一种气力输送两相流颗粒荷电分布测量方法及测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于气固两相流流动检测技术领域，具体涉及一种气力输送两相流颗粒荷电分布测量方法：将传感器输出的静电信号作为投影数据，颗粒介质分布和速度分布作为先验信息，结合传感器的动态空间电荷灵敏度，利用图像重建算法反演颗粒荷电分布。本发明专利技术还公开了应用上述测量方法的测量装置。本发明专利技术提出的颗粒荷电分布测量方法有效解决了目前颗粒荷电分布测量存在的问题，可实现颗粒荷电分布的有效测量。根据本发明专利技术可实时有效测量出气力输送两相流颗粒荷电分布。本发明专利技术将为探究气固两相流基本流动特性、监控工业生产过程以及预防静电危害提供基础测量方法和手段。

A method for measuring particle charge distribution in two-phase flow of pneumatic conveying and measuring device

The invention belongs to the technical field of gas-solid two-phase flow detection, in particular relates to a method for measuring the charge distribution of particles in pneumatic two-phase flow, in which the electrostatic signal output by the sensor is used as projection data, the particle medium distribution and velocity distribution are used as prior information, and the image is used in combination with the dynamic space charge sensitivity of the sensor. The reconstruction algorithm is used to inverse the particle charge distribution. The invention also discloses a measuring device using the above measuring method. The particle charge distribution measurement method proposed by the invention effectively solves the problems existing in the current particle charge distribution measurement, and realizes the effective measurement of the particle charge distribution. According to the invention, the particle charging distribution of two phase flow in pneumatic conveying can be measured in real time. The invention will provide a basic measuring method and means for exploring the basic flow characteristics of gas-solid two-phase flow, monitoring industrial production process and preventing electrostatic hazards.

【技术实现步骤摘要】
一种气力输送两相流颗粒荷电分布测量方法及测量装置
本专利技术属于气固两相流流动检测
，具体涉及一种气力输送两相流颗粒荷电测量方法以及测量装置。
技术介绍
气力输送系统广泛应用于电力、化工、制药、冶金等领域。在气力输送过程中，颗粒荷电现象普遍存在。实现颗粒荷电的实时准确测量可有效防止气力输送过程中各种类型的静电放电以及由此引发的火灾和爆炸等事故。对气力输送两相流颗粒荷电检测方法及技术的研究具有重要的科学意义和工业应用价值。气力输送两相流颗粒荷电测量方法主要有两种，即法拉第筒法和静电探头法。目前，法拉第筒法无法实现颗粒荷电的在线测量。静电探头法与层析成像技术相结合，即为静电层析成像(EST)技术，可实现气力输送两相流的颗粒电荷分布在线测量。目前的EST技术在实际应用中未获得实质性进展，主要存在两个原因：一是EST采用被动式静电传感器，传感机制单一，获取的有效信息较少，导致电荷分布测量分辨率较低、反演精度不高；二是EST传感器探头上的感应电荷不仅取决于传感器内荷电颗粒的带电量，还取决于荷电颗粒的空间位置以及颗粒的速度和浓度等因素，是许多因素综合效应后的结果，若不考虑管内荷电颗粒的这些流动信息，很难从EST探头上的感应电荷中提取出能直接表征颗粒真实荷电量的信息。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述气力输送两相流颗粒荷电检测技术存在的缺点，提供一种基于静电耦合电容双模复用阵列传感器的气力输送两相流颗粒荷电分布测量新方法及测量装置，将传感器输出的静电信号作为投影数据，颗粒介质分布和速度分布作为先验信息，结合传感器的动态空间电荷灵敏度，利用图像重建算法反演颗粒荷电分布。该方法充分考虑了管内荷电颗粒的速度及浓度等流动信息，实现颗粒荷电分布的在线、非接触测量。为实现气力输送两相流颗粒荷电的调控和消除、以及揭示颗粒荷电与两相流动的相互作用机制提供必要的测量手段。本专利技术的第一个目的是提供一种基于静电耦合电容双模复用阵列传感器的气力输送两相流颗粒荷电分布测量方法，其特征是，所述静电耦合电容双模复用阵列传感器包括16个静电-电容双模复用弧状检测电极和8个电容激励电极；16个静电-电容双模复用弧状检测电极分为上下游两组，每组8个均匀周向布置在传感器管道上，上游电极与下游电极相对设置构成双阵列结构；8个电容激励电极均匀周向布置在传感器管道上，电容激励电极与静电-电容双模复用弧状检测电极间隔设置；测量方法具体步骤为：步骤一：利用数值模拟和实验相结合的方法获取静电耦合电容双模复用阵列传感器电极Ei在管道截面(x,y)位置处的动态空间电荷灵敏度：Si(x,y,ε(x,y),v(x,y))，用以表征传感器输出静电信号与颗粒速度、浓度、位置以及携带荷电量之间的定量关系。ε(x,y)为(x,y)位置处的颗粒介质浓度；v(x,y)为(x,y)位置处的颗粒速度。步骤二：建立颗粒荷电分布测量系统的正向模型：式中：Qi为传感器电极Ei上的感应电荷值；G(x,y)为管道截面(x,y)位置处的电荷分布；D表示管道截面区域。将式(1)转化为矩阵形式：式中，i为传感器电极数目；N为电荷成像像素点；SiN表示传感器电极Ei在第N个电荷成像像素点位置处的电荷灵敏度；GN表示第N个电荷成像像素点位置处的电荷分布。式(2)可简写成：Q＝S·G(3)步骤三：利用静电耦合电容双模复用阵列传感器输出电容信号结合层析成像法重建管道双截面颗粒浓度分布ε1(x,y)和ε2(x,y)，将ε1(x,y)和ε2(x,y)进行融合，得到传感器区域内气固两相流颗粒浓度最优分布εo(x,y)。步骤四：利用静电耦合电容双模复用阵列传感器输出静电信号结合互相关法得到颗粒局部速度，利用双截面颗粒浓度分布结合图像互相关算法得到颗粒速度分布，之后将颗粒局部速度和速度分布进行融合，得到传感器区域内气固两相流颗粒速度最优分布vo(x,y)。步骤五：将εo(x,y)和vo(x,y)作为先验信息，实时更新传感器的动态空间电荷灵敏度，得到Si(x,y,εo(x,y),vo(x,y))，其矩阵形式为So。步骤六：将传感器电极上的感应电荷Q作为投影数据，结合实时更新后的So，利用线性反投影算法得到管道截面的电荷分布：式中，SoT为So的转置矩阵。本专利技术的第二个目的是提供一种基于静电耦合电容双模复用阵列传感器的气力输送两相流颗粒荷电分布测量装置，主要包括静电耦合电容双模复用传感器、静电与电容信号分离与采集模块、浓度分布测量模块、速度分布测量模块以及成像计算机，静电耦合电容双模复用传感器与静电与电容信号分离与采集模块相连接，静电与电容信号分离与采集模块分别与浓度分布测量模块、速度分布测量模块以及成像计算机相连接，浓度分布测量模块、速度分布测量模块分别与成像计算机相连接。优选的，所述16个静电-电容双模复用弧状检测电极分别为S11，S12，S13，S14，S15，S16，S17，S18，S21，S22，S23，S24，S25，S26，S27，S28；S11，S12，S13，S14，S15，S16，S17，S18组成上游检测电极组，S21，S22，S23，S24，S25，S26，S27，S28组成下游检测电极组，每组8个静电-电容双模复用弧状检测电极均匀周向布置在传感器管道上，单个静电-电容双模复用弧状检测电极轴向设置，上游检测电极组的8个检测电极与下游检测电极组的8个检测电极一一相对设置构成双阵列结构；所述8个电容激励电极为E1，E2，E3，E4，E5，E6，E7，E8；单个电容激励电极轴向设置，8个电容激励电极均匀周向布置在传感器管道上，电容激励电极与静电-电容双模复用弧状检测电极间隔设置。优选的，所述静电-电容双模复用弧状检测电极的长度小于电容激励电极长度的一半，静电-电容双模复用弧状检测电极的宽度大于电容激励电极的宽度。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：第一，本专利技术在气力输送两相流颗粒荷电分布测量过程中，首先利用静电耦合电容双模复用阵列传感器获得同一区域内颗粒的介质浓度分布和速度分布，有效解决了目前静电与电容融合测量传感器敏感区域不一致性问题。然后利用测得的颗粒介质浓度分布和速度分布作为先验信息实时更新传感器电极的动态空间电荷灵敏度。之后将传感器输出的感应电荷作为投影数据，结合其动态空间电荷灵敏度，反演出气力输送两相流颗粒荷电分布。因此，利用该方法进行颗粒荷电测量时充分考虑了管内荷电颗粒的空间位置以及颗粒的速度和浓度信息，有效突破了目前EST技术测量颗粒荷电分布的技术瓶颈。第二，根据本专利技术提出的颗粒荷电分布测量方法及装置可实时有效测量出气力输送两相流颗粒荷电分布。该专利技术将为探究气固两相流基本流动特性、监控工业生产过程以及预防静电危害提供基础测量方法和手段。附图说明图1是本专利技术基于静电耦合电容双模复用阵列传感器的气力输送两相流颗粒荷电分布测量装置的结构示意图；图2是本专利技术静电耦合电容双模复用阵列传感器的结构示意图(传感器电极展开状态)；图3是本专利技术静电耦合电容双模复用阵列传感器的结构示意图(传感器三维状态)；图4是本专利技术基于静电耦合电容双模复用阵列传感器的气力输送两相流颗粒荷电分布测量方法的流程示意图。具体实施方式一种基于静电耦合电容双模复用传感器的气力输送两相流颗粒荷电分布测量装置，主要包括静本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于静电耦合电容双模复用阵列传感器的气力输送两相流颗粒荷电分布测量方法，其特征是，所述静电耦合电容双模复用阵列传感器包括16个静电‑电容双模复用弧状检测电极和8个电容激励电极；16个静电‑电容双模复用弧状检测电极分为上下游两组，每组8个均匀周向布置在传感器管道上，上游电极与下游电极相对设置构成双阵列结构；8个电容激励电极均匀周向布置在传感器管道上，电容激励电极与静电‑电容双模复用弧状检测电极间隔设置；所述测量方法包括以下步骤：步骤一：利用数值模拟和实验相结合的方法获取静电耦合电容双模复用阵列传感器电极Ei在管道截面(x,y)位置处的动态空间电荷灵敏度：Si(x,y,ε(x,y),v(x,y))，用以表征传感器输出静电信号与颗粒速度、浓度、位置以及携带荷电量之间的定量关系，其中ε(x,y)为(x,y)位置处的颗粒介质浓度；v(x,y)为(x,y)位置处的颗粒速度；步骤二：建立颗粒荷电分布测量系统的正向模型：

【技术特征摘要】
1.一种基于静电耦合电容双模复用阵列传感器的气力输送两相流颗粒荷电分布测量方法，其特征是，所述静电耦合电容双模复用阵列传感器包括16个静电-电容双模复用弧状检测电极和8个电容激励电极；16个静电-电容双模复用弧状检测电极分为上下游两组，每组8个均匀周向布置在传感器管道上，上游电极与下游电极相对设置构成双阵列结构；8个电容激励电极均匀周向布置在传感器管道上，电容激励电极与静电-电容双模复用弧状检测电极间隔设置；所述测量方法包括以下步骤：步骤一：利用数值模拟和实验相结合的方法获取静电耦合电容双模复用阵列传感器电极Ei在管道截面(x,y)位置处的动态空间电荷灵敏度：Si(x,y,ε(x,y),v(x,y))，用以表征传感器输出静电信号与颗粒速度、浓度、位置以及携带荷电量之间的定量关系，其中ε(x,y)为(x,y)位置处的颗粒介质浓度；v(x,y)为(x,y)位置处的颗粒速度；步骤二：建立颗粒荷电分布测量系统的正向模型：式(1)中：Qi为传感器电极Ei上的感应电荷值；G(x,y)为管道截面(x,y)位置处的电荷分布；D表示管道截面区域；将式(1)转化为矩阵形式：式(2)中，i为传感器电极数目；N为电荷成像像素点；SiN表示传感器电极Ei在第N个电荷成像像素点位置处的电荷灵敏度；GN表示第N个电荷成像像素点位置处的电荷分布；式(2)可简写成：Q＝S·G(3)步骤三：利用静电耦合电容双模复用阵列传感器输出电容信号结合层析成像法重建管道双截面颗粒浓度分布ε1(x,y)和ε2(x,y)，将ε1(x,y)和ε2(x,y)进行融合，得到传感器区域内气固两相流颗粒浓度最优分布εo(x,y)；步骤四：利用静电耦合电容双模复用阵列传感器输出静电信号结合互相关法得到颗粒局部速度，利用双截面颗粒浓度分布结合图像互相关算法得到颗粒速度分布，之后将颗粒局部速度和速度分布进行融合，得到传感器区域内气固两相流颗粒速度最优分布vo(x,y)；步骤五：将εo(x,y)和vo(x,y)作为先验信息，实...

【专利技术属性】
技术研发人员：王胜南，许传龙，李健，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32