一次风在线浓度测量系统及测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一次风在线浓度测量系统及测量方法，该测量系统包括速度测量单元、力测量单元和浓度测算单元；速度测量单元包括至少一组棒状传感器；每组棒状传感器均包括两个静电测量棒，该两个静电测量棒平行设置于待测量一次风管的上下游；力测量单元包括至少一组力测量装置；每组力测量装置均包括测力贴片、测力杆、力传感元件；力传感元件设于对应的测力杆上；测力贴片设于对应的测力杆末端，且与力传感元件相连；浓度测算单元包括前置放大电路、A/D转换模块和处理器；静电测量棒、力传感元件均依次通过所述前置放大电路、A/D转换模块与处理器相连。本发明专利技术能有效实现在线实时测量、支持一次风粉速度、相对浓度、相对流量等参数测量。

On-line Concentration Measurement System and Method for Primary Air

The invention discloses an on-line concentration measurement system and a measurement method for primary air, which comprises a speed measurement unit, a force measurement unit and a concentration measurement unit; a speed measurement unit comprises at least one group of rod sensors; each group of rod sensors comprises two electrostatic measuring rods, which are parallel to the upstream and downstream of the primary air pipe to be measured; It includes at least one group of force measuring devices; each group of force measuring devices includes force measuring patches, force measuring rods and force sensing elements; force sensing elements are located on the corresponding force measuring rods; force measuring patches are located at the end of the corresponding force measuring rods and connected with force sensing elements; concentration measuring units include pre-amplification circuit, A/D conversion module and processor; electrostatic measuring rods and force sensing elements are in turn. The processor is connected with the preamplifier circuit and A/D conversion module. The invention can effectively realize on-line real-time measurement, support primary air powder velocity, relative concentration, relative flow measurement and other parameters.

【技术实现步骤摘要】
一次风在线浓度测量系统及测量方法
本专利技术属于工业测量领域，特别是对一次风气固两相流参数如速度、相对浓度、相对流量进行准确测量，涉及到一种通过测力的方法进行测量的系统装置，并可以大大降低甚至解决管道中风粉分布不均匀造成的测量误差。
技术介绍
当前国内外对于相对浓度的测量主要使用的是超声波法、微波法以及静电测量方法居多，由于这些方法受外界的物性参数影响较大，因此大多停留在实验阶段，很少有实际应用的产品，即使有对于浓度的测量精度也不能够满足现阶段电厂的要求。如今通过测力的方式对液体、气体浓度的测量运用比较广泛，尤其是差压流量计的使用如靶式流量计运用已经比较成熟，这种测力的方法避免了许多外界因素的干扰，使得测量更加准确，但很少被用于气固两相流的测量中去。此外现阶段电厂一次风速度测量不准、煤粉浓度不均、煤粉燃烧不充分等一直是电厂面临的重大问题，加上国家提出智慧电厂的概念，迫切的促使各大电厂进行改进和提高，以达到燃烧优化的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能够有效进行一次风在线浓度测量的装置及方法。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种一次风在线浓度测量系统，包括速度测量单元、力测量单元和浓度测算单元；速度测量单元包括至少一组棒状传感器；每组棒状传感器均包括两个静电测量棒，该两个静电测量棒平行设置于待测量一次风管的上下游；力测量单元包括至少一组力测量装置；每组力测量装置均包括测力贴片、测力杆、力传感元件；力传感元件设于对应的测力杆上；测力贴片设于对应的测力杆末端，且与力传感元件相连；浓度测算单元包括前置放大电路、A/D转换模块和处理器；静电测量棒、力传感元件均依次通过所述前置放大电路、A/D转换模块与处理器相连。进一步的，每组力测量装置中的测力杆采用上述对应的静电测量棒；力传感元件设于对应的静电测量棒上，测力贴片设于对应的静电测量棒末端，且贴合于末端的受风面处。进一步的，棒状传感器为三组以上，在一次风管管道轴向投影面上呈均匀分布；三组棒状传感器中位于待测量一次风管上游的三个静电测量棒相邻两个之间的轴向间隔与三组棒状传感器中位于待测量一次风管下游的三个静电测量棒相邻两个之间的轴向间隔相同，且间距为沿该轴向的静电测量棒截面宽度的2至4倍；各静电测量棒一端固定设于一次风管上，另一端指向或穿过一次风管的轴线方向。进一步的，静电测量棒与一次风管之间设有绝缘层。进一步的，每组棒状传感器的两个静电测量棒之间的距离为250-350mm；每个静电测量棒伸入风管内的长度相同，为风管直径的1/4至3/4，优选直径的2/3。通常，当风管直径在500-750mm范围，选用静电测量棒400-500mm较为适宜。进一步的，静电测量棒末端为圆柱形或流线型。进一步的，力传感元件采用应力或电容力传感器，测力贴片采用对应的应力或电容应变片。本专利技术还提供了上述一次风在线浓度测量系统进行一次风在线浓度的测量方法，包括以下步骤：(1)通过速度测量单元采用相关法测量得到一次风管流体的速度；(2)通过力测量单元直接进行一次风管流体作用力的测量；(3)利用步骤(1)得到的一次风管流体的速度，以及步骤(2)得到的一次风管流体作用力，计算得到一次风管流体相对流量和浓度。具体地，步骤(1)中一次风管流体速度测量方法如下：a、通过下式计算每对棒状传感器的两个静电测量棒之间的信号的相关度：式中，xi和yi分别为两个静电测量棒采集到的电压信号，和分别为两个静电测量棒采集到的电压信号平均值；b、取相关度最大时两个静电测量棒采集到的电压信号之间的时间差τ，则一次风管流体的速度v＝L/τ；步骤(3)中一次风管流体相对流量和浓度通过以下公式进行计算：式中，F为步骤(2)中测量得到的一次风管流体作用力；K为阻力系数；ρ为流体工况密度，单位为kg/m3；Ad为测力贴片的受力面积；v为步骤(1)中测量得到的流体流速；qm为流体相对流量，单位为kg/h；α为流量系数；D为一次风管道内径，单位为mm；β为流隙比。进一步的，当速度测量单元采用多对棒状传感器时，述步骤(1)先通过各对棒状传感器采集所得电压信号计算得到各自对应的流体速度，再取均值得到当力测量单元采用多组力测量装置时，步骤(2)中先通过各组力传感装置测量得到各自对应的流体作用提力，再取均值得到步骤(3)中一次风管流体相对流量和浓度通过以下公式进行计算：本专利技术相比现有技术具有以下优点：本专利技术分别通过速度测量单元和力测量单元测量一次风管的流体速度和流体作用力，能有效实现在线实时测量、支持一次风粉速度、相对浓度、相对流量等参数测量；且将力测量单元集成到速度测量单元中，将静电测量棒作为测力杆使用，既节省材料又能够提高系统集成度。本专利技术测量方法具有相对较高的测量精度、可靠性和稳定性；该测量系统装置集成度高，安装方便，接线简单，便于维护；能够解决现阶段电厂一次风速度测量不准、煤粉浓度不均、煤粉燃烧不充分等部分问题，实现电厂燃烧优化的目的。附图说明图1为本专利技术一次风在线浓度测量系统的结构示意图；图2为图1中棒状传感器的分布示意图；图3为图2中单组棒状传感器的安装示意图；图4为图2中多组棒状传感器的静电测量棒安装间隔示意图；图5为图1中力测量单元的结构示意图；图6为图1中棒状传感器末端的结构示意图；图7为图1中棒状传感器末端的另一种结构示意图；图8为图1中测力贴片的电路原理图。图中，1-棒状传感器，11-上游静电测量棒，12-下游静电测量棒，13-安装基座，21-测力贴片，22-力传感元件，3-一次风管，4-绝缘层。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行详细说明。如图1所示，本专利技术一次风在线浓度测量方法主要分为三步：一是速度测量部分，即通过棒状传感器1采集静电信号，然后通过前置放大电路、A/D转换电路后在微处理机中进行运算，得到一次风管流体速度(即一次风管中煤粉速度)，并通过Modbus485通讯接口送出速度测量值；二是力测量部分，即通过测力的方法来进行测量的，有测量、转化和变送三部分组成，对流体进行测量是通过伸进一次风管道的测力贴片21产生应力或电容，然后根据流体力学的关系将其转化为流体作用力的大小，从而完成将流体的动量向流体作用力的变送；三是浓度测算部分，即将前两个步骤测量的流体速度和作用力作为输入，输出最终的一次风管道煤粉的相对流量及浓度值。浓度测量三步法主要由速度测量单元、力测量单元以及浓度测量输出单元三部分组成整个测量系统，根据图1并结合图5所示，速度测量单元采用静电测量棒，力测量单元采用测力贴片21和力感应元件22，测力贴片21设于静电测量棒的末端，力感应元件22设于对应的静电测量棒上。为了提高测量系统的精度，可以在管道中多加几组速度、力测量单元，通过多次测量取平均的方式获得更为准确的流速和流体作用力；本实施例设置3组棒状传感器1，在一次风管管道轴向投影面上按照120度均匀分布，三组棒状传感器中的三个上游静电测量棒11和下游静电测量棒12伸入一次风管管道内的长度可为风管直径的1/4至3/4，优选2/3，分布示意如图2所示，其中a图、b图分别为棒状传感器中的静电测量棒位于风管内的长度小于和大于一次风管管道半径的两种情形分布示意。结合图3，各组棒状传感器包括上游静电测量棒11和下游静电测量棒12，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一次风在线浓度测量系统，其特征在于：包括速度测量单元、力测量单元和浓度测算单元；所述速度测量单元包括至少一组棒状传感器；每组棒状传感器均包括两个静电测量棒，该两个静电测量棒平行设置于待测量一次风管的上下游；所述力测量单元包括至少一组力测量装置；每组力测量装置均包括测力贴片、测力杆、力传感元件；所述力传感元件设于对应的测力杆上；所述测力贴片设于对应的测力杆末端，且与所述力传感元件相连；所述浓度测算单元包括前置放大电路、A/D转换模块和处理器；所述静电测量棒、力传感元件均依次通过所述前置放大电路、A/D转换模块与处理器相连。

【技术特征摘要】
1.一次风在线浓度测量系统，其特征在于：包括速度测量单元、力测量单元和浓度测算单元；所述速度测量单元包括至少一组棒状传感器；每组棒状传感器均包括两个静电测量棒，该两个静电测量棒平行设置于待测量一次风管的上下游；所述力测量单元包括至少一组力测量装置；每组力测量装置均包括测力贴片、测力杆、力传感元件；所述力传感元件设于对应的测力杆上；所述测力贴片设于对应的测力杆末端，且与所述力传感元件相连；所述浓度测算单元包括前置放大电路、A/D转换模块和处理器；所述静电测量棒、力传感元件均依次通过所述前置放大电路、A/D转换模块与处理器相连。2.根据权利要求1所述的一次风在线浓度测量系统，其特征在于：每组力测量装置中的测力杆采用所述对应的静电测量棒；所述力传感元件设于对应的静电测量棒上，测力贴片设于对应的静电测量棒末端，且贴合于末端的受风面处。3.根据权利要求2所述的一次风在线浓度测量系统，其特征在于：所述棒状传感器为三组以上，在一次风管管道轴向投影面上呈均匀分布；三组棒状传感器中位于待测量一次风管上游的三个静电测量棒相邻两个之间的轴向间隔与三组棒状传感器中位于待测量一次风管下游的三个静电测量棒相邻两个之间的轴向间隔相同，且间距为沿该轴向的静电测量棒截面宽度的2至4倍；各静电测量棒一端固定设于一次风管上，另一端指向或穿过一次风管的轴线方向。4.根据权利要求3所述的一次风在线浓度测量系统，其特征在于：所述静电测量棒与一次风管之间设有绝缘层。5.根据权利要求4所述的一次风在线浓度测量系统，其特征在于：每组棒状传感器的两个静电测量棒之间的距离为250-350mm；每个静电测量棒伸入风管内的长度相同，为风管直径的1/4至3/4。6.根据权利要求5所述的传感装置，其特征在于：所述的每个静电测量棒伸入风...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文庆，黄皎，张浩，苟成全，刘春国，
申请(专利权)人：南京科远自动化集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32