颗粒速度分布的弧状静电传感器阵列测量装置制造方法及图纸

本实用新型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装置，包括：电荷差分放大电路、数据采集卡及计算机，测量探头包括绝缘测量管道和在绝缘测量管道上布置的弧状电极阵列。当带电颗粒通过电极阵列时，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，接入电荷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颗粒速度分布测量。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本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，本技术提出了一种颗粒速度分布的圆弧状静电传感器阵列测量装置，本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。本技术采用如下技术方案：一种颗粒速度分布的弧状静电传感器阵列测量装置，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C×10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-差分放大电路、3-数据采集卡、4-计算机。图2是本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。具体实施方式一种用于实施颗粒速度分布的弧状静电传感器阵列测量装置，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8×10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，每路差分放大电路的输出端12分别与数据采集卡3的第1～8个输入端相连接。下面参照附图，对本技术的具体实施方案做出更为详细的说明：1)8×10电极阵列5安装在绝缘测量管道6外壁周向位置上，该电极器阵列5产生的2×8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)在计算机4内，对采集到的8组差分静电信号ei(n)，i＝1….8，进行傅立叶变换处理得到Ei(k)，然后再取其幅值的平方，并除以静电信号离散数据点数长度N，作为序列ei(n)的功率谱的估计Pi(k)，则：Pi(k)=1N|Ei(k)|2]]>其中，n为时域差分静电信号离散点，k为频域离散点。3)根据步骤2)得到的8组功率谱特性函数的峰值位置确定尖峰频率值fi，公式如下：fi＝Ki·F其中，Ki为功率谱函数峰值对应位置的离散点数；F为功率谱分析的频率分辨率。4)根据功率谱尖峰频率值fi和行电极中奇数(偶数)电极轴向间隔p，确定管道内截面上不同区域气固两相流颗粒流动平均速度vi，计算公式如下：vi＝k0·p·fik0为速度无量纲校正系数，由实验标定确定。在实际粉体颗粒输送条件下，利用相位多普勒测速仪(PDA)对弧状静电传感器阵列系统进行对比标定。具体的标定过程如下：相位多普勒测速仪与弧状静电传感器阵列测量系统同步测量，速度测量系统记录测量数据并保存，取与PDA同时间，同区间测量值的平均值与PDA测量值组成一个数据对，每次标定至少要获得15对数据。以弧状静电传感器阵列速度测量系统测量的颗粒速度为横坐标(x)，PDA测得的颗粒速度为纵坐标(y)。将相关系数大于0.85的数据对定义为有效数据点，有效测点的数量m应在10个以上。运用一元线性回归，给出标定曲线，进而获得标定系数k0k0=mΣj=1mxjyj-Σj=1mxjΣj=1myjmΣj=1mxj2-(Σj=1mxj)2]]>可见：获得了每一组弧状静电传感器输出信号功率谱特性的本文档来自技高网...

【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平均速度的计算机（４），其特征在于，所述装置还包括差分放大电路，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Ｃ×１０电极阵列，Ｃ为电极阵列行数，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≤Ｃ，每路差分放大电路的输出端（１２）分别与数据采集卡（３）的第１～Ｃ个输入端连接。

【技术特征摘要】
1.一种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平均速度的计算机(4)，其特征在于，所述装置还包括差分放大电路，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C×10电极阵列，C为电极阵列...

【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：实用新型
国别省市：84[中国|南京]