一种用于高温强磁场下浓相颗粒流流量测量仪及测量方法技术

本发明专利技术设计了一种用于高温强磁场下浓相颗粒流流量测量仪及测量方法，其同时采用电容法和声发射法测量用气力输运的浓相颗粒流浓度，以声发射法所测数据对电容法进行标定，再采用相关法测量颗粒流速度，从而得到颗粒流流量。这套测量仪及方法可以在高温强磁场下稳定可靠运行，减小了流型不均对传统测量方法的影响，并且在任意位置均可安装，可以得到实时连续数据。

A Flow Meter and Measurement Method for Dense Phase Particle Flow under High Temperature and High Magnetic Field

The invention designs a dense-phase particle flow measuring instrument and measuring method for high temperature and strong magnetic field. At the same time, the capacitance method and acoustic emission method are used to measure the concentration of dense-phase particle flow transported by pneumatic force, the capacitance method is calibrated by the data measured by acoustic emission method, and the particle flow velocity is measured by correlation method, so as to obtain the particle flow rate. This measuring instrument and method can operate stably and reliably under high temperature and strong magnetic field, reduce the influence of flow pattern unevenness on traditional measuring methods, and can be installed at any position to obtain real-time continuous data.

【技术实现步骤摘要】
一种用于高温强磁场下浓相颗粒流流量测量仪及测量方法
本专利技术涉及热核聚变堆包层
，尤其涉及一种用于高温强磁场下浓相颗粒流流量测量仪及测量方法。
技术介绍
在国际上固态包层主要采用水冷和氦气冷却两种包层方案，而水冷以及氦冷在高温、高压以及强磁场环境下聚变堆所要求的冷却及氚增殖都有各自的局限性，随着颗粒流基础理论的进一步深入认识，未来的聚变堆包层采取颗粒流的冷却方案将会成为一项重要选项。为了实现将颗粒流发挥中子倍增以及氚增殖同时发挥颗粒带热的功能，必须使颗粒流形成稳定流动的回路。气力输送固体物质是一种工业上较为成熟的方法，被大量应用在化工、采矿、冶金、发电、食品及制药等众多领域。颗粒流作为一种新的研究对象，气力输送也可以使其在管道中输运，但是由于气固两相流的复杂性以及颗粒流自身的运动学性质，无法直接判断出两相流中固体颗粒的流动情况，例如其稳定性，填充率，沉降速度，碰撞，是否会出现堵塞等情况。这其中，质量流量是在气力输送过程中的重要参量，固体颗粒质量流量的测量有助于管道调整最优的输送条件以减小能耗和输送系统磨损，因此对该参数进行准确实时的测量显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于高温强磁场下用气力输运的浓相颗粒流流量测量方法，作为对颗粒流在管道内运输的实验装置的一个补充。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种用于高温强磁场下浓相颗粒流流量测量仪，包括实验管道、压电陶瓷声波传感器、第一电容传感器、第二电容传感器、前置放大器、主放大器、信号采集卡、电容传感器接口电路、放大器和配套计算机；所述的实验管道中通入氮气-颗粒气固两相流，实验管道轴线沿水平方向放置，实验管道使用固定支架将实验管道稳定固定，其形变位移极小；所述的压电陶瓷声波传感器为关于轴线对称的一对，安装在实验管道外侧，所述的前置放大器，主放大器，及信号采集卡依次连接在压电陶瓷声波传感器上，对数据进行处理，再与配套计算机连接，得出所需数据；所述的第一电容传感器为关于轴线对称的四组共8个，安装在实验管道外侧；所述的第二电容传感器为关于轴线对称的四组共8个，安装在实验管道外侧；所述的第一电容传感器与第二电容传感器构成完全一致；第一电容传感器和第二电容传感器同时接入电容传感器接口电路、放大器，再接入配套计算机，得出所需的浓度及速度数据。其中，电容传感器组件由电容传感器屏蔽罩及第一电容传感器、第二电容传感器一并构成，第一电容传感器与第二电容传感器完全一致，其外所用的电容传感器屏蔽罩也完全一致，用以屏蔽电磁场对传感器的影响；第一电容传感器与第二电容传感器每隔45°在实验管道4外壁上分布，传出4组数据，以得到较为准确的测量氦气颗粒浓度及颗粒速度结果。一种用于高温强磁场下浓相颗粒流流量测量方法，该方法包括如下步骤：步骤(1)、在泵与管道交界处，安装接收声信号的压电陶瓷声波传感器，对声信号传感器接收到的信号，通过前置放大器、主放大器、信号采集卡和信号处理装置，采用小波分析的方法，得到泵出口处的颗粒流浓度；步骤(2)、同样，在泵与管道交界处，安装四个接收电信号的电容传感器，对电信号进行放大并通过信号处理装置得到泵出口处的电容平均值，此值与步骤(1)中的颗粒流浓度相对应，在其后的管道测量中得到的电容平均值与颗粒流浓度的比，等于泵出口处的电容平均值与颗粒流浓度的比值。由此得到管道中任意位置电容传感器对应的颗粒流浓度值；步骤(3)、两组安装距离较近的电容传感器为测量颗粒速度的仪器，对得到的电信号进行相关法卷积处理得到通过两组传感器的时间，在已知两组电容传感器距离的情况下，可以得到颗粒流速度。本专利技术与现有技术相比的优点在于：由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，采用在管道外加压电陶瓷声波传感器及电容传感器，并辅以前置放大器、主放大器、信号采集卡和信号处理装置；使用小波变换和相关法进行图像分析的方法处理数据。通过声发射法测得浓度作为电容法的基准值，从而获得管道中任意时刻任意位置的颗粒浓度。再利用对电容传感器进行相关法处理获得速度值。进而得到质量流量。这套装置可以在高温和强磁场环境下稳定可靠运行；同时将稀相下有效的测量方法进行改进，使其在颗粒流浓相状态下，在流型不均匀状态下有效运行；在任意部位均可以安装，且可以得到实时数据。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例提供高温强磁场下浓相颗粒流质量流量计的结构效果图；图2为本专利技术实施例提供高温强磁场下浓相颗粒流流量计的管道结构示意图；图中，1为压电陶瓷声波传感器，2为第一电容传感器，3为第二电容传感器，4为实验管道，5为前置放大器，6为主放大器，7为信号采集卡，8为电容传感器接口电路，9为放大器，10为配套计算机。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。实施例如图1所示，本专利技术一种用于高温强磁场下浓相颗粒流流量测量仪，包括：实验管道4、压电陶瓷声波传感器1、第一电容传感器2、第二电容传感器3、前置放大器5、主放大器6、信号采集卡7、电容传感器接口电路8、放大器9、配套计算机10。所述的实验管道4中通入氮气-颗粒气固两相流，实验管道4轴线沿水平方向放置，实验管道4使用固定支架将实验管道4稳定固定，其形变位移极小。所述的压电陶瓷声波传感器1为关于轴线对称的一对，安装在实验管道4外侧，所述的前置放大器5，主放大器6，及信号采集卡7依次连接在压电陶瓷声波传感器1上，对数据进行处理，再与配套计算机10连接，得出所需数据。所述的第一电容传感器2为关于轴线对称的四组共8个，安装在实验管道4外侧。所述的第二电容传感器3为关于轴线对称的四组共8个，安装在实验管道4外侧。所述的第一电容传感器2与第二电容传感器3构成完全一致。第一电容传感器2和第二电容传感器3同时接入电容传感器接口电路8、放大器9，再接入配套计算机10，得出所需的浓度及速度数据。如图2所示，浓相颗粒流流量计的管道结构，电容传感器组件由电容传感器屏蔽罩11及第一电容传感器2、第二电容传感器3一并构成，第一电容传感器2与第二电容传感器3完全一致，其外所用的电容传感器屏蔽罩也完全一致，用以屏蔽电磁场对传感器的影响。第一电容传感器2与第二电容传感器3每隔45°在实验管道4外壁上分布，传出4组数据，以得到较为准确的测量氦气颗粒浓度及颗粒速度结果。以上为本专利技术实施例提供的用于高温强磁场下颗粒流流量测量仪器的组成，为了便于理解，下面针对其原理进行详细的说明。本专利技术实施例所提供的上述测量仪器主要解决如下三个技术问题：1)如何使流量计在高温强磁场下正常工作；2)实验过程中，如何解决颗粒流由于温度及重力沉积影响带来的流量偏差；3)颗粒流浓相状态下传统测量方法失效的问题。1)针对问题1，对于气固两相流，常见的测量方法有直接测量法和间接测量法。直本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于高温强磁场下浓相颗粒流流量测量仪，其特征在于，包括实验管道(4)、压电陶瓷声波传感器(1)、第一电容传感器(2)、第二电容传感器(3)、前置放大器(5)、主放大器(6)、信号采集卡(7)、电容传感器接口电路(8)、放大器(9)和配套计算机(10)；所述的实验管道(4)中通入氮气‑颗粒气固两相流，实验管道(4)轴线沿水平方向放置，实验管道(4)使用固定支架将实验管道(4)稳定固定，其形变位移极小；所述的压电陶瓷声波传感器(1)为关于轴线对称的一对，安装在实验管道(4)外侧，所述的前置放大器(5)，主放大器(6)，及信号采集卡(7)依次连接在压电陶瓷声波传感器(1)上，对数据进行处理，再与配套计算机(10)连接，得出所需数据；所述的第一电容传感器(2)为关于轴线对称的四组共8个，安装在实验管道(4)外侧；所述的第二电容传感器(3)为关于轴线对称的四组共8个，安装在实验管道(4)外侧；所述的第一电容传感器(2)与第二电容传感器(3)构成完全一致；第一电容传感器(2)和第二电容传感器(3)同时接入电容传感器接口电路(8)、放大器(9)，再接入配套计算机(10)，得出所需的浓度及速度数据。...

【技术特征摘要】
1.一种用于高温强磁场下浓相颗粒流流量测量仪，其特征在于，包括实验管道(4)、压电陶瓷声波传感器(1)、第一电容传感器(2)、第二电容传感器(3)、前置放大器(5)、主放大器(6)、信号采集卡(7)、电容传感器接口电路(8)、放大器(9)和配套计算机(10)；所述的实验管道(4)中通入氮气-颗粒气固两相流，实验管道(4)轴线沿水平方向放置，实验管道(4)使用固定支架将实验管道(4)稳定固定，其形变位移极小；所述的压电陶瓷声波传感器(1)为关于轴线对称的一对，安装在实验管道(4)外侧，所述的前置放大器(5)，主放大器(6)，及信号采集卡(7)依次连接在压电陶瓷声波传感器(1)上，对数据进行处理，再与配套计算机(10)连接，得出所需数据；所述的第一电容传感器(2)为关于轴线对称的四组共8个，安装在实验管道(4)外侧；所述的第二电容传感器(3)为关于轴线对称的四组共8个，安装在实验管道(4)外侧；所述的第一电容传感器(2)与第二电容传感器(3)构成完全一致；第一电容传感器(2)和第二电容传感器(3)同时接入电容传感器接口电路(8)、放大器(9)，再接入配套计算机(10)，得出所需的浓度及速度数据。2.如权利要求1所述的用于高温强磁场下浓相颗粒流流量测量仪，其特征在于：电容传感器组件由电...

【专利技术属性】
技术研发人员：李远杰，苏圣越，刘显科，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34