CN106124371B - 一种基于静电法的气固两相流细度测量装置及测量方法 - Google Patents

一种基于静电法的气固两相流细度测量装置及测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于静电法的气固两相流细度测量装置，包括用于气固两相流流经的管道，管道的管壁上安装有上游静电传感器和下游静电传感器，上游静电传感器和下游静电传感器的一端均穿入管道内，上游静电传感器和下游静电传感器的另一端均与放大滤波电路连接，放大滤波电路依次连接有A/D转换模块、细度处理单元。本发明还公开了采用上述测量装置的测量方法。本发明一种基于静电法的气固两相流细度测量装置，硬件结构简单成本低，测量方法简单，并且可以在气固两相流流动时进行实时测量，以及测量精度高。

Description

一种基于静电法的气固两相流细度测量装置及测量方法
技术领域
本发明属于传感器检测及数字信号处理技术领域，具体涉及一种基于静电法的气固两相流细度测量装置，还涉及采用上述测量装置进行测量的方法。
背景技术
在许多涉及气固两相流的工业领域中，固体颗粒的细度会对产品质量、生产效率等产生重大影响，例如水泥细度对水泥产量的影响，煤粉细度对火力发电的燃烧效率的影响等。目前，常用的细度测量方法为筛选法和光学法。筛选法测量结果准确，但是主要依靠筛析仪对事先准备好的物料进行测量，不具有实时监控的功能；光学法可以实时地对正在运动中的两相流进行细度测量，但是存在精度低，设备昂贵复杂的弊端。
静电法是近年来不少学者在研究的用于测量气固两相流参数的方法。气固两项流中的固体颗粒都附着的静电，通过静电传感器可以将颗粒上附着的电荷导出，通过放大滤波等信号处理电路和AD转换将静电信号转换为计算机可处理的数字信号，经由数字信号处理算法获得一些需要的气固两相流参数。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于静电法的气固两相流细度测量装置，解决了现有细度测量不能实时监控及精度低的问题。
本发明的目的还提供采用上述测量装置进行测量的方法。
本发明所采用的第一种技术方案是，一种基于静电法的气固两相流细度测量装置，包括用于气固两相流流经的管道，管道的管壁上安装有上游静电传感器和下游静电传感器，上游静电传感器和下游静电传感器的一端均穿入管道内，上游静电传感器和下游静电传感器的另一端均与放大滤波电路连接，放大滤波电路依次连接有A/D转换模块、细度处理单元。
本发明的第一种技术方案的特点还在于：
上游静电传感器和下游静电传感器之间的间距不大于10cm。
本发明所采用的第二种技术方案是，一种基于静电法的气固两相流细度测量方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1：计算静电信号的功率谱密度函数；
步骤2：根据步骤1得到的功率谱密度函数计算细度标量；
步骤3：根据步骤2得到的细度标量对不同细度进行标定；
步骤4：细度测量。
本发明所采用的第二种技术方案的特点还在于：
步骤1具体为：
设细度为mk的颗粒从管道上方落下，采集上游静电传感器和下游静电传感器得到的静电信号，从上游静电传感器和下游静电传感器各采集n个电压数据，组成上游电压信号列和下游电压信号将和进行快速傅里叶变换得到新的复数序列和取的共轭复数将和相同下标i的元素相乘得序列
为该气固两相流静电信号功率谱密度函数。
n的值为2的整数幂。
步骤2具体为：
对序列中的元素取模再求和得细度mk所对应的细度标量f(mk,n)：
步骤3具体为：
分别计算细度为m0,m1,m2,...的颗粒所对应的细度标量，构成序列f(m1,n)，f(m2,n)，f(m3,n)，…，细度标量f(m1,n)，f(m2,n)，f(m3,n)，…和细度m0,m1,m2,...之间存在着单调关系，对细度标量f(m1,n)，f(m2,n)，f(m3,n)，…进行三次样条插值，得到插值后的细度标量g(p1,n)，g(p2,n)，g(p3,n)，…和插值后的细度p1，p2，p3，…，(pi,g(pi,n))为插值点。
步骤4具体为：
按照步骤2所示方法得到待测颗粒的细度标量x，将x和步骤3中得到的g(pi,n)进行比对，找出最接近x的g(px,n)，g(px,n)对应的px就是待测颗粒的细度测量值。
本发明的有益效果是：本发明一种基于静电法的气固两相流细度测量装置，硬件结构简单成本低，测量方法简单，并且可以在气固两相流流动时进行实时测量，以及测量精度高。
附图说明
图1是本发明一种基于静电法的气固两相流细度测量装置的结构示意图；
图2是本发明一种基于静电法的气固两相流细度测量方法中计算细度标量的流程图。
图中，1.上游静电传感器，2.放大滤波电路，3.A/D转换模块，4.细度处理单元，5.管道，6.下游静电传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种基于静电法的气固两相流细度测量装置，结构如图1所示，包括用于气固两相流流经的管道5，管道5的管壁上安装有上游静电传感器1和下游静电传感器6，上游静电传感器1和下游静电传感器6之间的间距不大于10cm，这样可以保证上游静电传感器1和下游静电传感器6之间的信号具有良好的相关性，上游静电传感器1和下游静电传感器6的一端均穿入管道5内，上游静电传感器1和下游静电传感器6的另一端均与放大滤波电路2连接，放大滤波电路2依次连接有A/D转换模块3、细度处理单元4。
气固两相流从管道5上方开始向下流动，流经上游静电传感器1和下游静电传感器6时，上游静电传感器1和下游静电传感器6可采集到静电信号。
放大滤波电路2，将上游静电传感器1和下游静电传感器6采集的电信号转换为A/D转换模块3可采集的标准电压信号，一般为0～3V的电压信号，上游静电传感器1和下游静电传感器6采集到的电荷量越多，电路输出的电压的幅度波动越大。
本发明一种基于静电法的气固两相流细度测量方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1：计算静电信号的功率谱密度函数
设细度为mk的颗粒从管道5上方落下，采集上游静电传感器1和下游静电传感器6得到的静电信号，从上游静电传感器1和下游静电传感器6各采集n个电压数据，组成上游电压信号列和下游电压信号i＝0,1,2,...,n，为满足快速傅里叶变化的运算条件，n的值为2的整数幂，n越大越能反应出信号的特征。将和进行快速傅里叶变换(FFT)得到新的复数序列和取的共轭复数将和相同下标i的元素相乘得序列
即为该气固两相流静电信号功率谱密度函数。
步骤2：根据步骤1得到的功率谱密度函数计算细度标量
对序列中的元素取模再求和得细度mk所对应的细度标量f(mk,n)：
利用功率谱密度函数计算细度标量的流程图如图2所示。
步骤3：根据步骤2得到的细度标量对不同细度进行标定
分别计算细度为m0,m1,m2,...的颗粒所对应的细度标量，构成序列f(m1,n)，f(m2,n)，f(m3,n)，…，细度标量f(m1,n)，f(m2,n)，f(m3,n)，…和细度m0,m1,m2,...之间存在着单调关系，对细度标量f(m1,n)，f(m2,n)，f(m3,n)，…进行三次样条插值，得到插值后的细度标量g(p1,n)，g(p2,n)，g(p3,n)，…和插值后的细度p1，p2，p3，…，(pi,g(pi,n))为插值点，插值点(pi,g(pi,n))的数量越多，测量精度越高。
其中，细度标量f(m1,n)，f(m2,n)，f(m3,n)，…应采取多次测量求平均值的方法确定，以减少随机误差的影响。
步骤4：细度测量
在对未知细度的颗粒进行测量时，按照步骤2所示方法得到待测颗粒的细度标量x，将x和步骤3中得到的g(pi,n)进行比对，找出最接近x的g(px,n)，g(px,n)对应的px就是待测颗粒的细度测量值。

Claims (3)

1.一种基于静电法的气固两相流细度测量方法，其特征在于，采用一种基于静电法的气固两相流细度测量装置，具体结构为：
包括用于气固两相流流经的管道(5)，管道(5)的管壁上安装有上游静电传感器(1)和下游静电传感器(6)，上游静电传感器(1)和下游静电传感器(6)的一端均穿入管道(5)内，上游静电传感器(1)和下游静电传感器(6)的另一端均与放大滤波电路(2)连接，放大滤波电路(2)依次连接有A/D转换模块(3)、细度处理单元(4)；
具体按照以下步骤实施：
步骤1：计算静电信号的功率谱密度函数；
所述步骤1具体为：
设细度为mk的颗粒从管道(5)上方落下，采集上游静电传感器(1)和下游静电传感器(6)得到的静电信号，从上游静电传感器(1)和下游静电传感器(6)各采集n个电压数据，组成上游电压信号列和下游电压信号将和进行快速傅里叶变换得到新的复数序列和取的共轭复数将和相同下标i的元素相乘得序列
为该气固两相流静电信号功率谱密度函数；所述n的值为2的整数幂；
步骤2：根据步骤1得到的功率谱密度函数计算细度标量；
所述步骤2具体为：
对序列中的元素取模再求和得细度mk所对应的细度标量f(mk,n)：
步骤3：根据步骤2得到的细度标量对不同细度进行标定；
步骤4：细度测量。
2.根据权利要求1所述的一种基于静电法的气固两相流细度测量方法，其特征在于，所述步骤3具体为：
分别计算细度为m0,m1,m2,...的颗粒所对应的细度标量，构成序列f(m1,n)，f(m2,n)，f(m3,n)，…，细度标量f(m1,n)，f(m2,n)，f(m3,n)，…和细度m0,m1,m2,...之间存在着单调关系，对细度标量f(m1,n)，f(m2,n)，f(m3,n)，…进行三次样条插值，得到插值后的细度标量g(p1,n)，g(p2,n)，g(p3,n)，…和插值后的细度p1，p2，p3，…，(pi,g(pi,n))为插值点。
3.根据权利要求2所述的一种基于静电法的气固两相流细度测量方法，其特征在于，所述步骤4具体为：
按照步骤2所示方法得到待测颗粒的细度标量x，将x和步骤3中得到的g(pi,n)进行比对，找出最接近x的g(px,n)，g(px,n)对应的px就是待测颗粒的细度测量值。
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