一种流化床内部颗粒速度的静电感应测量装置包括测量探针、前置电荷差分放大电路、数据采集卡及计算机，测量探针的两电极阵列导线分别与前置差分放大电路的两输入端连接，前置电荷差分放大电路的两个输入端分别与测量探头内的第一静电传感器电极阵列及第二静电传感器电极阵列相连接，前置电荷差分放大电路的输出端与数据采集卡输入端连接，数据采集卡的输出端与计算机相连接并由计算机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，进而计算获得流化床内局部颗粒速度。测量探针包括金属屏蔽管，在金属屏蔽管一端设置的绝缘隔离块，在绝缘隔离块内均匀平行布置多个电极以构成的第一静电感应电极阵列和第二静电感应电极阵列。（*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
，具体涉及一种流化床内局部颗粒速度的静电感应测量装置。
技术介绍
循环流化床锅炉内颗粒速度的大小，不仅影响着颗粒在床内的停留时间和密度分布，还直接影响颗粒与受热面的传热强度，进而影响受热面的具体布置。目前，基于不同的测量原理，人们已研究和开发了多种方法和装置测量循环流化床内颗粒速度，如光纤探头法、冲击力法、等速取样法、多普勒激光测速技术(LDV)和粒子图像技术(PIV)等。光纤探头法可用于较高颗粒浓度条件下(如循环流化床锅炉内下部密相区和上部边壁区附近)的颗粒速度测量，光纤探头具有重量轻、尺寸小、几何形状可以根据需要灵活选择、灵敏度高等的优点，但需要有外部光源激励，系统相对较为复杂。冲击力法不受炉内颗粒浓度的影响， 可用于循环流化床内不同高度和区域内颗粒速度测量，但测量元件对床内固体颗粒流动产生较大的干扰作用。等速采样法的最大优点在于测量设备非常简单，但由于测量过程中假定颗粒流为连续流，故只适用于循环流化床锅炉下部密相区和上部边壁区域高颗粒浓度条件下的颗粒速度测量，而不适用于上部核心区的颗粒速度测量。多普勒颗粒速度测量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，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。PIV技术可实现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， 高浓度时无法测量，不适合工业现场应用。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。对于静电相关和空间滤波法，主要采用外置式环状或弧状静电感应阵列，环状静电感应只能获得管道截面上颗粒的平均速度，而弧状静电感应阵列外置于测量管道外部，所获得的信息只能反映近管壁处的颗粒局部速度，而无法反映整个管道截面上的颗粒速度分布信息。
技术实现思路
为了克服现有循环流化床内局部颗粒速度测量装置的不足，本技术提出了一种流化床内局部颗粒速度的静电感应测量装置。本技术具有较高的空间选择性，提高了频谱尖峰频率和速度测量的准确性，实现了流化床内局部颗粒速度的测量。本技术采用如下技术方案一种流化床内局部颗粒速度的静电感应测量装置，包括测量探针、前置电荷差分放大电路、数据采集卡及计算机，测量探针的两电极阵列导线分别与前置差分放大电路的两输入端连接，前置电荷差分放大电路的输出端与数据采集卡输入端连接，数据采集卡的输出端与计算机的输入端连接并由计算机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局部速度，所述测量探针包括金属屏蔽管，在金属屏蔽管的一端填充绝缘隔离材料以形成的绝缘隔离块，在绝缘隔离块内部设有的第一静电感应电极阵列及第二静电感应电极阵列，所述第一静电感应电极阵列至少包括第11电极、第12电极、第13电极、第14电极、第15电极，并且第一静电感应电极阵列中相邻的电极之间的径向间距P相等，第一静电感应电极阵列中的各个电极由第一静电感应电极阵列导线连接，所述第二静电感应电极阵列至少包括第21电极、第22电极、第23电极、 第24电极、第25电极，第二静电感应电极阵列中的各个电极由第二静电感应电极阵列导线连接，所述第一静电感应电极阵列中的各个电极以及所述第二静电感应电极阵列的各个电极位于同一平面内且相互平行，第21电极设在第11电极与第12电极之间且第21电极至第11电极之间的径向距离等于第21电极至第12电极之间的径向距离，第22电极设在第 12电极与第13电极之间且第22电极至第12电极之间的径向距离等于第22电极至第13 电极之间的径向距离，第23电极设在第13电极与第14电极之间且第23电极至第13电极之间的径向距离等于第23电极至第14电极之间的径向距离，第M电极设在第14电极与第15电极之间且第M电极至第14电极之间的径向距离等于第M电极至第15电极之间的径向距离，第25电极与第15电极之间的距离为第一静电感应电极阵列(5)中相邻的电极之间的径向间距P的二分之一。与现有技术相比，本技术具有如下优点1)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，本技术基于颗粒荷电现象和静电感应原理设计静电感应电极阵列，实现了局部颗粒速度的测量，由于是通过颗粒所带的电荷来测量颗粒速度，测量信号反应的是颗粒带电量，而与颗粒本身物理化学特性无直接关系，所以测量不受颗粒浓度的限制，测量范围广，可用于复杂的气固两相流动测量。2)目前静电空间滤波法测量气固两相流速度主要采用单极片结构，极片充当一个空间滤波器，然后从时空分布的静电流噪声中提取特殊频率，但由于频带较宽，所确定的特殊频率准确性不高，本技术采用的静电感应电极阵列的频率特性主要由电极阵列的结构所决定，空间滤波选择性相比于单极片更高，频带更窄，速度信号中心频率测量的不确定性更低，从而有较高的颗粒速度测量准确性。3)本技术利用粉体颗粒自然荷电特性，属于被动式测量方法，与现有循环流化床锅炉内颗粒速度测量方法相比具有明显的优势。光纤探头法用于较高颗粒浓度条件下颗粒速度测量，需要有外部光源激励，系统相对较为复杂，本技术与光纤探头法相比， 无需外部光源激励，测量不受颗粒浓度的限制，系统结构简单。冲击力法测量元件对床内固体颗粒流动产生较大的干扰作用，本技术所用探头尺寸可设计较小，对流场的干扰也就更小。等速采样法只适用于高颗粒浓度条件下的颗粒速度测量，测量范围要比本技术的小得多。多普勒颗粒速度测量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，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，本技术与多普勒法相比，无需外部激励源， 测量探头结构更为简单，测量系统设备成本低，且测量范围不局限于稀相悬浮流动。PIV技术可实现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，高浓度时无法测量，不适合工业现场应用，本技术与PIV技术相比，可以实现颗粒流动速度分布测量，且信号处理方便快捷，测量不受颗粒浓度限制。附图说明图1是流化床内局部颗粒速度的静电感应测量装置示意图，其中，1-测量探针； 2-前置电荷差分放大电路；3-数据采集卡；4-计算机。图2是本技术静电感应电极阵列测量探针结构简图，(a)是横截面结构图， (b)是纵截面剖视图，其中，5-第一静电感应电极阵列；6-第二静电感应电极阵列；7-第一静电感应电极阵列导线；8-第二静电感应电极阵列导线；9-绝缘隔离块；10-金属屏蔽管。图3是静电感应电极阵列前置电荷差分放大电路图，其中，11-第一输入端；12-第二输入端；13-信号输出端。具体实施方式一种流化床内局部颗粒速度的静电感应测量装置，包括测量探针1、前置电荷差分放大电路2、数据采集卡3及计算机4，测量探针1的两电极阵列导线分别与前置差分放大电路2的两输入端连接，前置电荷差分放大电路2的输本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种流化床内局部颗粒速度的静电感应测量装置，包括：测量探针（１）、前置电荷差分放大电路（２）、数据采集卡（３）及计算机（４），测量探针（１）的两电极阵列导线分别与前置差分放大电路（２）的两输入端连接，前置电荷差分放大电路（２）的输出端与数据采集卡（３）输入端连接，数据采集卡（３）的输出端与计算机（４）的输入端连接并由计算机（４）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局部速度，其特征在于，所述测量探针（１）包括：金属屏蔽管（１０），在金属屏蔽管（１０）的一端填充绝缘隔离材料以形成的绝缘隔离块（９），在绝缘隔离块（９）内部设有的第一静电感应电极阵列（５）及第二静电感应电极阵列（６），所述第一静电感应电极阵列（５）至少包括第１１电极、第１２电极、第１３电极、第１４电极、第１５电极，并且第一静电感应电极阵列（５）中相邻的电极之间的径向间距ｐ相等，第一静电感应电极阵列（５）中的各个电极由第一静电感应电极阵列导线（７）连接，所述第二静电感应电极阵列（６）至少包括第２１电极、第２２电极、第２３电极、第２４电极、第２５电极，第二静电感应电极阵列（６）中的各个电极由第二静电感应电极阵列导线（８）连接，所述第一静电感应电极阵列（５）中的各个电极以及所述第二静电感应电极阵列（６）的各个电极位于同一平面内且相互平行，第２１电极设在第１１电极与第１２电极之间且第２１电极至第１１电极之间的径向距离等于第２１电极至第１２电极之间的径向距离，第２２电极设在第１２电极与第１３电极之间且第２２电极至第１２电极之间的径向距离等于第２２电极至第１３电极之间的径向距离，第２３电极设在第１３电极与第１４电极之间且第２３电极至第１３电极之间的径向距离等于第２３电极至第１４电极之间的径向距离，第２４电极设在第１４电极与第１５电极之间且第２４电极至第１４电极之间的径向距离等于第２４电极至第１５电极之间的径向距离，第２５电极与第１５电极之间的距离为第一静电感应电极阵列（５）中相邻的电极之间的径向间距ｐ的二分之一。...
【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，宋飞虎，王式民，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：实用新型
国别省市：84
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