[发明专利]基于静电感应的矩形管中粉体流流动参数检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于气固两相流参数检测领域，特别涉及一种基于静电感应的矩形管中粉体流流动参数检测装置及方法。

背景技术

矩形、方形管道，由于制造工艺简单，同等横截面积实际占用空间相对较小，现场中更容易安装布置等优点，常在循环流化床电厂、部分燃煤电厂、烟气排放系统中用作气力输送管道，气力输送管道中粉体流动是典型的气固两相流流动，管内气固两相流参数检测与企业的经济效益和安全运行息息相关。矩形、方形截面管道，与圆形管道相比，由于非圆心对称性以及直角的存在，矩形管内流体流动更加复杂。加之工业现场中环境恶劣，管内流体流动参数检测更加困难，使得目前热学法、差压法、采样称重法、电容法、光学法、微波法、放射法、超声法都不能很好的实现工业现场中矩形管内粉体流流动参数的实时检测。静电传感器，具有结构简单、价格低廉、可适用于恶劣环境等优势，近年来取得了飞速的发展，但目前已有的环形、弧形静电传感器，仅适用于圆形管道。

一种公知的技术，专利ZL200710152036.1，“方形气力输送管道中气固两相流参数的测量装置及方法”，公开了一种方形管道中气固两相流参数检测方法：在方形管道中安装方形静电传感器。但由于该专利中方形静电传感器采用包围整个管道截面的方形环状电极，虽具有较高的灵敏度，但不能测量传感器截面处局部粉体的流动参数，不能实现流场分布(即流型)辨识，且在实际应用中，难以实现粉体流速、流量的准确测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的基于静电感应的矩形管中粉体流流动参数检测装置及方法，实现矩形管道内整体或局部粉体流流速、浓度、体积流量、质量流量、流场分布等多参数的实时检测。

本发明所述的检测装置采用的技术方案是：

该检测装置由依次连接的矩形静电传感器阵列、信号调理处理单元、数据融合单元、输出显示单元组成；

所述矩形静电传感器阵列由安装在矩形管道内壁或外壁的多个相互平行的电极环组成，各电极环由多个间隔分布的条形电极组成，且各条形电极之间彼此绝缘。

所述各条形电极分别由金属屏蔽层屏蔽，且条形电极与金属屏蔽层之间绝缘。

所述条形电极分为窄条形电极和宽条形电极，构成窄电极环和宽电极环；但不仅限于两种电极尺寸。

所述矩形静电传感器阵列中至少包含2个相同结构尺寸的电极环；同一个电极环中各条形电极尺寸相同；同一个电极环在单面管壁上条形电极的个数至少为1。

所述条形电极安装在矩形管段内壁时，矩形静电传感器阵列由内到外依次是条形电极、预放单元、绝缘层、屏蔽导线、外管壁，预放单元与屏蔽导线连接，外管壁作为屏蔽层，屏蔽各条形电极的干扰信号；条形电极安装在矩形管段外壁时，矩形静电传感器阵列由内到外依次是绝缘层、条形电极、预放单元、屏蔽导线、金属屏蔽层，预放单元与屏蔽导线连接，金属屏蔽层将矩形静电传感器阵列包覆，并在金属屏蔽层与矩形管段外壁之间设置多个金属屏蔽片，用于隔离各条形电极间的干扰信号。

所述预放单元由电流/电压转换模块和初步放大模块构成，并与条形电极紧密连接，集成到矩形静电传感器阵列中，对条形电极输出的感应电荷进行电流/电压转换和初步放大，以减少信号衰减和增强信号抗干扰能力。

所述信号调理处理单元视条形电极尺寸可以分为窄条形电极信号调理处理单元和宽条形电极信号调理处理单元，分别与窄条形电极和宽条形电极连接；

所述窄条形电极信号调理处理单元和宽条形电极信号调理处理单元分别包含二次放大模块、低通滤波模块、多通道模拟量/数字量转换模块、信号处理模块；窄条形电极信号调理处理单元和宽条形电极信号调理处理单元彼此独立，分别实现窄条形电极、宽条形电极相应预放单元输出信号的进一步放大、滤波、模拟量/数字量转换与信号分析处理功能；

所述数据融合单元将窄条形电极信号调理处理单元和宽条形电极信号调理处理单元得到的数据进一步融合、平滑处理，得到矩形管内整体或局部粉体流的流速、浓度、体积流量、质量流量、流场分布的实时信息，送至输出显示单元进行显示，实现矩形管内整体或局部粉体流流速、浓度、体积流量、质量流量、流场分布等参数的实时检测。

所述窄条形电极信号调理处理单元、宽条形电极信号调理处理单元、数据融合单元均设置在屏蔽罩内，并设置在靠近矩形静电传感器阵列的位置，以减少信号损失，降低噪声干扰。