颗粒速度分布的弧状静电传感器阵列测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种颗粒速度分布的弧状静电传感器阵列测量方法及装置。该方法在管道上布置一弧状电极阵列，当带电颗粒通过静电传感器阵列时，电极阵列的每一行电极组将产生两组反映气固流动信息的静电信号，接入差分放大电路放大后，经数据采集电路送入计算机，在计算机内对差分静电信号进行频谱分析并确定频谱上的峰值频率，进而获得该电极组敏感空间内气固两相流颗粒平均速度，周向上所有电极组结合可实现速度分布测量。相比于单环及多环静电感应滤波器，弧状静电传感器阵列能够实现管道截面颗粒速度分布测量，具有较高的准确性。本发明专利技术的颗粒速度的弧状静电传感器阵列测量装置包括测量探头、电荷差分放大电路、数据采集卡及计算机。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于气固两相流测量
，具体涉及一种颗粒速度分布的弧状静电传 感器阵列测量方法及装置。
技术介绍
气固两相流系统广泛存在于能源、化工、电力及冶金等工业领域。实现气固两相流 颗粒速度分布测量对于推动气固两相流机理研究以及生产过程的粉体流量计量、节能与控 制具有重要意义。目前，基于不同的测量原理，人们已开发了多种非接触式颗粒速度测量方 法，如多普勒、互相关、空间滤波、直接观察法等。多普勒颗粒速度测量基本原理是利用颗粒 的移动导致散射光产生频移测量颗粒速度，具有简单、可靠等特点，在流体实验研究领域得 到了广泛的应用，流动测量可从毫米级到几米的管道直径范围。但是多普勒速度测量系统 设备昂贵，且仅适用于稀相悬浮流动条件。直接观察法主要包括高速摄像、PIV技术、荧光 粒子示踪等方法，可获得完整的颗粒流动速度分布测量，但结果分析耗时，仅适用于实验室 研究，不适合工业现场应用。以相关技术为基础构成的两相流速度测量系统，具有测量范围 宽、适应性强、不阻碍流动，可实现非接触测量等优点，在工业应用上，与其它测量方法相比 有较大的优势，为解决气固两相流速度、流量测量问题提供了强有力的技术手段。光学空间 滤波法可实现颗粒和物体移动速度的测量，具有系统结构简单，光学及机械性能稳定，光源 选择范围广，数据处理方便等优点，但对于恶劣的工业现场环境，尤其是在稠密气固流动测 量应用上，有待进一步完善。另外，限制相关法、多普勒和光学空间滤波法应用的一个至关 重要的因素这些方法属于点/线测量方法或平均速度测量方法，而无法实现颗粒速度分布 瞬态同时测量，因此对于揭示气固流动机理和粉体流量计量十分不利。气固流动系统中颗粒与颗粒、颗粒与气体及颗粒与管壁的相互碰撞、摩擦及分离， 导致颗粒产生荷电现象。近些年来，人们利用颗粒荷电研究并开发了静电相关法及静电感 应空间滤波颗粒速度测速仪，测量系统具有结构简单、硬件成本低、适合于恶劣的工业现场 环境等特点。但静电相关和空间滤波法，主要采用环状静电传感器，由于环状静电传感器输 出信号是其敏感区域内的所有带电颗粒产生感应电荷的叠加，因而无法获得管道截面上颗 粒速度分布信息。
技术实现思路
为了克服现有气固两相流速度测量方法的不足，本专利技术提出了一种颗粒速度分布 的弧状静电传感器阵列测量方法及装置，本专利技术能够实现管道截面颗粒速度分布的测量， 提高静电感应空间滤波器的选择性，降低速度信号中心频率测量的不确定性，进而提高了 颗粒速度测量的准确性。本专利技术采用如下技术方案本专利技术所述的一种颗粒速度分布的弧状静电传感器阵列测量方法，取一绝缘测量 管道，在绝缘测量管道的外壁上设置电极阵列，所述的电极阵列为CXlO电极阵列，C为电极阵列行数，每行电极沿绝缘测量管道的轴向分布，将每行电极中的奇数电极进行电连接， 将每行电极中的偶数电极进行电连接，再分别将第i行电极中的奇数电极及第i行电极中 的偶数电极连接于第i路电荷差分放大电路的第一、第二输入端，其中，i为电极阵列中任 意一行电极的行数，且1 ( i ( C，再将每路电荷差分放大电路的输出信号由数据采集电路 送入计算机，由计算机对数据采集卡的每路输出信号进行频谱分析并确定频谱上的峰值频 率，进而计算获得气固两相流颗粒速度分布。 本专利技术所述的一种用于实施颗粒速度分布的弧状静电传感器阵列测量方法的装 置，包括绝缘测量管道、数据采集卡及用于对数据采集卡的输出信号进行频谱分析并确定 频谱上的峰值频率、进而计算获得气固两相流颗粒速度分布的计算机，所述装置还包括电 荷差分放大电路以及在绝缘测量管道外壁上设置的电极阵列，所述的电极阵列为CXlO电 极阵列，C为电极阵列行数，每行电极沿绝缘测量管道的轴向分布，每行电极中的奇数电极 进行电连接，每行电极中的偶数电极进行电连接，第i行电极中的奇数电极及第i行电极中 的偶数电极分别与第i路电荷差分放大电路的第一、第二输入端连接，其中，i为电极阵列 中任意一行电极的行数，且1 < i < C，每路电荷差分放大电路的输出端分别与数据采集卡 的第1 C个输入端连接。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点1)相比于单环及多环静电感应空间滤波器，本专利技术弧状静电传感器阵列结合差分 放大电路，实现管道截面颗粒速度分布的测量，可用于复杂的气固两相流动测量；2)静电传感器阵列提高了静电感应空间滤波器的选择性，降低了速度信号中心频 率测量的不确定性，提高了颗粒速度测量的准确性；3)弧状静电传感器阵列在结构上对流体的流动状况无影响，属于非接触式测量方 法，具有结构简单，信号处理方便，价格低廉等特点，适合于恶劣的工业气力输送和气固两 相流系统中应用。附图说明图1是弧状静电传感器阵列气固两相流颗粒速度分布测量装置的示意图；其中， 1-测量探头；2-电荷差分放大电路；3-数据采集卡；4-计算机。图2是本专利技术弧状静电传感器阵列探头结构简图，其中，5-电极阵列；6-绝缘测量 管道；7-第i行电极中的偶数电极连接导线；8-第i行电极中的奇数电极连接导线；9-金属屏蔽罩。图3是弧状静电传感器阵列电荷差分放大电路图；其中，10-第一输入端；11-第 二输入端；12-输出端。具体实施例方式实施例1一种颗粒速度分布的弧状静电传感器阵列测量方法，其特征在于，取一绝缘测量 管道6，在绝缘测量管道6的外壁上设置电极阵列5，所述的电极阵列5为8X 10电极阵列， 每行电极沿绝缘测量管道6的轴向分布，将每行电极中的奇数电极进行电连接，将每行电 极中的偶数电极进行电连接，再分别将第i行电极中的奇数电极及第i行电极中的偶数电极连接于第i路差分放大电路的第一输入端10和第二输入端11，其中，i为电极阵列中任 意一行电极的行数，且1 < i < 8，再将每路电荷差分放大电路的输出信号由数据采集电路 3送入计算机4，由计算机4对数据采集卡3的每路输出信号进行频谱分析并确定频谱上的 峰值频率，进而计算获得气固两相流颗粒速度分布。实施例2一种用于实施颗粒速度分布的弧状静电传感器阵列测量方法的装置，包括绝缘 测量管道6、数据采集卡3及用于对数据采集卡3的输出信号进行频谱分析并确定频谱上 的峰值频率、进而计算获得气固两相流颗粒速度分布的计算机4，所述装置还包括电荷差分 放大电路，在绝缘测量管道6的外壁上设置电极阵列5，所述的电极阵列5为8X10电极阵 列，每行电极沿绝缘测量管道6的轴向分布，每行电极中的奇数电极进行电连接，每行电极 中的偶数电极进行电连接，第i行电极中的奇数电极及第i行电极中的偶数电极分别与第 i路电荷差分放大电路的第一输入端10、第二输入端11连接，其中，i为电极阵列中任意一 行电极的行数，且1 < i < 8，每路电荷差分放大电路的输出端12分别与数据采集卡3的第 1至第8输入端相连接。下面参照附图，对本专利技术的具体实施方案做出更为详细的说明1)8X10电极阵列5安装在绝缘测量管道6外壁周向位置上，该电极阵列5产生的 2X8组反应气固两相流颗粒速度分布信息的独立静电感应信号，由第1电荷差分放大电路 至第8电荷差分放大电路差分放大后，产生8组差分静电信号，并由数据采集卡3送入计算 机4。其中电极阵列5的行数8，可根据实际测量管道的尺寸进行确定。2)在计本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种颗粒速度分布的弧状静电传感器阵列测量方法，其特征在于，取一绝缘测量管道（６），在绝缘测量管道（６）的外壁上设置电极阵列（５），所述的电极阵列（５）为Ｃ×１０电极阵列，Ｃ为电极阵列（５）的行数，每行电极沿绝缘测量管道（６）的轴向分布，将每行电极中的奇数电极进行电连接，将每行电极中的偶数电极进行电连接，再分别将第ｉ行电极中的奇数电极及第ｉ行电极中的偶数电极连接于第ｉ路电荷差分放大电路的第一输入端（１０）、第二输入端（１１），其中，ｉ为电极阵列中任意一行电极的行数，且１≤ｉ≤Ｃ，再将每路电荷差分放大电路的输出信号由数据采集电路（３）送入计算机（４），由计算机（４）对数据采集卡（３）的每路输出信号进行频谱分析并确定频谱上的峰值频率，进而计算获得气固两相流颗粒速度分布。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许传龙，李健，高鹤明，付飞飞，王式民，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]