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一種便攜式粉體流動速度濃度及其分布在線測量裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了屬于氣固兩相流在線測量技術范圍的一種便攜式粉體流動速度濃度及其分布在線測量裝置。該裝置由靜電感應探桿和手持式儀表盒所構成，靜電感應探桿上具有金屬電極陣列，并通過氣固兩相流管壁上的取樣孔插入到顆粒流場中，實現對顆粒電荷的感應，其內部嵌入的電荷放大電路可對靜電信號進行初級放大；手持式儀表盒進一步對靜電信號進行調理、采集、處理與分析，通過信號之間的時延和信號強度分別計算粉體流動速度和濃度，可獲得管道中顆粒在不同徑向位置的瞬時速度分布、瞬時濃度分布、以及徑向平均速度和徑向平均濃度，測量結果由觸摸屏進行實時顯示，并可通過現場總線傳輸至控制中心。本發明具有結構簡單、安裝方便、易于攜帶、測量穩定可靠等優點，適用于管道工況的周期性監測、診斷和分析。
【專利說明】一種便攜式粉體流動速度濃度及其分布在線測量裝置

【技術領域】
[0001]本發明屬于氣固兩相流在線測量技術范圍，特別涉及一種便攜式粉體流動速度濃度及其分布在線測量裝置。

【背景技術】
[0002]在電力、冶金、化工、醫藥、食品等多個工業領域，廣泛應用氣流在管道中輸送煤粉、礦石、鹽類、藥物、面粉等粉粒狀物料。粉體氣力輸送屬于氣固兩相流范疇，其流動參數的準確測量對工業過程的在線監測與優化控制具有十分重要的意義。例如，在電站鍋爐一次風管內，煤粉速度和濃度是表征煤粉流量和風煤配比的重要參數，對煤粉速度和濃度的在線測量有利于各燃燒器實現最佳的風煤配比、確保燃料的均衡分配，進而提高燃燒效率和穩定性、降低污染物排放、實現鍋爐的優化運行。然而，由于氣固兩相流動過程極其復雜，對粉體速度和濃度的在線測量多年來一直是學術界與工業界致力解決的難題，在工程實際中成熟可靠的測量方法和儀表極為有限。
[0003]本發明提出一種便攜式粉體流動速度濃度及其分布在線測量裝置，可由管道上現有的取樣孔或特制窗口插入到顆粒流場中，通過靜電傳感器陣列進行在線連續測量，獲得管道中顆粒在不同徑向位置的瞬時速度分布、瞬時濃度分布、以及徑向平均速度和徑向平均濃度。本發明具有結構簡單、安裝方便、易于攜帶、測量穩定可靠等優點，適用于氣力輸送管道內粉體流動參數的周期性測量。


【發明內容】

[0004]本發明的目的是提供一種便攜式粉體流動速度濃度及其分布在線測量裝置，其特征在于，所述粉體流動測量裝置由靜電感應探桿和手持式儀表盒所構成；靜電感應探桿通過氣固兩相流管壁上的取樣孔插入到顆粒流場中，實現對顆粒電荷的感應；靜電感應探桿由靜電電極陣列、電荷放大電路及不銹鋼殼體構成，其輸出信號由手持式儀表盒進行調理、采集、處理與分析，以獲得粉體流動參數。
[0005]所述靜電感應探桿為薄片外形，其寬度應盡量窄，以避免對流場造成太大擾動。
[0006]所述靜電感應探桿的兩側均分布有多個靜電感應單元，各單元沿管道徑向方向均勻分布；其中一側的靜電感應單元由兩個條狀細金屬電極構成，且在來流方向上平行分布，用于粉體流動速度的測量；另一側的靜電感應單元由一個條狀寬金屬電極構成，用于粉體濃度的測量；所述金屬電極通過絕緣材料實現與靜電感應探桿殼體的電氣隔離。
[0007]所述靜電感應探桿為中空結構，其內部嵌入一塊電荷放大電路；在電荷放大電路上放置多個電荷放大器，每個電荷放大器與一個金屬電極就近放置，并將電極的感生電荷轉化為電壓輸出。
[0008]所述靜電感應探桿的一端固定于手持式儀表盒上，以實現結構和電氣連接。所述手持式儀表盒具有手柄以方便工業現場安裝，并集成一個水平儀以保證靜電感應探桿具有合適的插入角度。
[0009]所述手持式儀表盒內嵌入一塊數據處理電路板，采用二級放大電路和低通濾波器對靜電信號進行調理，通過多個模數轉換芯片對多路靜電信號進行同步采集，采用高速數字信號處理器對靜電信號進行實時處理。
[0010]所述手持式儀表盒對同一靜電感應單元兩個細電極的信號進行互相關運算以獲得渡越時間，根據電極之間的空間距離求得粉體流動速度；所述手持式儀表盒通過寬電極靜電信號的均方根值推算粉體的相對體積濃度。
[0011]所述手持式儀表盒上具有觸摸屏，用來實現參數配置和結果顯示；所述手持式儀表盒具有USB接口，可連接移動存儲器實現數據存儲；所述手持式儀表盒還具有現場總線接口，可將測量結果傳輸至服務器或者控制中心。
[0012]所述便攜式粉體流動測量裝置具有配套部件，用來固定靜電感應探桿到管道取樣口上，通過擠壓靜電感應探桿上的硅橡膠套實現密封。
[0013]本發明的有益效果是:可快速、準確地獲得管道截面粉體流動速度和濃度的瞬時變化情況，采用一套測量裝置即可實現多個管道流動參數的測量，尤其適用于管道工況的周期性監測、診斷和分析，具有投資少、效果明顯的優勢。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為便攜式粉體流動測量裝置的原理結構示意圖。
[0015]圖中:1.氣固兩相流管道；2.靜電感應探桿；3.手持式僅表盒；4.觸摸屏；5.水平儀；6.連接配件；7.硅橡膠套；8.航空插頭；9.靜電感應單元。
[0016]圖2為靜電感應探桿剖面示意圖。
[0017]圖中:10.不銹鋼殼體；11.細金屬電極；12.絕緣體；13.寬金屬電極；14.電荷放大電路板。

【具體實施方式】
[0018]本發明提供一種便攜式粉體流動速度濃度及其分布在線測量裝置。下面結合附圖和實施例對本發明予以說明如下:
圖1所示為便攜式粉體流動測量裝置的原理結構示意圖。圖中，在氣固兩相流管道I中插入靜電感應探桿2，靜電感應探桿2浸入于顆粒流場中；靜電感應探桿2為扁平狀結構，其兩側均勻分布多個靜電感應單元9，其中一側的靜電感應單元由2個細金屬電極構成，用于粉體流動速度的測量，另一側的靜電感應單元由I個寬金屬電極構成，用于粉體濃度的測量；所述靜電感應探桿2連接到手持式儀表盒3上，以對其輸出信號進行調理、采集、處理和分析；所述手持式儀表盒3外形上具有握持手柄，以便于現場安裝，其上部安裝水平儀5，用于調整靜電感應探桿2的插入角度；所述手持式儀表盒3側面具有觸摸屏4，可實現參數配置和結果顯示，底部具有航空插頭8用于與控制臺進行數據傳輸；所述靜電感應探桿2由連接配件6固定于管道取樣孔上，通過硅橡膠套7實現密封。
[0019]圖2所示為靜電感應探桿剖面示意圖。所述靜電感應探桿2 —側具有平行的兩個金屬電極11，顆粒先后經過兩電極產生相關信號，通過互相關運算可獲得顆粒速度；所述靜電感應探桿2另一側具有一個寬金屬電極13，具有較大的感應區域，通過其信號的均方根值可推算粉體的相對體積濃度；金屬電極11和13均通過絕緣體12嵌入于不銹鋼殼體10內，且使所述靜電感應探桿2表面平整光滑；在所述靜電感應探桿2內部嵌入電荷放大電路板14，通過多個電荷放大器實現靜電信號的初級放大，并通過板上走線實現信號的傳輸。
【權利要求】
1.一種便攜式粉體流動速度濃度及其分布在線測量裝置，其特征在于，所述粉體流動測量裝置由靜電感應探桿和手持式儀表盒所構成；靜電感應探桿通過氣固兩相流管壁上的取樣孔插入到顆粒流場中，實現對顆粒電荷的感應；靜電感應探桿由靜電電極陣列、電荷放大電路及不銹鋼殼體構成，其輸出信號由手持式儀表盒進行調理、采集、處理與分析，以獲得粉體流動參數。
2.根據權利要求1所述便攜式粉體流動速度濃度及其分布在線測量裝置，其特征在于，所述靜電感應探桿為薄片外形，其寬度應盡量窄，以避免對流場造成太大擾動。
3.根據權利要求1所述便攜式粉體流動速度濃度及其分布在線測量裝置，其特征在于，所述靜電感應探桿的兩側均分布有多個靜電感應單元，各單元沿管道徑向方向均勻分布；其中一側的靜電感應單元由兩個條狀細金屬電極構成，且在來流方向上平行分布，用于粉體流動速度的測量；另一側的靜電感應單元由一個條狀寬金屬電極構成，用于粉體濃度的測量；所述金屬電極通過絕緣材料實現與靜電感應探桿殼體的電氣隔離。
4.根據權利要求1所述便攜式粉體流動速度濃度及其分布在線測量裝置，其特征在于，所述靜電感應探桿為中空結構，其內部嵌入一塊電荷放大電路；在電荷放大電路上放置多個電荷放大器，每個電荷放大器與一個金屬電極就近放置，并將電極的感生電荷轉化為電壓輸出。
5.根據權利要求1所述便攜式粉體流動速度濃度及其分布在線測量裝置，其特征在于，所述靜電感應探桿的一端固定于手持式儀表盒上，以實現結構和電氣連接。
6.根據權利要求1所述便攜式粉體流動速度濃度及其分布在線測量裝置，其特征在于，所述手持式儀表盒具有手柄以方便工業現場安裝，并集成一個水平儀以保證靜電感應探桿具有合適的插入角度。
7.根據權利要求1所述便攜式粉體流動速度濃度及其分布在線測量裝置，其特征在于，所述手持式儀表盒內嵌入一塊數據處理電路板，采用二級放大電路和低通濾波器對靜電信號進行調理，通過多個模數轉換芯片對多路靜電信號進行同步采集，采用高速數字信號處理器對靜電信號進行實時處理。
8.根據權利要求1所述便攜式粉體流動速度濃度及其分布在線測量裝置，其特征在于，所述手持式儀表盒對同一靜電感應單元兩個細電極的信號進行互相關運算以獲得渡越時間，根據電極之間的空間距離求得粉體流動速度；所述手持式儀表盒通過寬電極靜電信號的均方根值推算粉體的相對體積濃度。
9.根據權利要求1所述便攜式粉體流動速度濃度及其分布在線測量裝置，其特征在于，所述手持式儀表盒上具有觸摸屏，用來實現參數配置和結果顯示；所述手持式儀表盒具有USB接口，可連接移動存儲器實現數據存儲；所述手持式儀表盒還具有現場總線接口，可將測量結果傳輸至服務器或者控制中心。
10.根據權利要求1所述便攜式粉體流動速度濃度及其分布在線測量裝置，其特征在于，所述便攜式粉體流動測量裝置具有配套部件，用來固定靜電感應探桿到管道取樣口上，通過擠壓靜電感應探桿上的硅橡膠套實現密封。
【文檔編號】G01P5/22GK104267211SQ201410530173
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月10日 優先權日:2014年7月7日
【發明者】胡永輝, 錢相臣, 黃孝彬, 閆勇 申請人:北京華清茵藍科技有限公司, 華北電力大學