專利名稱：交流電荷感應(yīng)式煤粉濃度測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤粉氣固兩相流煤粉濃度的測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
火電廠燃煤鍋爐中，一次風(fēng)管中煤粉濃度的準(zhǔn)確測(cè)量，對(duì)鍋爐的經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行意義重大。幾種煤粉濃度測(cè)量方法鍋爐風(fēng)粉監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，煤粉濃度測(cè)量采用熱平衡的方法，即利用熱風(fēng)、煤粉及混合物之間的能量關(guān)系求得，未定因素太多，只能實(shí)現(xiàn)相對(duì)測(cè)量，因而精度低。且只能用于中儲(chǔ)式熱風(fēng)送粉制粉系統(tǒng)，對(duì)于目前主流的直吹式制粉系統(tǒng)不能適用，作為工業(yè)應(yīng)用還不盡如
局、ο目前有些電廠安裝了采用微波技術(shù)的風(fēng)粉在線系統(tǒng)，采用信號(hào)衰減法測(cè)煤粉濃度，多普勒移頻原理測(cè)煤粉流速。由于微波是電磁波只對(duì)物質(zhì)的介電常數(shù)敏感，因此易受煤質(zhì)成分、濕度、紊流、電磁干擾、管道和煤粉對(duì)微波的散射等影響，同樣不能獲得穩(wěn)定的煤粉濃度和流速參數(shù)。國(guó)內(nèi)還有的廠家采用靜電荷原理進(jìn)行煤粉濃度的測(cè)量，采用單探頭方法，稱為煤粉濃度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用直流耦合技術(shù)，沒(méi)有剔除掉流速對(duì)電荷量的影響，測(cè)得的煤粉濃度極不穩(wěn)定，失去了實(shí)用價(jià)值。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有煤粉濃度測(cè)量裝置測(cè)量的不穩(wěn)定、精度差等缺點(diǎn)，本發(fā)明利用交流電荷耦合技術(shù)和交相關(guān)原理，提供一種全新的煤粉濃度測(cè)量裝置，不僅可準(zhǔn)確、穩(wěn)定地測(cè)量煤粉濃度，而且具有永不堵塞、免維護(hù)的特征。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是交流電荷感應(yīng)式煤粉濃度測(cè)量裝置，包括一對(duì)電荷感應(yīng)傳感器和信號(hào)處理單元。傳感器分為上游傳感器和下游傳感器，上、 下游傳感器通過(guò)信號(hào)電纜分別連接至信號(hào)處理單元。傳感器采用實(shí)芯金屬探棒以及和保護(hù)套管之間由陶瓷絕緣體隔離的結(jié)構(gòu)形式，相互平行且垂直于煤粉氣流管道安裝。交流電荷感應(yīng)技術(shù)的原理依據(jù)是每一種物質(zhì)都在電荷感應(yīng)序列中占有一個(gè)席位， 在動(dòng)態(tài)狀態(tài)下，任何兩種不同物質(zhì)將相互感應(yīng)產(chǎn)生電荷。當(dāng)管道中的煤粉介質(zhì)流經(jīng)過(guò)應(yīng)用耦合技術(shù)的探頭時(shí)，探頭所接收到的電荷信號(hào)來(lái)自介質(zhì)對(duì)探頭的撞擊電荷、摩擦電荷和感應(yīng)電荷。由于安裝在管道上探頭的表面積相對(duì)于管道面積非常小，大部分接收到的電荷信號(hào)來(lái)自于感應(yīng)電荷。煤粉濃度越高和流速越大，感應(yīng)所產(chǎn)生的電荷信號(hào)越強(qiáng)。如下式所示，電荷信號(hào)強(qiáng)度是煤粉濃度和風(fēng)粉流速的二元函數(shù)， 它既受煤粉濃度大小的影響，也受風(fēng)粉流速變化的影響。E=f (N, V)其中E—電荷感應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度[0013]N—煤粉濃度V-風(fēng)粉流速交流電荷感應(yīng)式煤粉濃度測(cè)量裝置采用交流電荷耦合技術(shù)，是測(cè)量一次風(fēng)粉流經(jīng)探頭時(shí)的感應(yīng)電荷圍繞電荷平均值的交流擾動(dòng)量，作為煤粉濃度和流速測(cè)量的基礎(chǔ)信號(hào)。 在交流耦合技術(shù)中，感應(yīng)電荷的正負(fù)平均值被濾除，然后系統(tǒng)探測(cè)剩余擾動(dòng)信號(hào)的電場(chǎng)、波峰值、均方根值、以及其他各種混合變化。以上數(shù)值中，均方根值能準(zhǔn)確反映信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)偏移。煤粉濃度越高和流速越大，信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)偏移就越大，所以交流耦合技術(shù)以監(jiān)測(cè)電荷信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)偏移來(lái)確定交流信號(hào)的擾動(dòng)量，并以即時(shí)擾動(dòng)量的大小來(lái)確定煤粉瞬時(shí)總量。電荷信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)偏移與煤粉的瞬時(shí)總量有準(zhǔn)確的線性關(guān)系，再用同一時(shí)刻、同一測(cè)點(diǎn)測(cè)得的煤粉介質(zhì)瞬時(shí)流速除以電荷信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)偏移量，來(lái)獲得穩(wěn)定的煤粉濃度。如下式所示煤粉濃度=煤粉總量+ (流速χ管道截面積)[mg/m3]= [mg/s] + [m/s χ m2 ]便可以準(zhǔn)確地測(cè)得一次風(fēng)管中煤粉的相對(duì)濃度值，在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)總量標(biāo)定法標(biāo)定后得到煤粉濃度的絕對(duì)值。所有的濃度測(cè)量設(shè)備，都需要安裝后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定。介質(zhì)流速測(cè)量方法根據(jù)交流電荷感應(yīng)原理，即氣流介質(zhì)在流經(jīng)一對(duì)傳感器時(shí)，在上下游傳感器探頭上感應(yīng)等量隨機(jī)電荷信號(hào)，兩組隨機(jī)信號(hào)同時(shí)傳至信號(hào)處理單元，在信號(hào)處理單元中經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理、A/D變換轉(zhuǎn)成數(shù)字信號(hào)，再由嵌入式處理器根據(jù)交相關(guān)數(shù)學(xué)模型計(jì)算后就能獲得二個(gè)信號(hào)的高精度時(shí)差(煤粉經(jīng)過(guò)二個(gè)傳感器所用時(shí)間)Δ t ；上下游傳感器之間的安裝距離是恒定的L (安裝后精確測(cè)量，通過(guò)鍵盤(pán)輸入到信號(hào)處理單元中)，利用公式V(m/s)= L(m) +At(s)可以準(zhǔn)確的計(jì)算出氣流絕對(duì)流速。本發(fā)明的有益效果是，與氣流接觸的只是傳感器金屬實(shí)心探棒，通過(guò)介質(zhì)氣流與傳感器探頭的感應(yīng)電荷測(cè)量煤粉總量，再通過(guò)電荷感應(yīng)信號(hào)測(cè)得準(zhǔn)確的介質(zhì)流速，再用同一時(shí)刻、同一測(cè)點(diǎn)的流速除以電荷信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)偏移量，來(lái)獲得穩(wěn)定的煤粉濃度，濃度直接測(cè)量，不需要引壓管，所以不存在堵塞問(wèn)題，具有免維護(hù)特征。


以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。圖1為本發(fā)明的傳感器結(jié)構(gòu)圖圖2為系統(tǒng)連接圖圖中6.傳感器探棒，7.陶瓷絕緣體，8.保護(hù)套管，9.固定螺母，10.電氣殼體，11.接線端子。圖中1.上游傳感器，2.下游傳感器，3.信號(hào)處理單元，4.信號(hào)電纜，5.傳感器安裝底座。
具體實(shí)施方式
在圖2中，電荷感應(yīng)式煤粉濃度測(cè)量裝置由上游傳感器〔1〕、下游傳感器〔2〕、信號(hào)處理單元〔3〕組成。上、下游傳感器相互平行垂直于氣流管道安裝在安裝底座上〔5〕，傳感器之間距離為L(zhǎng)，介于IOcm—50cm之間，兩路傳感器的信號(hào)通過(guò)信號(hào)電纜〔4〕傳送到信號(hào)處理單元〔3〕。上、下游傳感器的探棒〔6〕感應(yīng)介質(zhì)流過(guò)時(shí)的電荷信號(hào)，由于絕緣體〔7〕的絕緣作用，電荷信號(hào)不被保護(hù)套管〔8〕短路，信號(hào)只能傳送到電器殼體〔10〕的接線端子上〔 11〕，通過(guò)信號(hào)電纜〔4〕傳送到信號(hào)處理單元〔3〕。根據(jù)交流電荷感應(yīng)原理，即氣流介質(zhì)在流經(jīng)一對(duì)傳感器時(shí)，在上下游傳感器探頭上感應(yīng)等量隨機(jī)電荷信號(hào)，兩組隨機(jī)信號(hào)同時(shí)傳至信號(hào)處理單元，在信號(hào)處理單元中經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理、A/D變換轉(zhuǎn)成數(shù)字信號(hào)，計(jì)算出即時(shí)擾動(dòng)量的大小，并以此來(lái)確定煤粉瞬時(shí)總量。再由嵌入式處理器根據(jù)交相關(guān)數(shù)學(xué)模型計(jì)算后就能獲得二個(gè)信號(hào)的高精度時(shí)差(煤粉經(jīng)過(guò)二個(gè)傳感器所用時(shí)間)Δ t ；上下游傳感器之間的安裝距離是恒定的L (安裝后精確測(cè)量，通過(guò)鍵盤(pán)輸入到信號(hào)處理單元中)，利用公式V(m/ s) =L(m) +At(s)可以準(zhǔn)確的計(jì)算出氣流絕對(duì)流速。在輸入風(fēng)道的截面積后就可測(cè)得體積流量，利用公式 煤粉濃度=煤粉總量+ (流速χ管道截面積)[mg/m3 ] + [m/s χ m2 ]便可以準(zhǔn)確地測(cè)得一次風(fēng)管中煤粉的相對(duì)濃度值，在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)總量標(biāo)定法標(biāo)定后得到煤粉濃度的絕對(duì)值；信號(hào)處理單元通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換變成4-20mA表征煤粉濃度的模擬信號(hào)或通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線輸出給其他系統(tǒng)。
權(quán)利要求1.交流電荷感應(yīng)式煤粉濃度測(cè)量裝置，包括上、下游電荷感應(yīng)式傳感器和信號(hào)處理單元，其特征是傳感器分為上游傳感器和下游傳感器，上、下游傳感器通過(guò)信號(hào)電纜分別連接至信號(hào)處理單元。
2.按權(quán)利要求1所述的交流電荷感應(yīng)式煤粉濃度測(cè)量裝置，其特征是上、下游傳感器相互平行且垂直于煤粉管道安裝。
3.按權(quán)利要求1所述的交流電荷感應(yīng)式煤粉濃度測(cè)量裝置，其特征是電荷感應(yīng)傳感器采用傳感器探棒和保護(hù)套管之間由陶瓷絕緣體隔離的結(jié)構(gòu)形式。
專利摘要一種基于電荷感應(yīng)技術(shù)的能夠測(cè)量含粉塵氣流流速的裝置。由上游、下游傳感器和信號(hào)處理單元組成，上游傳感器和下游傳感器相互平行且垂直于氣流管道安裝，安裝距離為已知參數(shù)L(m)，利用電荷感應(yīng)技術(shù)實(shí)時(shí)測(cè)量流體在上游、下游傳感器上的電荷感應(yīng)信號(hào)，信號(hào)處理單元實(shí)時(shí)采集上游、下游傳感器的電荷信號(hào)，利用交相關(guān)原理計(jì)算出上游、下游傳感器信號(hào)的時(shí)間差△t，利用公式V(m/s)＝L(m)÷△t(s)可以準(zhǔn)確的計(jì)算出氣流絕對(duì)流速。
文檔編號(hào)G01P5/22GK202092979SQ20102058321
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者常小軍, 徐堯, 董新 申請(qǐng)人:西安科瑞自動(dòng)化有限責(zé)任公司