[发明专利]自适应流速变化的电荷感应在线粉尘检测装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及测量气流中粉尘的流量和浓度的技术，尤其涉及一种自适应流速变化的电荷感应在线粉尘检测装置及其方法。

背景技术

在夹带粉尘(固体微粒)的气流(气固两相流)中，对粉尘浓度的测量技术在工业领域中得到了广泛的应用。如，电力、热力生产供应业；非金属矿物制品业；黑色金属冶炼及加工业；有色金属冶炼及加工业；化学制品业；石油化工业；以及造纸、纺织、农副产品加工等行业。对这些行业的生产过程进行控制和污染源(一次排放)进行检测，特别是这些污染源在经过粉尘回收、处理之后，在排放入大气(二次排放)之前对其进行实时在线监测，对保护大气的环境质量具有十分重要的意义。

对气固两相流中固体成份浓度进行连续实时在线测量，一直是工业测量技术上的难点。在现有技术中，基于电荷感应原理的技术由于其具有优越的灵敏度、可靠性和可维护性，在工业上得到了广泛的应用。

现有的微电荷感应粉尘浓度监测仪，无论其测量原理是基于交流信号还是直流信号，其测量结果都会受到流速的影响。在只需要对颗粒物进行定性监测的领域，如袋式除尘器泄漏监测，或气体流速比较恒定的排放场合，现有技术完全可以满足要求。但是随着环保监测标准日益严格，对粉尘浓度监测仪器的定量精度测量提出了更高的要求；并且为了拓展在排放点气体流速变化较大的应用领域，如电厂，消除流速变化对信号的影响是对电荷感应粉尘浓度测量技术进一步的要求。

气体流速信号既可以从外部获得，也可以从颗粒物电荷感应信号计算得出。在实际应用中，更完整、可行的方法是从颗粒物电荷感应信号计算得出流速。利用单探头采集的电荷感应信号中包含流速信息，利用单探头信号特征获取流速信息的技术，在中国发明专利ZL200610057401.6和ZL200910081022.4中已有描述，但利用单探头信号特征获取的信号特征只能得出相对流速，还需要通过数据拟合和标定才能得到定量的流速值。

而在气体污染源排放监测领域，排放点气体流速作为一个重要参数，通常是利用传统测量仪器，如利用皮托管或孔板流量计通过压差来进行气体流速测量的，但在气流含尘的情况下，皮托管容易发生堵塞，从而增加维护成本；而利用孔板流量计则会使管道内压头损失过大，从而增加动力损失和能耗。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种自适应流速变化的电荷感应在线粉尘检测装置及其方法，运用新颖的探头设计和优化的交相关算法，充分地利用原始信号包含的所有信息，使颗粒物流量、浓度的测量免受流速变化的影响，从而扩大颗粒物静电感测量技术的应用范围，使得采用本技术的产品满足日益严格的环保排放定量测量的要求。

本发明的另一个目的在于提出一种利用排放气体中粉尘信号特征进行交相关的计算从而精确测量气体流速的方法，以设计或改进相应的探头、电路及其算法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种自适应流速变化的电荷感应在线粉尘检测装置，包括信号测量模块和计算模块；其中：所述信号测量模块包括若干金属探头及与所述金属探头相连的直流信号测量电路和交流信号测量电路，用于采集粉尘流动时产生的直流信号和交流信号，并将所述直流信号和交流信号传送至所述计算模块；所述计算模块，用于对所述直流信号和交流信号进行选择，以及对多路交流信号进行交相关运算，并根据选择结果与交相关运算的结果对信号进行补偿，再经校准后输出。

其中：所述金属探头包括第一探头、第二探头和第三探头；所述第一探头与直流信号测量电路相连，所述第二探头和第三探头则分别与所述第一交流信号测量电路和第二交流信号测量电路相连。

所述第一探头为圆柱体，其直径为D，置于被测气流上游用于产生卡门涡街效应；第二探头和第三探头为几何尺寸相同的薄片形，置于第一探头的下游；所述第二探头、第三探头的前端与所述第一探头平齐，其有效长度为10D～15D；第一探头与第二探头之间的距离为7.5D～15D，第二探头与第三探头之间的距离为1.5D～4D。

所述信号测量模块的直流信号测量电路与第一探头相连，该直流信号测量电路包括模拟信号预处理部分和模数转换部分；所述模拟信号预处理部分用于滤除4～16Hz以上的噪音，并利用仪器放大器和斩波消除偏差/漂移，使直流信号的精度达到1pA；所述模数转换部分的采样频率为1～16Hz；以及，