CN101183250A - 用于粉料管道气力输送监测的智能化装置 - Google Patents
用于粉料管道气力输送监测的智能化装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种用于粉料管道气力输送监测的智能化装置，包括有静电传感器电极阵列、电子线路板和机壳。通过电连接的静电传感器电极阵列和由信号处理采集单元、数据处理单元、***控制单元和用户接口单元构成的电子线路板被固定在屏蔽的机壳内；该装置通过非侵入式地嵌于输送管道内壁的静电传感器电极阵列，拾取输送管道中粉料所感应的静电信号，给出管道中粉料流速及流动状态。有益效果是该装置对粉料流速和流动状态进行在线实时监测，电极不干扰粉料流动，且无磨损问题，运行维护量少。克服了电极中心距选择不当造成的测量误差，扩大了流速测量范围，测量结果精确，装置的稳定、可靠，可用于电力、水泥、食品等行业粉料气力输送监测。
Description
技术领域
本发明涉及一种在线监测装置，尤其涉及到一种用于粉料管道气力输送监测的智能化装置。
背景技术
粉料气力输送过程是一种复杂的气固两相流动过程。这一过程大量存在于各种工业生产流程。例如，燃煤热电厂一次风送粉，水泥的风力管道输送，食品厂面粉的气力输送等。粉料在输送管道里的流动速度是一个重要的独立测量参数。如果流速过慢，一些粉料会脱离流化状态，并逐渐沉积在管道底部，严重时会导致管道阻塞。因而，粉料速度必须足够大以保证粉料处于流化状态。相反，如果粉料流速过快，会导致不必要的粉料破损，输送管线磨损加剧，能耗增加。因此，对粉料速度进行精确地测量对生产过程控制、输送效率提高、产品质量保证、节能降耗以及流量计量都具有重要的意义。同时，在粉料的输送过程中，对于出现的输送管道阻塞、送料中断等问题，如不及时发现处理，就可能造成整个输送***瘫痪，进而影响整个生产过程。因此，研制一种集粉料速度测量和输送状态检测为一体的在线监测装置十分必要。
目前可用于粉料流速测量的实验装置很多，如激光、超声和微波多普勒测速仪，皮托管、靠背管测速计，超声、光、核辐射、电容相关测速仪等。但是它们大多结构复杂，造价昂贵、或安装使用困难、或灵敏度不高、或要求有较长直管段、气流洁净，目前在工业现场使用和推广难度很大。而静电传感器则以结构相对简单，造价相对低廉，灵敏度高等优点近年来获得了长足的发展。然而，现有的静电传感器敏感电极均采用侵入式针状或非侵入式环型电极。其中针状电极虽然安装方便，但是它干扰输送管内粉料流动，并且由于磨损严重，电极需要定期更换。环型电极虽然无电极磨损问题，但当输送管径较大时(如热电厂的一次风管直径通常为500mm左右)，造价很高，安装和维护困难。因此，静电传感器敏感电极的改进是它能否被广泛用于工业现场的一个关键。对于粉料气力输送状态的在线监测，采用光学手段可以构成一种非侵入式监测***，但由于粉料沉积、局部粉料高浓度积聚及粉料对光学传感器表面的磨蚀可能导致监测***失效，因此该方法难以获得实际应用。其它通过对压力波动信号进行功率谱密度分析和模糊分析，也可以实现对管道内的阻塞状态的预测。但该算法复杂，计算量大，可靠性差。近年来，由于嵌入式***硬件性价比的不断提高和数字信号处理技术的飞速发展，基于静电传感器原理设计出低成本、高可靠性的粉料流速测量和输送状态在线监测的智能化***已成为可能。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于管道气力输送中实时测量粉料流速并同时监测粉料流动状态的装置，为粉料输送***的控制提供实时数据，适合于各种有管道气固两相或三相流动过程工业部门的需要。
为实现本发明的目的，本发明采用的技术方案是提供一种用于粉料管道气力输送监测的智能化装置，该装置被安装在粉料输送管道上，其中：该装置包括有机壳，机壳内包括有通过电连接的静电传感器电极阵列和电子线路板，所述电子线路板包括有通过电连接的信号处理采集单元、数据处理单元、***控制单元和用户接口单元；该装置通过非侵入式地嵌于所述输送管道内壁的静电传感器电极阵列，拾取输送管道中粉料所感应的静电信号，经信号处理采集单元及数据处理单元对信号放大、滤波及进行相关运算或空间滤波分析计算，给出管道中粉料流速及流动状态。
本发明的有益效果是该装置对粉料流速和流动状态同时进行在线实时监测，电极不干扰粉料流动，且无磨损问题，运行维护量少。克服了电极中心距选择不当造成的测量误差，扩大了装置测量范围，避免了电极上下游安装方向对装置测量的影响。可以动态选取适合的电极对和算法得到精确的测量结果，提高了装置的稳定性、可靠性，***扩展简单灵活。所有测试结果均通过用户接口传给二次仪表显示或DCS、上位机显示、存储和打印。采用了以数字信号处理芯片为核心的电子线路和新型的传感器阵列有机结合，使得该装置结构紧凑、安装简单、使用方便、效率高、造价低。该装置适用范围广，可用于电力，水泥，食品等工业部门中粉料气力输送的过程监测。
附图说明
图1为本发明的装置结构示意图；
图2为本发明的电极阵列等距离安装分布图；
图3为图2的A-A剖面结构示意图。
图中：
1、电极 2、信号处理采集单元 3、数据处理单元
4、***控制单元 5、用户接口单元 6、输送管道
7、机壳 8、绝缘子 9、接线柱
10、电子线路板
具体实施方式
结合附图及实例对本发明的用于粉料管道气力输送监测的智能化装置加以说明。图1中管道轴线附近的箭头代表输送管道中的粉料流向。
如图1所示，本发明的用于粉料管道气力输送监测的智能化装置被安装在粉料输送管道6上，该装置包括有机壳7，机壳7内包括有通过电连接的静电传感器电极阵列1和电子线路板10，所述电子线路板10包括有通过电连接的信号处理采集单元2、数据处理单元3、***控制单元4和用户接口单元5。该装置通过非侵入式地嵌于所述输送管道6内壁的所述静电传感器电极阵列1，拾取输送管道中粉料所感应的静电信号，经信号处理采集单元2及数据处理单元3对信号放大、滤波及进行相关运算或空间滤波分析计算，给出管道中粉料流速及流动状态。
该装置采用了以单片机为核心的所有电子线路均集成在一块电子线路板10上。这些电子线路和运行在单片机上的客户软件实现了装置全部功能模块。静电传感器电极阵列1和电子线路板10被固定在长方形或圆形屏蔽仪表机壳内7，再被安装在输送管道6上。
如图2、3所示，静电传感器电极阵列1呈弧形以非侵入方式安装在输送管道上。静电传感器电极本身由金属材料制成，该电极之间和电极与输送管道之间完全由绝缘子8隔开。该电极内表面也可根据需要覆盖一层绝缘材料，避免电极之间或电极与输送管道之间漏电流对测量造成影响。该电极通过接线柱9与电子线路板10连接。
信号处理采集单元2对电极上感应的信号放大、滤波，并完成A/D转换，供其它模块使用。信号处理采集单元2的放大倍数可以在***控制单元4的控制下，根据被测粉料的特性和流动状况自动调整电路增益，动态适应感应信号的强弱，动态选取适合的电极对用于粉料速度计算，以充分利用单片机上A/D转换器的精度。
数据处理单元3先计算出静电感应信号的幅值，并和***内预设的阈值相比较，得出粉料输送状态。如果输送管道内无风无粉或只有风无粉，***控制单元4立即通过用户接口单元5向上位机或DCS报警，并提供状态信息。如果管道输送正常，即有风有粉，数据处理单元3对采集到的信号进行比较运算，***控制单元4根据数据处理单元3的运算结果自动判断出静电传感器电极阵列1的上下游，并存入***，供数据处理单元3对粉料流速计算时使用。静电传感器电极阵列1的上下游的自动判断，可以克服该电极上下游安装方向对测量的影响。
在计算粉料流速过程中，数据处理单元3首先使用互相关法计算流速。由于粉料的气力输送过程极其复杂，有时候粉料的流动不满足互相关法所要求的信号特征，相关峰值不明显或不能被稳定地获取时，数据处理单元3转而使用空间滤波法计算粉料流速。空间滤波法的应用有效地扩大了装置的适用范围。粉料的输送状态和流速均可以实时地通过用户接口传给二次仪表显示或DCS、上位机显示、存储和打印。同时，***控制单元4在***软硬件初始化时，设置看门狗定时器，程序正常执行期间，看门狗定时器被不断重置，一旦程序跑飞或单片机死机，看门狗定时器将超时溢出，使单片机产生复位，确保整个***安全。***控制单元4还具有自诊断功能，可以实时监视各个单元模块运行情况，故障时给出报警信息并提供故障代码，提高了维护效率。
Claims (6)
1.一种用于粉料管道气力输送监测的智能化装置，该装置被安装在粉料输送管道6上，其特征是：该装置包括有机壳7，机壳7内包括有通过电连接的静电传感器电极阵列1和电子线路板10，所述电子线路板10包括有通过电连接的信号处理采集单元2、数据处理单元3、***控制单元4和用户接口单元5；该装置通过非侵入式地嵌于所述输送管道6内壁的静电传感器电极阵列1，拾取输送管道中粉料所感应的静电信号，经信号处理采集单元2及数据处理单元3对信号放大、滤波及进行相关运算或空间滤波分析计算，给出管道中粉料流速及流动状态。
2.根据权利要求1所述的用于粉料管道气力输送监测的智能化装置，其特征是：所述静电传感器电极阵列1由多个弧形电极组成，弧形电极数量不少于三个，所述弧形电极的内径与输送管道6的内径一致，所述弧形电极的内径与输送管道内粉料的输送方向垂直，弧形电极的内表面与输送管道的内壁平齐，弧形电极长度为输送管道周长的1/16-1/8，弧形电极的宽度为1mm到10mm，相邻电极中心距(L)的取值范围为10mm到100mm。
3.根据权利要求2所述的用于粉料管道气力输送监测的智能化装置，其特征是：所述弧形电极之间设为等间距分布安装或不等间距分布安装。
4.根据权利要求1所述的用于粉料管道气力输送监测的智能化装置，其特征是：所述弧形电极内表面覆盖一层绝缘材料，所有弧形电极之间以及弧形电极与输送管道之间装有绝缘子8。
5.根据权利要求1所述的用于粉料管道气力输送监测的智能化装置，其特征是：传感器可以安装在垂直、水平或其它方向的输送管段，在同一管截面安装一个或多个传感器阵列1。
6.根据权利要求1所述的用于粉料管道气力输送监测的智能化装置，其特征是：所述机壳7为长方形或圆形的屏蔽仪表机壳。
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