[发明专利]基于螺旋式电容‑圆环式静电传感器的气固两相流检测装置及方法

权利要求书

1.一种输送管道中气固两相流检测装置，其特征在于：所述装置包括设置在管道上的圆环式静电传感器、螺旋式电容传感器，且在管道介质流动方向上所述圆环式静电传感器的安装位置位于螺旋式电容传感器的上游；其中，所述圆环式静电传感器包括2个依次设置的静电检测圆环，且2个静电检测圆环之间存在间隔L；所述螺旋式电容传感器包括1个螺旋式检测极板和1个螺旋式激励极板，且检测极板相对于激励极板沿管道轴向方向旋转180°设置；所述圆环式静电传感器用于测量管道内固相颗粒的平均流动速度，螺旋式电容传感器用于检测管道内固相的平均浓度。

2.根据权利要求1所述的输送管道中气固两相流检测装置，其特征在于：还包括用于完全包裹住圆环式静电传感器、螺旋式电容传感器的屏蔽层。

3.根据权利要求1所述的输送管道中气固两相流检测装置，其特征在于：所述间隔L由传感器所处实际测量环境中管道的内径以及管壁厚度、管道材料的介电常数决定。

4.根据权利要求1所述的输送管道中气固两相流检测装置，其特征在于：螺旋式检测极板和螺旋式激励极板之间设置有保护电极。

5.一种基于权利要求1至4任一所述的输送管道中气固两相流检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A，通过对颗粒流动过程中产生的静电噪声进行检测，先后分别从2个静电检测圆环处测得信号x(t)和y(t)，通过互相关算法计算出固相颗粒的流动速度V；

步骤B，在管道中，当有颗粒流过螺旋式电容传感器时，以气力输送颗粒料为测试对象，通过测量螺旋式电容传感器的2个螺旋电极间电容以获得螺旋式电容传感器内部固相平均浓度；

步骤C，根据螺旋式电容传感器获取的固相平均浓度以及通过圆环式静电传感器得到的固相速度V计算出固相的体积流量，从而可进一步算得固相质量流量。

6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于：所述步骤A互相关算法是利用互相关法获取两组信号间的延迟时间τ，根据公式V＝L/τ，进一步计算得到颗粒速度V。

7.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于：所述步骤B通过有限元分析方法得到螺旋式电容传感器的输出电容和固相平均浓度之间的关系，从而由测出的螺旋电极间电容计算出固相平均浓度。

8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于：在螺旋式激励极板上施加一定频率的周期性激励信号，在螺旋式检测极板上感应出的信号幅值与电容大小成正比，从而实现螺旋式电容传感器的输出电容的检测。

9.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于：质量流量的具体计算公式如下：

M=ρ∫pV(x,y)g(x,y)dxdy]]>

其中，M代表固相质量流量，V(x,y)代表根据2个静电检测圆环检测得到的固相颗粒的流动速度，g(x,y)代表螺旋式电容传感器获取的内部固相平均浓度，ρ代表固相密度，p代表传感器管道界面区域。

10.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于：螺旋式电容传感器的输出电容和固相平均浓度之间的关系为g＝(测量电容-空管电容)/(满管电容-空管电容)。