新型气固多相流多参数测量方法的流程图。

图中标记说明：2-光电信号激励模块，3-光电信号调理模块，4-静电信号调理模块，5-流速和浓度综合估算模块，6-信号特征提取模块，7-互相关计算模块，11-管道件，12-弧形静电检测阵列，13-光电激励检测阵列，131-红外光束发射二极管，132-红外光束接收二极管，14-紧固螺栓。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本实用新型作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。

如图1、2和3所示，一种气固多相流多参数测量装置，包括气固多相流多参数检测组件、光电信号激励模块2、光电信号调理模块3、静电信号调理模块4、流速和浓度综合估算模块5、信号特征提取模块6和互相关计算模块7，气固多相流多参数检测组件包括管道件11、弧形静电检测阵列12和光电激励检测阵列13。

一个管道件11上至少安装有三组弧形静电检测阵列12和光电激励检测阵列13，三组弧形静电检测阵列12和光电激励检测阵列13分别安装在管道件11上端、中部和下端；通过管道件11的设置能便于整个气固多相流多参数检测组件在运输管道上的安装和固定。

管道件11上端/下端的弧形静电检测阵列12和光电激励检测阵列13用于检测数据和验证数据，上端、中部和下端用于综合计算速度和浓度的估算值。

弧形静电检测阵列12通过静电信号调理模块4与互相关计算模块7连接，对气固多相流多参数速度分布检测；光电激励检测阵列13与光电信号激励模块2和光电信号调理模块3连接，光电信号调理模块3和信号特征提取模块6连接，对气固多相流多参数浓度分布检测。

流速和浓度综合估算模块5用于根据三组弧形静电检测阵列12和光电激励检测阵列13检测和计算得到的流化床或者运输管道内流速分布、浓度分布，再次估算整个流化床内的气固流速和浓度。

弧形静电检测阵列12设置在光电激励检测阵列13上方或者下方。防止两种不同检测信号的电磁干扰，导致检测数据产生偏差。检测数据产生偏差的原因主要是流化床中气固颗粒流速没有达到一个稳定值，其检测数值偏差较大。

光电激励检测阵列13由红外光束发射二极管131和红外光束接收二极管132成对组成，并对称设置在管道件11上；红外光束发射二极管131和光电信号激励模块2连接，红外光束接收二极管132与光电信号调理模块3和信号特征提取模块6连接。根据Bear-Lambert定律，光线通过测量区域时的衰减特性与颗粒浓度和颗粒的物性相关；检测时，通过信号特征提取模块6对多个不同红外光束发射二极管131通过测量区域后红外光束接收二极管132接收到的衰减信息，得出流化床中混合颗粒的浓度分布情况。

弧形静电检测阵列12由多组金属电极构成，每组包含多个电极，多个电极沿着轴向相隔一定距离相互平行地阵列式分布在管道件11上。所述弧形静电检测阵列12中电极的数目和布置根据检测精度要求和管道尺寸相应调整，电极的数目越多越密集，检测的数据就越多，加权平均数数值越精准；反之检测的数值精准度较差；但多组弧形静电检测阵列12分别设置在管道件11的多个位置处，可以弥补检测的数值精准度较差的缺陷。

光电信号激励模块2生成红外光束发射二极管131的激励信号，并对管道件11上不同检测层的红外光束发射二极管131的激励顺序进行控制，顺序方向根据流化床内气固具体流向的方向一致，流向靠前一组光电激励检测阵列13先激励。

光电信号调理模块3和静电信号调理模块4将微弱的光电和静电信号进行转换、滤波和放大，以便对信号进行采集和处理。

气固多相流多参数检测组件还包括固定件，所述固定件为紧固螺栓14，紧固螺栓14设置在管道件11上，紧固螺栓14分别安装在每组弧形静电检测阵列12和光电激励检测阵列13之间，管道件11通过紧固螺栓14固定在流化床或者运输管道外侧。

如图4所示，气固多相流多参数测量方法，包括步骤：

S1、首先通过气固流向传感器检测流化床或者运输管道内流向方向；

S2、根据气固流向流经的第一组弧形静电检测阵列12和光电激励检测阵列13分别计算流化床中混合颗粒的流速和浓度数值；

S3、通过气固流向流经的第三组的流速和浓度数值验证第一组计算得到的流化床中混合颗粒的流速和浓度数值的差值是否在预设的最大偏差值以内，若在最大偏差值以内则进入步骤S4，若不在最大偏差值以内则清空流速和浓度数值数据，返回步骤S2中；

S4、结合第二组弧形静电检测阵列12和光电激励检测阵列13分别计算流化床中混合颗粒的流速和浓度数值，计算三组混合颗粒的流速和浓度数值的流速平均值和浓度平均值，作为整个流化床运输管道气固多相流速均值和浓度均值。

以上对本申请提供的气固多相流多参数测量装置进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本申请的结构及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种气固多相流多参数测量装置，其特征在于，包括气固多相流多参数检测组件、光电信号激励模块(2)、光电信号调理模块(3)、静电信号调理模块(4)、流速和浓度综合估算模块(5)、信号特征提取模块(6)和互相关计算模块(7)，气固多相流多参数检测组件包括管道件(11)、弧形静电检测阵列(12)和光电激励检测阵列(13)；

一个管道件(11)上至少安装有三组弧形静电检测阵列(12)和光电激励检测阵列(13)，三组弧形静电检测阵列(12)和光电激励检测阵列(13)分别安装在管道件(11)上端、中部和下端；

管道件(11)上端/下端的弧形静电检测阵列(12)和光电激励检测阵列(13)用于检测数据和验证数据，上端、中部和下端用于综合计算速度和浓度的估算值；

弧形静电检测阵列(12)通过静电信号调理模块(4)与互相关计算模块(7)连接，对气固多相流多参数速度分布检测；光电激励检测阵列(13)与光电信号激励模块(2)和光电信号调理模块(3)连接，光电信号调理模块(3)和信号特征提取模块(6)连接，对气固多相流多参数浓度分布检测；

流速和浓度综合估算模块(5)用于根据三组弧形静电检测阵列(12)和光电激励检测阵列(13)检测和计算得到的流化床或者运输管道内流速分布、浓度分布，再次估算整个流化床内的气固流速和浓度。

2.根据权利要求1所述的一种气固多相流多参数测量装置，其特征在于，弧形静电检测阵列(12)设置在光电激励检测阵列(13)上方或者下方。

3.根据权利要求2所述的一种气固多相流多参数测量装置，其特征在于，光电激励检测阵列(13)由红外光束发射二极管(131)和红外光束接收二极管(132)成对组成，并对称设置在管道件(11)上；红外光束发射二极管(131)和光电信号激励模块(2)连接，红外光束接收二极管(132)与光电信号调理模块(3)和信号特征提取模块(6)连接。

4.根据权利要求3所述的一种气固多相流多参数测量装置，其特征在于，所述弧形静电检测阵列(12)由多组金属电极构成，每组包含多个电极，多个电极沿着轴向相隔一定距离相互平行地阵列式分布在管道件(11)上。

5.根据权利要求4所述的一种气固多相流多参数测量装置，其特征在于，光电信号激励模块(2)生成红外光束发射二极管(131)的激励信号，并对管道件(11)上不同检测层的红外光束发射二极管(131)的激励顺序进行控制，顺序方向根据流化床内气固具体流向的方向一致。

6.根据权利要求5所述的一种气固多相流多参数测量装置，其特征在于，光电信号调理模块(3)和静电信号调理模块(4)将微弱的光电和静电信号进行转换、滤波和放大，以便对信号进行采集和处理。

7.根据权利要求6所述的一种气固多相流多参数测量装置，其特征在于，气固多相流多参数检测组件还包括固定件，所述固定件为紧固螺栓(14)，紧固螺栓(14)设置在管道件(11)上，紧固螺栓(14)分别安装在每组弧形静电检测阵列(12)和光电激励检测阵列(13)之间，管道件(11)通过紧固螺栓(14)固定在流化床或者运输管道外侧。