一种气固两相流参数检测装置

摘要

本发明属于流体测量技术领域，涉及一种气固两相流参数检测装置，包括两个探针、静电检测电路、压电式传感器、共振信号调理电路、数据采集模块和分析计算模块，两个探针分别固定在管道内部的不同的位置；静电检测电路与两个探针相连，用于将检测电极检测到的静电荷经电荷放大和滤波后得到静电检测信号；压电式传感器连接到两个探针中的一个或两个，用于检测探针的共振信号，共振信号调理电路用于将共振信号放大和滤波得到共振检测信号；静电检测信号与共振检测信号经数据采集模块输入到分析计算模块。本发明具有结构简单，价格低廉，易于安装的优点。

权利要求

1.一种气固两相流参数检测装置，用于测量管道内气固两相流的固相颗粒的速度及气固两相流的浓度或固相的质量流量，其特征在于，包括两个探针、静电检测电路、压电式传感器、共振信号调理电路、数据采集模块、分析计算模块，两个探针分别固定在管道内部的不同的位置，其中一个探针处于另一个探针的下游，两个探针既作为静电相关测速的检测电极，也作为固相颗粒碰撞的振动机构；静电检测电路与两个探针相连，用于将检测电极检测到的静电荷经电荷放大和滤波后得到静电检测信号；压电式传感器连接到两个探针中的一个或两个，用于检测探针的共振信号，共振信号调理电路用于将共振信号放大和滤波得到共振检测信号；静电检测信号与共振检测信号经数据采集模块输入到分析计算模块。

2.根据权利要求1所述的气固两相流参数检测装置，其特征在于，所述的分析计算模块利用相关法对静电检测信号进行处理，计算固相颗粒的速度，再根据共振检测信号的幅值，结合固相颗粒的速度，得到气固两相流浓度或固相的质量流量。

说明书

一种气固两相流参数检测装置

所属技术领域

[0001] 本发明属于流体测量技术领域，特别涉及一种气固两相流参数检测装置。

背景技术

[0002] 气固两相流研究涉及广泛的工业生产过程，通过对其关键参数进行在线测量，进而实现过程的优化控制，对于提高生产效率，降低能耗、节约能源具有十分积极的意义。目前，对于固体速度测量，主要有基于电容、静电感应、γ射线等监测原理的相关测速方法[1-6]，基于超声、光学、微波等原理的多普勒测速方法及空间滤波方法等等[7-9]。对于浓度测量，主要有基于电容、静电感应原理的电学方法[10-15]；基于射线、声波、微波、光学原理的衰减及吸收方法[16][17]；基于声波、微波、核磁等原理的共振方法。静电传感器由于具有结构简单、灵敏度高等特点，在固相颗粒速度的测量方面获得了越来越多的重视，其中使用最广泛的是互相关法。但是静电测量法在两相流的质量流量测量方面尚未有好的测量方法。固相颗粒与探针碰撞产生的共振信号也被应用于气固两相流的参数测量中。共振信号明显区别于背景的低频振动信号及其他低频干扰，具有比静电传感器更好的抗干扰能力。但是共振信号既含有速度作用成分，又含有两相流浓度成分，不能有效地测量单一流量参数。

[0003] 参考文献：

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[0021] 本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种响应速度快，实时性好且测量过程简单并容易安装的气固两相流参数检测装置。为此，本发明采用如下的技术方案。

[0022] 一种气固两相流参数检测装置，用于测量管道内气固两相流的固相速度及气固两相流的浓度或固相的质量流量，包括两个探针、静电检测电路、压电式传感器、共振信号调理电路、数据采集模块和分析计算模块，两个探针分别固定在管道内部的不同的位置，其中一个探针处于另一个探针的下游，两个探针既作为静电相关测速的检测电极，也作为固相颗粒碰撞的振动机构；静电检测电路与两个探针相连，用于将检测电极检测到的静电荷经电荷放大和滤波后得到静电检测信号；压电式传感器连接到两个探针中的一个或两个，用于检测探针的共振信号，共振信号调理电路用于将共振信号放大和滤波得到共振检测信号；静电检测信号与共振检测信号经数据采集模块输入到分析计算模块。

[0023] 作为优选实施方式，所述的分析计算模块利用相关法对静电检测信号进行处理，计算固相颗粒的速度，再根据共振信号的幅值，结合固相颗粒的速度，得到气固两相流浓度或固相的质量流量。

[0024] 本发明在管道中插入两个探针，既作为静电相关测速的检测电极，也作为固相颗粒碰撞的振动机构，该探针经颗粒碰撞后，产生的共振信号由置于管道外部的压电式传感器检测。利用探针作为共振机构与现有的通过直接检测颗粒撞击管道壁产生振动信号的方法相比，具有信号强度大，抗干扰能力强的优点。通过同一组探针利用静电检测电路与压电式传感器分别获取颗粒的静电信号及颗粒撞击探针所产生的共振信号，两者结合，可分别获得气固两相流的浓度和速度信息，进而可计算出固相的质量流量。本发明的检测装置，响应速度快，实时性好，且测量过程简单，造价低，安装简单。

附图说明

[0025] 图1、(a)静电检测电路与压电式传感器结合装置的轴向示意图；

[0026] (b)静电检测电路与压电式传感器结合装置的截面示意图；

[0027] 图2、静电检测电路与压电式传感器结合测量系统结构图；

[0028] 图中：

[0029] 1、管道 2、探针

[0030] 3、静电检测电路 4、压电式传感器

[0031] 5、共振信号调理电路 6、数据采集模块

[0032] 7、分析计算模块具体实施方式：

[0033] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

[0034] 参见图1和图2，在气力输送管道1内的上游和下游(本实施例相距50mm)分别安装一个探针2，在探针2所在位置的管道外侧安装压电式传感器4，同时将探针2与静电检测电路3连接。静电检测电路3输出的静电检测信号和压电式传感器4通过共振信号调理电路输出的共振信号与数据采集模块6、分析计算模块7连接。

[0035] 气固两相流参数的静电检测电路与压电式传感器结合测量方法的工作原理如下：在气力传输中，由于固相颗粒之间的碰撞，颗粒与管道壁之间的碰撞以及固相颗粒与气流之间的摩擦，固相颗粒会携带一定量的电荷。当固相颗粒通过探针2附近时，探针2会由于静电感应以及碰撞时的电荷转移而带上电荷，该电荷经静电检测电路3的电荷放大及滤波放大后，产生静电检测信号，通过数据采集模块6转换为数字量，输入到计算分析模块7。

[0036] 同时，当固相颗粒与探针2发生碰撞时会产生共振信号。此共振信号通过探针2由压电式传感器4检测，经共振信号调理电路5的电荷放大和滤波放大后，产生共振检测信号，通过数据采集模块6转换为数字量，输入到计算分析模块7。共振信号的幅值Mag与固相颗粒速度V、气固两相流的浓度c有关。通过实验标定数据确定出共振信号幅值Mag与固相颗粒浓度c及固相颗粒速度V的函数关系f。

[0037] 计算分析模块7将输入的静电检测信号根据静电相关测速原理计算可得出固相颗粒的速度V。根据输入的共振检测信号，利用函数关系f，结合静电相关测速法计算得到的固相速度V，计算可得出气固两相流浓度c，进而可计算出固相的质量流量Qm。

[0038] 测量原理如下：

[0039] 静电法相关测速的原理：两相流中的固相颗粒由于相互碰撞及与传输管道的摩擦带电，可将带有电荷的固相颗粒看作移动的信源，该信源通过相距L的两个不同测量点时的信号表示为X(t)和Y(t)，

[0040] X(t)＝S(t)+k1(t) (1)

[0041] Y(t)＝S(t-D)+k2(t) (2)

[0042] 式中：S(t)是信源信号，即固体颗粒的静电荷产生的信号；D是两个探针所接受信号的时间差，即时延；k1(t)和k2(t)是两探针处的噪声。根据接收信号的统计特性，有[0043] RXY(τ)＝E{X(t)Y(t-τ)}＝Rs(τ-D) (3)

[0044] 表明X(t)与Y(t)的相关函数RXY(τ)等于信源信号S(t)自相关函数Rs(τ-D)。当τ＝D时，互相关函数RXY(τ)的值达到最大值。因此，对两探针接收信号进行相关处理，求出其最大值对应的τ，即时延D。已知探针的固定间距L，可计算出固相颗粒的速度V＝L/D。

[0045] 共振信号测量气固两相流浓度的原理：固相颗粒撞击探针后，探针将产生以共振频率为主的振动。共振信号幅值Mag与固相颗粒速度V、气固两相流的浓度c有如下关系：

[0046] mag＝f(c，V) (4)

[0047] 通过实验标定数据确定f，结合静电相关法获得的固相颗粒速度V，即可得到气固两相流浓度c，进而计算得到固相的质量流量Qm。