[发明专利]颗粒浓度传感器

说明书

一种用于测量流体流中颗粒(103)浓度的方法(200)和颗粒浓度传感器(100)。该方法包括以下步骤：步骤(201)，在流中设置探测器，使得探测器通过流中的颗粒带电；步骤(203)，测量通过探测器的带电而感应的电信号；步骤(209)，确定信号AC分量的大小；步骤(211)，确定流速；以及步骤(213)，根据AC分量的大小和流速，计算流中的颗粒浓度。

技术领域

本发明涉及颗粒浓度传感器领域。更具体地、但非唯一地，本发明涉及流体流中固体颗粒浓度的测量。

背景技术

测量流体流中的固体颗粒浓度和速度是许多工业和部门(例如，环境监测、电力生产、食品加工和制造以及制药和药物开发)中的重要要求。

在测量流中的颗粒浓度的已建立的方法中，导电探测器伸入流中，并且当在流内移动的固体颗粒与探测器相互作用时，电荷会累积在探测器上。该电荷以电流的形式从探测器流动，从而提供信号，可以对该信号进行处理以提取通过探测器的颗粒流的速率和质量的量度。所产生的电信号被认为是流中颗粒浓度的直接测量。

在本领域中已知，可以评估这种感应信号的DC分量以确定流体流中的固体颗粒浓度。例如，WO86/02454描述了一种用于测量气体流中颗粒的流速和质量流量的装置。置于包含固体颗粒的气体流中的金属探测器联接至包含处理装置的电路。探测器通过与探测器相互作用的颗粒而带电。所得到的电流提供信号，该信号随后进行低通滤波以去除频率大于0.3Hz的任何AC信号分量。剩余的信号基本上仅包括信号的DC分量。然后，通过处理装置评估该DC分量，以产生对应于颗粒流率的输出信号。然而，在存在可变流速的情况下，该方法不能精确测量固体颗粒浓度。这降低了测量的可靠性，甚至在流速快速且广泛变化的应用中，可能致使该方法无效。许多现有技术的颗粒浓度传感器对它们的工作流速设置了严格的界限。

WO9905479A1描述了一种使用互相关来测量流速的方法。在流体流中设置两个摩擦电探测器，并且通过大量数学计算使从两个探测器获得的信号相关，以实现流体流的速度的测量。然而，该方法需要使用第二摩擦电探测器，并且使信号处理严重地复杂化，导致系统成本和复杂性增加。

美国专利5644241描述了一种方法，该方法试图在存在可变流速的情况下提供颗粒浓度的精确测量，而不需要额外的探测器。在流体流中设置摩擦电探测器以产生电信号。第一电路调节电信号并且提供与流中固体颗粒的浓度成比例的输出。第二电路提供与探测器信号的变化率成比例的输出。获得探测器信号的变化率的测量使流中的流速变化进行数学补偿。然而，数学补偿处理需要复杂的校准程序且计算密集。

美国专利5054325描述了第二种方法，该方法试图在存在可变流速的情况下提供颗粒浓度的精确测量，而不需要额外的探测器。摩擦电探测器嵌入管道的壁中，含有悬浮固体颗粒的流体流过管道。来自探测器的输出信号通过具有非常高的带宽和快速响应时间的电路来处理，从而能够区分固体颗粒与探测器的单独的相互作用。通过计算颗粒相互作用，可以确定通过探测器的流速。然而，该方法需要复杂、易于出现电磁兼容性(EMC)问题且昂贵的超宽带电路。