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一種便攜式粉體流動(dòng)速度濃度及其分布在線測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了屬于氣固兩相流在線測(cè)量技術(shù)范圍的一種便攜式粉體流動(dòng)速度濃度及其分布在線測(cè)量裝置。該裝置由靜電感應(yīng)探桿和手持式儀表盒所構(gòu)成，靜電感應(yīng)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(chǎng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)顆粒電荷的感應(yīng)，其內(nèi)部嵌入的電荷放大電路可對(duì)靜電信號(hào)進(jìn)行初級(jí)放大；手持式儀表盒進(jìn)一步對(duì)靜電信號(hào)進(jìn)行調(diào)理、采集、處理與分析，通過信號(hào)之間的時(shí)延和信號(hào)強(qiáng)度分別計(jì)算粉體流動(dòng)速度和濃度，可獲得管道中顆粒在不同徑向位置的瞬時(shí)速度分布、瞬時(shí)濃度分布、以及徑向平均速度和徑向平均濃度，測(cè)量結(jié)果由觸摸屏進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并可通過現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸至控制中心。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、易于攜帶、測(cè)量穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，適用于管道工況的周期性監(jiān)測(cè)、診斷和分析。
【專利說明】一種便攜式粉體流動(dòng)速度濃度及其分布在線測(cè)量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于氣固兩相流在線測(cè)量技術(shù)范圍，特別涉及一種便攜式粉體流動(dòng)速度濃度及其分布在線測(cè)量裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在電力、冶金、化工、醫(yī)藥、食品等多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，廣泛應(yīng)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(dòng)參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)工業(yè)過程的在線監(jiān)測(cè)與優(yōu)化控制具有十分重要的意義。例如，在電站鍋爐一次風(fēng)管內(nèi)，煤粉速度和濃度是表征煤粉流量和風(fēng)煤配比的重要參數(shù)，對(duì)煤粉速度和濃度的在線測(cè)量有利于各燃燒器實(shí)現(xiàn)最佳的風(fēng)煤配比、確保燃料的均衡分配，進(jìn)而提高燃燒效率和穩(wěn)定性、降低污染物排放、實(shí)現(xiàn)鍋爐的優(yōu)化運(yùn)行。然而，由于氣固兩相流動(dòng)過程極其復(fù)雜，對(duì)粉體速度和濃度的在線測(cè)量多年來一直是學(xué)術(shù)界與工業(yè)界致力解決的難題，在工程實(shí)際中成熟可靠的測(cè)量方法和儀表極為有限。
[0003]本發(fā)明提出一種便攜式粉體流動(dòng)速度濃度及其分布在線測(cè)量裝置，可由管道上現(xiàn)有的取樣孔或特制窗口插入到顆粒流場(chǎng)中，通過靜電傳感器陣列進(jìn)行在線連續(xù)測(cè)量，獲得管道中顆粒在不同徑向位置的瞬時(shí)速度分布、瞬時(shí)濃度分布、以及徑向平均速度和徑向平均濃度。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、易于攜帶、測(cè)量穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，適用于氣力輸送管道內(nèi)粉體流動(dòng)參數(shù)的周期性測(cè)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種便攜式粉體流動(dòng)速度濃度及其分布在線測(cè)量裝置，其特征在于，所述粉體流動(dòng)測(cè)量裝置由靜電感應(yīng)探桿和手持式儀表盒所構(gòu)成；靜電感應(yīng)探桿通過氣固兩相流管壁上的取樣孔插入到顆粒流場(chǎng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)顆粒電荷的感應(yīng)；靜電感應(yīng)探桿由靜電電極陣列、電荷放大電路及不銹鋼殼體構(gòu)成，其輸出信號(hào)由手持式儀表盒進(jìn)行調(diào)理、采集、處理與分析，以獲得粉體流動(dòng)參數(shù)。
[0005]所述靜電感應(yīng)探桿為薄片外形，其寬度應(yīng)盡量窄，以避免對(duì)流場(chǎng)造成太大擾動(dòng)。
[0006]所述靜電感應(yīng)探桿的兩側(cè)均分布有多個(gè)靜電感應(yīng)單元，各單元沿管道徑向方向均勻分布；其中一側(cè)的靜電感應(yīng)單元由兩個(gè)條狀細(xì)金屬電極構(gòu)成，且在來流方向上平行分布，用于粉體流動(dòng)速度的測(cè)量；另一側(cè)的靜電感應(yīng)單元由一個(gè)條狀寬金屬電極構(gòu)成，用于粉體濃度的測(cè)量；所述金屬電極通過絕緣材料實(shí)現(xiàn)與靜電感應(yīng)探桿殼體的電氣隔離。
[0007]所述靜電感應(yīng)探桿為中空結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部嵌入一塊電荷放大電路；在電荷放大電路上放置多個(gè)電荷放大器，每個(gè)電荷放大器與一個(gè)金屬電極就近放置，并將電極的感生電荷轉(zhuǎn)化為電壓輸出。
[0008]所述靜電感應(yīng)探桿的一端固定于手持式儀表盒上，以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)和電氣連接。所述手持式儀表盒具有手柄以方便工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安裝，并集成一個(gè)水平儀以保證靜電感應(yīng)探桿具有合適的插入角度。
[0009]所述手持式儀表盒內(nèi)嵌入一塊數(shù)據(jù)處理電路板，采用二級(jí)放大電路和低通濾波器對(duì)靜電信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，通過多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片對(duì)多路靜電信號(hào)進(jìn)行同步采集，采用高速數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)靜電信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。
[0010]所述手持式儀表盒對(duì)同一靜電感應(yīng)單元兩個(gè)細(xì)電極的信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算以獲得渡越時(shí)間，根據(jù)電極之間的空間距離求得粉體流動(dòng)速度；所述手持式儀表盒通過寬電極靜電信號(hào)的均方根值推算粉體的相對(duì)體積濃度。
[0011]所述手持式儀表盒上具有觸摸屏，用來實(shí)現(xiàn)參數(shù)配置和結(jié)果顯示；所述手持式儀表盒具有USB接口，可連接移動(dòng)存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；所述手持式儀表盒還具有現(xiàn)場(chǎng)總線接口，可將測(cè)量結(jié)果傳輸至服務(wù)器或者控制中心。
[0012]所述便攜式粉體流動(dòng)測(cè)量裝置具有配套部件，用來固定靜電感應(yīng)探桿到管道取樣口上，通過擠壓靜電感應(yīng)探桿上的硅橡膠套實(shí)現(xiàn)密封。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:可快速、準(zhǔn)確地獲得管道截面粉體流動(dòng)速度和濃度的瞬時(shí)變化情況，采用一套測(cè)量裝置即可實(shí)現(xiàn)多個(gè)管道流動(dòng)參數(shù)的測(cè)量，尤其適用于管道工況的周期性監(jiān)測(cè)、診斷和分析，具有投資少、效果明顯的優(yōu)勢(shì)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為便攜式粉體流動(dòng)測(cè)量裝置的原理結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中:1.氣固兩相流管道；2.靜電感應(yīng)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(yīng)單元。
[0016]圖2為靜電感應(yīng)探桿剖面示意圖。
[0017]圖中:10.不銹鋼殼體；11.細(xì)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(shí)施方式】
[0018]本發(fā)明提供一種便攜式粉體流動(dòng)速度濃度及其分布在線測(cè)量裝置。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明予以說明如下:
圖1所示為便攜式粉體流動(dòng)測(cè)量裝置的原理結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，在氣固兩相流管道I中插入靜電感應(yīng)探桿2，靜電感應(yīng)探桿2浸入于顆粒流場(chǎng)中；靜電感應(yīng)探桿2為扁平狀結(jié)構(gòu)，其兩側(cè)均勻分布多個(gè)靜電感應(yīng)單元9，其中一側(cè)的靜電感應(yīng)單元由2個(gè)細(xì)金屬電極構(gòu)成，用于粉體流動(dòng)速度的測(cè)量，另一側(cè)的靜電感應(yīng)單元由I個(gè)寬金屬電極構(gòu)成，用于粉體濃度的測(cè)量；所述靜電感應(yīng)探桿2連接到手持式儀表盒3上，以對(duì)其輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)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(xiàn)場(chǎng)安裝，其上部安裝水平儀5，用于調(diào)整靜電感應(yīng)探桿2的插入角度；所述手持式儀表盒3側(cè)面具有觸摸屏4，可實(shí)現(xiàn)參數(shù)配置和結(jié)果顯示，底部具有航空插頭8用于與控制臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；所述靜電感應(yīng)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(shí)現(xiàn)密封。
[0019]圖2所示為靜電感應(yīng)探桿剖面示意圖。所述靜電感應(yīng)探桿2 —側(cè)具有平行的兩個(gè)金屬電極11，顆粒先后經(jīng)過兩電極產(chǎn)生相關(guān)信號(hào)，通過互相關(guān)運(yùn)算可獲得顆粒速度；所述靜電感應(yīng)探桿2另一側(cè)具有一個(gè)寬金屬電極13，具有較大的感應(yīng)區(qū)域，通過其信號(hào)的均方根值可推算粉體的相對(duì)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(nèi)，且使所述靜電感應(yīng)探桿2表面平整光滑；在所述靜電感應(yīng)探桿2內(nèi)部嵌入電荷放大電路板14，通過多個(gè)電荷放大器實(shí)現(xiàn)靜電信號(hào)的初級(jí)放大，并通過板上走線實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸。
【權(quán)利要求】
1.一種便攜式粉體流動(dòng)速度濃度及其分布在線測(cè)量裝置，其特征在于，所述粉體流動(dòng)測(cè)量裝置由靜電感應(yīng)探桿和手持式儀表盒所構(gòu)成；靜電感應(yīng)探桿通過氣固兩相流管壁上的取樣孔插入到顆粒流場(chǎng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)顆粒電荷的感應(yīng)；靜電感應(yīng)探桿由靜電電極陣列、電荷放大電路及不銹鋼殼體構(gòu)成，其輸出信號(hào)由手持式儀表盒進(jìn)行調(diào)理、采集、處理與分析，以獲得粉體流動(dòng)參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述便攜式粉體流動(dòng)速度濃度及其分布在線測(cè)量裝置，其特征在于，所述靜電感應(yīng)探桿為薄片外形，其寬度應(yīng)盡量窄，以避免對(duì)流場(chǎng)造成太大擾動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述便攜式粉體流動(dòng)速度濃度及其分布在線測(cè)量裝置，其特征在于，所述靜電感應(yīng)探桿的兩側(cè)均分布有多個(gè)靜電感應(yīng)單元，各單元沿管道徑向方向均勻分布；其中一側(cè)的靜電感應(yīng)單元由兩個(gè)條狀細(xì)金屬電極構(gòu)成，且在來流方向上平行分布，用于粉體流動(dòng)速度的測(cè)量；另一側(cè)的靜電感應(yīng)單元由一個(gè)條狀寬金屬電極構(gòu)成，用于粉體濃度的測(cè)量；所述金屬電極通過絕緣材料實(shí)現(xiàn)與靜電感應(yīng)探桿殼體的電氣隔離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述便攜式粉體流動(dòng)速度濃度及其分布在線測(cè)量裝置，其特征在于，所述靜電感應(yīng)探桿為中空結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部嵌入一塊電荷放大電路；在電荷放大電路上放置多個(gè)電荷放大器，每個(gè)電荷放大器與一個(gè)金屬電極就近放置，并將電極的感生電荷轉(zhuǎn)化為電壓輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述便攜式粉體流動(dòng)速度濃度及其分布在線測(cè)量裝置，其特征在于，所述靜電感應(yīng)探桿的一端固定于手持式儀表盒上，以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)和電氣連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述便攜式粉體流動(dòng)速度濃度及其分布在線測(cè)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(yè)現(xiàn)場(chǎng)安裝，并集成一個(gè)水平儀以保證靜電感應(yīng)探桿具有合適的插入角度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述便攜式粉體流動(dòng)速度濃度及其分布在線測(cè)量裝置，其特征在于，所述手持式儀表盒內(nèi)嵌入一塊數(shù)據(jù)處理電路板，采用二級(jí)放大電路和低通濾波器對(duì)靜電信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，通過多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片對(duì)多路靜電信號(hào)進(jìn)行同步采集，采用高速數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)靜電信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述便攜式粉體流動(dòng)速度濃度及其分布在線測(cè)量裝置，其特征在于，所述手持式儀表盒對(duì)同一靜電感應(yīng)單元兩個(gè)細(xì)電極的信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算以獲得渡越時(shí)間，根據(jù)電極之間的空間距離求得粉體流動(dòng)速度；所述手持式儀表盒通過寬電極靜電信號(hào)的均方根值推算粉體的相對(duì)體積濃度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述便攜式粉體流動(dòng)速度濃度及其分布在線測(cè)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(shí)現(xiàn)參數(shù)配置和結(jié)果顯示；所述手持式儀表盒具有USB接口，可連接移動(dòng)存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；所述手持式儀表盒還具有現(xiàn)場(chǎng)總線接口，可將測(cè)量結(jié)果傳輸至服務(wù)器或者控制中心。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述便攜式粉體流動(dòng)速度濃度及其分布在線測(cè)量裝置，其特征在于，所述便攜式粉體流動(dòng)測(cè)量裝置具有配套部件，用來固定靜電感應(yīng)探桿到管道取樣口上，通過擠壓靜電感應(yīng)探桿上的硅橡膠套實(shí)現(xiàn)密封。
【文檔編號(hào)】G01P5/22GK104267211SQ201410530173
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月7日
【發(fā)明者】胡永輝, 錢相臣, 黃孝彬, 閆勇 申請(qǐng)人:北京華清茵藍(lán)科技有限公司, 華北電力大學(xué)