專利名稱：交流電荷感應式煤粉濃度測量裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種煤粉氣固兩相流煤粉濃度的測量裝置。
背景技術：
火電廠燃煤鍋爐中，一次風管中煤粉濃度的準確測量，對鍋爐的經濟、安全運行意 義重大。幾種煤粉濃度測量方法
鍋爐風粉監測系統中，煤粉濃度測量采用熱平衡的方法，即利用熱風、煤粉及混合物之 間的能量關系求得，未定因素太多，只能實現相對測量，因而精度低。且只能用于中儲式熱 風送粉制粉系統，對于目前主流的直吹式制粉系統不能適用，作為工業應用還不盡如人意。目前有些電廠安裝了采用微波技術的風粉在線系統，采用信號衰減法測煤粉濃 度，多普勒移頻原理測煤粉流速。由于微波是電磁波只對物質的介電常數敏感，因此易受煤 質成分、濕度、紊流、電磁干擾、管道和煤粉對微波的散射等影響，同樣不能獲得穩定的煤粉 濃度和流速參數。國內還有的廠家采用靜電荷原理進行煤粉濃度的測量，采用單探頭方法，稱為煤 粉濃度在線監測系統，采用直流耦合技術，沒有剔除掉流速對電荷量的影響，測得的煤粉濃 度極不穩定，失去了實用價值。
發明內容
為了克服現有煤粉濃度測量裝置測量的不穩定、精度差等缺點，本發明利用交流 電荷耦合技術和交相關原理，提供一種全新的煤粉濃度測量裝置，不僅可準確、穩定地測量 煤粉濃度，而且具有永不堵塞、免維護的特征。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是交流電荷感應式煤粉濃度測量裝 置，包括一對電荷感應傳感器和信號處理單元。傳感器分為上游傳感器和下游傳感器，相互 平行且垂直于煤粉氣流管道安裝。交流電荷感應技術的原理依據是每一種物質都在？？電荷感應序列？？中占有一個 席位，在動態狀態下，任何兩種不同物質將相互感應產生電荷。當管道中的煤粉介質流經過應用耦合技術的探頭時，探頭所接收到的電荷信號來 自介質對探頭的撞擊電荷、摩擦電荷和感應電荷。由于安裝在管道上探頭的表面積相對于 管道面積非常小，大部分接收到的電荷信號來自于感應電荷。煤粉濃度越高和流速越大，感 應所產生的電荷信號越強。如下式所示，電荷信號強度是煤粉濃度和風粉流速的二元函數， 它既受煤粉濃度大小的影響，也受風粉流速變化的影響。E=f (N, V)
其中E—電荷感應信號強度N—煤粉濃度
V-風粉流速
交流電荷感應式煤粉濃度測量裝置采用交流電荷耦合技術，是測量一次風粉流經探 頭時的感應電荷圍繞電荷平均值的交流擾動量，作為煤粉濃度和流速測量的基礎信號。在 交流耦合技術中，感應電荷的正負平均值被濾除，然后系統探測剩余擾動信號的電場、波峰 值、均方根值、以及其他各種混合變化。以上數值中，均方根值能準確反映信號的標準偏移。 煤粉濃度越高和流速越大，信號的標準偏移就越大，所以交流耦合技術以監測電荷信號的 標準偏移來確定交流信號的擾動量，并以即時擾動量的大小來確定煤粉瞬時總量。電荷信 號的標準偏移與煤粉的瞬時總量有準確的線性關系，再用同一時刻、同一測點測得的的一 次風瞬時流速除以電荷信號的標準偏移量，來獲得穩定的煤粉濃度。如下式所示
煤粉濃度=煤粉總量+ (流速X管道截面積)= [mg/s] + [m/s χ m ] 便可以準確地測得一次風管中煤粉的相對濃度值，在現場通過總量標定法標定后得到 煤粉濃度的絕對值。所有的濃度測量設備，都需要安裝后進行現場標定。介質流速測量方法
根據交流電荷感應原理，即氣流介質在流經一對傳感器時，在上下游傳感器探頭上感 應等量隨機電荷信號，兩組隨機信號同時傳至信號處理單元，在信號處理單元中經過信號 調理、A/D變換轉成數字信號，再由嵌入式處理器根據交相關數學模型計算后就能獲得二個 信號的高精度時差(煤粉經過二個傳感器所用時間)Δ t ；上下游傳感器之間的安裝距離是 恒定的L (安裝后精確測量，通過鍵盤輸入到信號處理單元中)，利用公式V(m/s) =L(m) + At(s)可以準確的計算出氣流絕對流速。本發明的有益效果是，與氣流接觸的只是傳感器金屬實心探棒，通過介質氣流與 傳感器探頭的感應電荷測量煤粉總量，再通過電荷感應信號測得準確的介質流速，再用同 一時刻、同一測點的流速除以電荷信號的標準偏移量，來獲得穩定的煤粉濃度，濃度直接測 量，不需要引壓管，所以不存在堵塞問題，具有免維護特征。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。圖1為本發明的傳感器結構圖 圖2為系統連接圖
圖中6.傳感器探棒，7.陶瓷絕緣體，8.保護套管，9.固定螺母，10.電氣殼體，11.
接線端子。圖中1.上有傳感器，2.下游傳感器，3.信號處理單元，4.信號電纜，5.傳感器 安裝底座。
具體實施例方式
電荷感應式煤粉濃度測量裝置由上游傳感器〔1〕、下游傳感器〔2〕、信號處理單元〔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，介于IOcm—50cm之間，兩路傳感器的信號通過信號電纜〔4〕傳送到信號處理單元〔3〕。 上、下游傳感器的探棒〔6〕感應介質流過時的電荷信號，由于絕緣體〔7〕的絕緣作用，電荷
4信號不被保護套管〔8〕短路，信號只能傳送到電器殼體〔10〕的接線端子上〔11〕，通過信號 電纜〔4〕傳送到信號處理單元〔3〕。根據交流電荷感應原理，即氣流介質在流經一對傳感器 時，在上下游傳感器探頭上感應等量隨機電荷信號，兩組隨機信號同時傳至信號處理單元， 在信號處理單元中經過信號調理、A/D變換轉成數字信號，再由嵌入式處理器根據交相關數 學模型計算后就能獲得二個信號的高精度時差(煤粉經過二個傳感器所用時間)Δ t ；上下 游傳感器之間的安裝距離是恒定的L (安裝后精確測量，通過鍵盤輸入到信號處理單元中)， 利用公式V(m/s) =L(m) + Δ t (s)可以準確的計算出氣流絕對流速。在輸入風道的截 面積后就可測得體積流量；當裝置接入煤粉管道溫度和壓力變送器后就可以計算出標準狀 況下的體積流量。信號處理單元通過D/A轉換變成4-20mA表征流速的模擬信號或通過現 場總線輸出給其他系統。
權利要求
交流電荷感應式煤粉濃度測量裝置，包括上、下游電荷感應式傳感器和信號處理單元，其特征是采用上、下游電荷感應式傳感器感應介質流經時產生的電荷信號，轉成電壓信號傳至信號處理單元，信號處理單元經過交相關原理計算出流體介質流經上、下游傳感器時的時差△t，計算出介質流速。
2.按權利要求書1所述的交流電荷感應式煤粉濃度測量裝置，其特征是采用一對垂直 于流體管道平行安裝的上、下游傳感器結構形式，通過電荷感應方式獲取流體介質瞬時特 征。
3.按權利要求書1所述的電荷感應式免維護風速測量裝置，其特征是信號處理單元采 集上、下游傳感器探測到的流體介質瞬時特征，通過交相關原理計算出流體介質流經上、下 游傳感器時的時差At(s)，利用公式V(m/s) = L(m) ÷ Δ t (s)，計算出介質流速。
全文摘要
一種基于電荷感應技術的能夠測量含粉塵氣流流速的裝置。由上游、下游傳感器和信號處理單元組成，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L(m)，利用電荷感應技術實時測量流體在上游、下游傳感器上的電荷感應信號，信號處理單元實時采集上游、下游傳感器的電荷信號，利用交相關原理計算出上游、下游傳感器信號的時間差△t，利用公式V(m/s)＝L(m)÷△t(s)可以準確的計算出氣流絕對流速。
文檔編號G01P5/22GK101975799SQ201010525089
公開日2011年2月16日 申請日期2010年10月29日 優先權日2010年10月29日
發明者常小軍, 徐堯, 董新 申請人:西安科瑞自動化有限責任公司