用于测量粉状物料流量的可循环物料输送设备及计量方法技术

用于测量粉状物料流量的可循环物料输送设备及计量方法，第一物料罐和第二物料罐的进气管口分别连接气动力输送装置的两个出气口，第一物料罐的出料管口与第一物料流动三通管的一个管口相连，第一物料罐的进料管口与第一物料流动三通管的另一个管口相连，第一物料流动三通管的第三个管口连接测量管段的一个端口，第二物料罐的出料管口与第二物料流动三通管的一个管口相连，第二物料罐的进料管口与第二物料流动三通管的另一个管口相连，第二物料流动三通管的第三个管口连接测量管段的另一个端口，第一物料罐和第二物料罐的顶部均设置有压力传感器和排空管及开关阀门。本发明专利技术可对关于物料流量的电压波动时间序列进行快速准确地采集。确地采集。确地采集。

【技术实现步骤摘要】
用于测量粉状物料流量的可循环物料输送设备及计量方法


[0001]本专利技术涉及一种粉状物料计量方法。特别是涉及一种用于测量粉状物料流量的可循环物料输送设备及计量方法。

技术介绍

[0002]随着现代工业的发展，固体物料的气力输送由于其密闭、精确、环保、实时测量等优势得到许多行业对于气固两相流流量计量的关注。气固两相流的研究对于工业设备设计和操作条件优化具有重要意义，在化工生产、火力发电、煤炭运输、药物质检等领域，固体颗粒的质量流量为一个重要参数，在检测和运输环节具有至关重要的意义。当前，大多数的气固两相流流量计量方法存在实时性差、测量精度低等问题，高效、精确的质量流量测量系统仍有待发展。
[0003]近年来软测量模型在多相流测量领域应用快速发展，尤其是深度学习方法的不断更新拓宽了多相流软测量模型的应用范围。深度学习技术通过无监督或有监督的学习方式逐层提取特征，排除离线人为计量时存在的不确定性和主观性，能够客观、准确地反映被测对象的基本规律。可视图理论作为复杂网络分析的重要方法，其在一元时间序列分析上的应用十分广泛，尤其是具有更好抗噪能力的有限穿越可视图，可将原始信号映射到复杂网络获取特征度序列。通过软测量模型可对传感器获取得到的多元时间序列进行融合分析，深度学习方法可精确、高效地提取气固两相流的特征信息。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是，为克服现有技术的不足，提供一种可精确、高效地提取气固两相流特征信息的用于测量粉状物料流量的可循环物料输送设备及计量方法。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是：一种用于测量粉状物料流量的可循环物料输送设备，包括有第一物料罐、第二物料罐、由空压机和干冷机构成的用于产生输送粉状物料的气体的气动力输送装置、以及用于获取粉状物料流量波动信号的设置在测量管段上的多电极正交式静电传感器，其中，所述第一物料罐的进气管口连接气动力输送装置的一个出气口，所述第二物料罐的进气管口连接气动力输送装置的另一个出气口，所述第一物料罐的出料管口与第一物料流动三通管的一个管口相连，所述第一物料罐的进料管口与第一物料流动三通管的另一个管口相连，所述第一物料流动三通管的第三个管口连接所述测量管段的一个端口，所述第二物料罐的出料管口与第二物料流动三通管的一个管口相连，所述第二物料罐的进料管口与第二物料流动三通管的另一个管口相连，所述第二物料流动三通管的第三个管口连接所述测量管段的另一个端口，所述第一物料罐和第二物料罐的顶部均设置有用于检测罐内压力的压力传感器和用于控制罐内压力的排空管，所述排空管上设置有开关阀门。
[0006]所述第一物料罐的进气管上设置有第一进气阀门，所述第二物料罐的进气管上设置有第二进气阀门，所述第一物料流动三通管在与所述第一物料罐的进料管口和出料管口
相连的管线上分别对应设置有第一阀门和第二阀门，所述第二物料流动三通管在与所述第二物料罐的进料管口和出料管口相连的管线上分别对应设置有第三阀门和第四阀门。
[0007]所述第一物料流动三通管和第二物料流动三通管的三个管口在分别与所述第一物料罐、第二物料罐和测量管段的相连接处均是通过法兰相连接，所述气动力输送装置在与所述第一物料罐、第二物料罐的相连接处均是通过法兰相连接。
[0008]所述的多电极正交式静电传感器包括有等间隔的镶嵌在所述测量管段的同一径向截面的内周面上的8个结构相同的金属测量电极片，每2个金属测量电极片构成一个测量电极对，共构成4个测量电极对，构成测量电极对的2个金属测量电极片在测量管段的径向截面上分别位于同一直径的两个端部，且其中一个金属测量电极片为激励电极，另一个金属测量电极片为信号采集电极，两个相正交的测量电极对构成一组测量电极，共构成2组测量电极。
[0009]一种采用可循环物料输送设备的计量方法，包括如下步骤：
[0010]1)采用可循环物料输送设备获取粉状物料流量电压波动信号；
[0011]2)对物料流量电压波动信号采用有限穿越可视图的方法进行映射处理，得到度序列，将物料流量电压波动信号和度序列分别划分为训练集、验证集和测试集，训练集、验证集和测试集的比例为8:1:1；
[0012]3)构建双输入特征融合卷积神经网络模型；
[0013]4)用构建的双输入特征融合卷积神经网络模型对物料流量电压波动信号进行特征融合，并实现粉状物料输送过程中的流量测量。
[0014]步骤1)包括：
[0015]当粉状物料由第一物料罐输送至第二物料罐时，打开第一进气阀门、第二阀门和第三阀门，关闭第二进气阀门、第四阀门和第一阀门，气动力输送装置输送冷空气进入第一物料罐，与第一物料罐中的粉状物料混合形成气固混合相物料，依次经过第一物料流动三通管、测量管段和第二物料流动三通管进入第二物料罐；当粉状物料由第二物料罐输送至第一物料罐的过程中，打开第二进气阀门、第四阀门和第一阀门，关闭第一进气阀门、第二阀门和第三阀门，气动力输送装置输送冷空气进入第二物料罐，与第二物料罐中的粉状物料混合形成气固混合相物料，依次经过第二物料流动三通管、测量管段和第一物料流动三通管进入第一物料罐；
[0016]在所述的气固混合相物料流经测量管段时，设置在所述测量管段内壁上的多电极正交式静电传感器采集物料流量的波动信号，具体是由恒定信号源产生周期性的激励信号对2组测量电极进行周期性交替充电，每次充电时，对每组测量电极中的激励电极是同时充电，当对其中一组测量电极中的激励电极进行充电时，另一组测量电极中的采集电极采集信号；
[0017]对2组测量电极进行周期性交替充电，管内产生90
°
正交的基准电场，一个采样周期内两组测量电极均进行充放电一次，每组测量电极放电时采集两个反映物料质量流量的放电电压值，相加即得到该组测量电极的电压采样值，每个采样周期内获取两个电压采样值；在连续进行的设定数量的采样周期中，每组测量电极采集一路物料流量电压波动信号，多电极正交式静电传感器共获取两路测量物料流量的物料流量电压波动信号，以离线标定流量的方式确定信号标签值。
[0018]安装在第一物料罐或第二物料罐上的压力传感器实时反馈第一物料罐或第二物料罐中的压力，在确定气动力输送装置送气流速的条件下，根据第一物料罐或第二物料罐中压力变化值对物料流量进行离线标定；第一物料罐和第二物料罐内的气体通过排空管排出，以保证第一物料罐和第二物料罐及测量管道内压力安全。
[0019]步骤2)包括：
[0020](2.1)将两路物料流量电压波动信号分别通过有限穿越可视图的方法映射到复杂网络，提取两路信号所对应的度序列；具体是对于长度为L的物料流量的电压波动信号X＝[x1,x2,
…
,x
L
]，以时间序列形式表示为将每个时间点x
t
视为网络节点，设置有限穿越次数为M，根据以下条件判断网络节点间是否存在连边：
[0021][0022]其中，x
k
，x
i
，x
j
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于测量粉状物料流量的可循环物料输送设备，包括有第一物料罐(4)和第二物料罐(5)，其特征在于，还设置有由空压机和干冷机构成的用于产生输送粉状物料的气体的气动力输送装置(1)、以及用于获取粉状物料流量波动信号的设置在测量管段(16)上的多电极正交式静电传感器，其中，所述第一物料罐(4)的进气管口连接气动力输送装置(1)的一个出气口，所述第二物料罐(5)的进气管口连接气动力输送装置(1)的另一个出气口，所述第一物料罐(4)的出料管口与第一物料流动三通管(15)的一个管口相连，所述第一物料罐(4)的进料管口与第一物料流动三通管(15)的另一个管口相连，所述第一物料流动三通管(15)的第三个管口连接所述测量管段(16)的一个端口，所述第二物料罐(5)的出料管口与第二物料流动三通管(17)的一个管口相连，所述第二物料罐(5)的进料管口与第二物料流动三通管(17)的另一个管口相连，所述第二物料流动三通管(17)的第三个管口连接所述测量管段(16)的另一个端口，所述第一物料罐(4)和第二物料罐(5)的顶部均设置有用于检测罐内压力的压力传感器(8、18)和用于控制罐内压力的排空管(2、3)，所述排空管(2、3)上设置有开关阀门(13、14)。2.根据权利要求1所述的用于测量粉状物料流量的可循环物料输送设备，其特征在于，所述第一物料罐(4)的进气管上设置有第一进气阀门(6)，所述第二物料罐(5)的进气管上设置有第二进气阀门(7)，所述第一物料流动三通管(15)在与所述第一物料罐(4)的进料管口和出料管口相连的管线上分别对应设置有第一阀门(11)和第二阀门(9)，所述第二物料流动三通管(17)在与所述第二物料罐(5)的进料管口和出料管口相连的管线上分别对应设置有第三阀门(12)和第四阀门(10)。3.根据权利要求1所述的用于测量粉状物料流量的可循环物料输送设备，其特征在于，所述第一物料流动三通管(15)和第二物料流动三通管(17)的三个管口在分别与所述第一物料罐(4)、第二物料罐(5)和测量管段(16)的相连接处均是通过法兰相连接，所述气动力输送装置(1)在与所述第一物料罐(4)、第二物料罐(5)的相连接处均是通过法兰相连接。4.根据权利要求1所述的用于测量粉状物料流量的可循环物料输送设备，其特征在于，所述的多电极正交式静电传感器包括有等间隔的镶嵌在所述测量管段(16)的同一径向截面的内周面上的8个结构相同的金属测量电极片(19)，每2个金属测量电极片(19)构成一个测量电极对，共构成4个测量电极对，构成测量电极对的2个金属测量电极片在测量管段(16)的径向截面上分别位于同一直径的两个端部，且其中一个金属测量电极片为激励电极，另一个金属测量电极片为信号采集电极，两个相正交的测量电极对构成一组测量电极，共构成2组测量电极。5.一种采用权利要求1～4任一项所述的可循环物料输送设备的计量方法，其特征在于，包括如下步骤：1)采用可循环物料输送设备获取粉状物料流量电压波动信号；2)对物料流量电压波动信号采用有限穿越可视图的方法进行映射处理，得到度序列，将物料流量电压波动信号和度序列分别划分为训练集、验证集和测试集，训练集、验证集和测试集的比例为8:1:1；3)构建双输入特征融合卷积神经网络模型；4)用构建的双输入特征融合卷积神经网络模型对物料流量电压波动信号进行特征融合，并实现粉状物料输送过程中的流量测量。
6.根据权利要求5所述的计量方法，其特征在于，步骤1)包括：在粉状物料由第一物料罐(4)输送至第二物料罐(5)时，打开第一进气阀门(6)、第二阀门(9)和第三阀门(12)，关闭第二进气阀门(7)、第四阀门(10)和第一阀门(11)，气动力输送装置(1)输送冷空气进入第一物料罐(4)，与第一物料罐(4)中的粉状物料混合形成气固混合相物料，依次经过第一物料流动三通管(15)、测量管段(16)和第二物料流动三通管(17)进入第二物料罐(5)；在粉状物料由第二物料罐(5)输送至第一物料罐(4)的过程中，打开第二进气阀门(7)、第四阀门(10)和第一阀门(11)，关闭第一进气阀门(6)、第二阀门(9)和第三阀门(12)，气动力输送装置(1)输送冷空气进入第二物料罐(5)，与第二物料罐(5)中的粉状物料混合形成气固混合相物料，依次经过第二物料流动三通管(17)、测量管段(16)和第一物料流动三通管(15)进入第一物料罐(4)；在所述的气固混合相物料流经测量管段(16)时，设置在所述测量管段(16)内壁上的多电极正交式静电传感器采集物料流量的波动信号，具体是由恒定信号源产生周期性的激励信号对2组测量电极进行周期性交替充电，每次充电时，对每组测量电极中的激励电极是同时充电，当对其中一组测量电极中的激励电极进行充电时，另一组测量电极中的采集电极采集信号；对2组测量电极进行周期性交替充电，管内产生90
°
正交的基准电场，一个采样周期内两组测量电极均进行充放电一次，每组测量电极放电时采集两个反映物料质量流量的放电电压值，相加即得到该组测量电极的电压采样值，每个采样周期内获取两个电压采样值；在连续进行的设定数量的采样周期中，每组测量电极采集一路物料流量电压波动信号，多电极正交式静电传感器共获取两路测量物料流量的物料流量电压波动信号，以离线标定流量的方式确定信号标签值。7.根据权利要求6所述的计量方法，其特征在于，安装在第一物料罐(4)或第二物料罐(5)上的压力传感器(8、18)实时反馈第一物料罐(4)或第二物料罐(5)中的压力，在确定气动力输送装置(1)送气流速的条件下，根据第一物料罐(4)或第二物料罐(5)中压力变化值对物料流量进行离线标定；第一物料罐(4)和第二物料罐(5)内的气体通过排空管(2、3)排出，以保证第一物料罐(4)和第二物料罐(5)及测量管道内压力安全。8.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：高忠科，张建博，李梦宇，王睿奇，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：