一种稀相气固两相流中固体颗粒质量流量测量装置专利检索-电路电路专利检索查询-专利查询网

一种稀相气固两相流中固体颗粒质量流量测量装置

阅读：846发布：2023-09-26

专利汇可以提供一种稀相气固两相流中固体颗粒质量流量测量装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种稀相气固两相流中固体颗粒质量流量测量装置，包括指型静电传感器，指型静电传感器的输出端通过信号输出屏蔽导线连接到前置电压放大电路的输入端，前置电压放大电路的输出端与数据采集设备的输入端相连，数据采集设备的输出端与计算机的输入端连接，由计算机对数据采集设备的输出信号进行分析计算得到固体颗粒质量流量；指型静电传感器包括：绝缘管道、指型静电感应电极、轴向保护电极、绝缘层、金属屏蔽罩。本实用新型采用指型电极静电传感器对解决现有非接触式静电传感器灵敏场分布不均、信噪比低、测量准确性差等问题均具有较好的效果。，下面是一种稀相气固两相流中固体颗粒质量流量测量装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种稀相气固两相流中固体颗粒质量流量测量装置，其特征在于，包括指型静电传感器(1)，所述指型静电传感器(1)的输出端通过信号输出屏蔽导线(10)连接到前置电压放大电路(2)的输入端，所述前置电压放大电路(2)的输出端与数据采集设备(3)的输入端相连，所述数据采集设备(3)的输出端与计算机(4)的输入端连接，由计算机(4)对数据采集设备(3)的输出信号进行分析计算得到固体颗粒质量流量；所述指型静电传感器(1)内部包括指型静电感应电极(6)和轴向保护电极(7)，所述指型静电感应电极(6)是由五个分别沿径向布置且沿轴向相连的单指电极组成的共面整体，所述轴向保护电极(7)包括两个分别位于指型静电感应电极(6)两端的环状电极，所述指型静电感应电极(6)和轴向保护电极(7)均镶嵌在绝缘管道(5)内壁上，所述绝缘管道(5)外包裹绝缘层(8)，所述绝缘层(8)外包裹金属屏蔽罩(9)，所述金属屏蔽罩(9)的轴向长度至少大于两个所述轴向保护电极(7)之间的间距，所述轴向保护电极(7)和金属屏蔽罩(9)通过接地屏蔽导线(11)共地。
2.根据权利要求1所述的稀相气固两相流中固体颗粒质量流量测量装置，其特征在于，所述指型静电感应电极(6)上五个单指电极宽度和长度相等，所述单指电极之间的轴向间距也相等。
3.根据权利要求2所述的稀相气固两相流中固体颗粒质量流量测量装置，其特征在于，所述指型静电感应电极(6)和轴向保护电极(7)之间的轴向间距为5-15毫米。
4.根据权利要求1所述的稀相气固两相流中固体颗粒质量流量测量装置，其特征在于，所述金属屏蔽罩(9)的轴向长度是两个所述轴向保护电极(7)之间间距的1.5-2倍。
5.根据权利要求1所述的稀相气固两相流中固体颗粒质量流量测量装置，其特征在于，所述数据采集设备(3)为数据采集卡。
6.根据权利要求1所述的稀相气固两相流中固体颗粒质量流量测量装置，其特征在于，所述前置电压放大电路(2)采用两级放大设计，包括第一级电压跟随器，在所述电压跟随器输入端连接470pf电容和2M 电阻，两级电路之间连接10uF的电容，第二级为电压放大器主要实现信号的放大，电路放大倍数取5倍；所述电压跟随器和电压放大器使用一个双运放芯片或两个单运放芯片。
7.根据权利要求6所述的稀相气固两相流中固体颗粒质量流量测量装置，其特征在于，所述前置电压放大电路(2)采用TL082CP双运放芯片。

说明书全文

一种稀相气固两相流中固体颗粒质量流量测量装置

技术领域

[0001] 本实用新型属于气固两相流测量装置技术领域，涉及一种稀相气固两相流中固体颗粒质量流量测量装置。

背景技术

[0002] 气固两相流广泛存在于自然界和工业生产中。实现气固两相流参数的测量对于气固两相流流动过程机理研究以及生产过程中的粉体流量计量、节能与控制具有重要意义。固体颗粒在管道气力输送过程中,颗粒之间、颗粒与管道之间的碰撞、摩擦，都能使固体颗粒带上电荷，颗粒荷电情况包含了颗粒流速、浓度等大量信息，静电传感器能够非侵入性地捕获流动颗粒携带的静电信号，从而得到颗粒流动状态的多种信息。现有技术是利用网状电极静电传感器、环状电极静电传感器、阵列式静电传感器和线性静电传感器等测量固体颗粒的流动参数，然而网状电极静电传感器属于侵入式传感器，其电极容易阻碍颗粒的流动；环状电极静电传感器和阵列式静电传感器都存在因灵敏场分布不均影响信号峰值频率的问题，从而影响流动参数测量的准确性；线性静电传感器制作较为不便、信噪比低，测量准确性差。
实用新型内容

[0003] 本实用新型的目的是提供一种稀相气固两相流中固体颗粒质量流量测量装置，解决现有技术中存在的传感器在管道截面上灵敏场分布不均引起的峰值频率不确定，颗粒速度测量误差大的问题。

[0004] 本实用新型所采用的技术方案是，一种稀相气固两相流中固体颗粒质量流量测量装置，包括指型静电传感器，指型静电传感器的输出端通过信号输出屏蔽导线连接到前置电压放大电路的输入端，前置电压放大电路的输出端与数据采集设备的输入端相连，数据采集设备的输出端与计算机的输入端连接，由计算机软件对数据采集设备的输出信号进行分析计算得到固体颗粒质量流量；指型静电传感器结构包括指型静电感应电极和轴向保护电极，指型静电感应电极是由五个分别沿径向布置且沿轴向相连的单指电极组成的共面整体，轴向保护电极包括两个分别位于指型静电感应电极两端的环状电极，指型静电感应电极和轴向保护电极均镶嵌在绝缘管道壁内部，绝缘管道外包裹绝缘层，绝缘层外包裹金属屏蔽罩，金属屏蔽罩的轴向长度至少大于两个轴向保护电极之间的间距，轴向保护电极和金属屏蔽罩通过屏蔽导线共地。

[0005] 本实用新型的特点还在于：

[0006] 指型静电感应电极上五个单指电极宽度和长度相等，单指电极之间的轴向间距也相等。

[0007] 指型静电感应电极和轴向保护电极之间的轴向间距为5-15毫米。

[0008] 金属屏蔽罩的轴向长度是两个轴向保护电极之间间距的1.5-2倍。

[0009] 数据采集设备为数据采集卡。

[0010] 前置电压放大电路采用两级放大设计，包括第一级电压跟随器，目的是进行阻抗匹配；在电压跟随器输入端连接470pf电容和2M 电阻用于调节传感器接线和运放的等效电阻和电容的影响；两级电路之间连接10uF的电容用于滤除直流分量；第二级为电压放大器，主要实现信号的放大，电路放大倍数取5倍；电压跟随器和电压放大器使用一个双运放芯片或两个单运放芯片。

[0011] 前置电压放大电路采用TL082CP双运放芯片。

[0012] 本实用新型的有益效果是：

[0013] 1.相比环状电极静电传感器结合空间滤波算法测量颗粒流动参数，本实用新型利用指型电极静电传感器能够解决由于传感器在管道截面上灵敏场分布不均所引起的峰值频率不确定的问题，减小了颗粒速度测量误差。

[0014] 2.相比于线性静电传感器，指型电极静电传感器制作简单、方便，信号噪声小、信噪比大。

[0015] 3.指型电极静电传感器具有非侵入式的特点，对管道内流体的流动状态无影响，只有一路输出信号，使用方便，适用范围广。附图说明

[0016] 图1是本实用新型一种稀相气固两相流中固体颗粒质量流量测量装置的结构示意图；

[0017] 图2是本实用新型一种稀相气固两相流中固体颗粒质量流量测量装置中指型电极静电传感器测量探头的结构示意图；

[0018] 图3是本实用新型一种稀相气固两相流中固体颗粒质量流量测量装置中前置电压放大电路的结构示意图；

[0019] 图4是本实用新型一种稀相气固两相流中固体颗粒质量流量测量装置中前置电压放大电路芯片的结构示意图。

[0020] 图中，1.指型静电传感器，2.前置电压放大电路，3.数据采集设备，4.计算机，5.绝缘管道，6.指型静电感应电极，7.轴向保护电极，8.绝缘层，9.金属屏蔽罩，10.信号输出屏蔽导线，11.接地屏蔽导线。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

[0022] 本实用新型一种稀相气固两相流中固体颗粒质量流量测量装置，如图1和2所示，包括指型静电传感器1，指型静电传感器1的输出端通过信号输出屏蔽导线10连接到前置电压放大电路2的输入端，前置电压放大电路2的输出端与数据采集设备3的输入端相连，数据采集设备3的输出端与计算机4的输入端连接，由计算机4对数据采集设备3的输出信号进行分析计算得到固体颗粒质量流量；指型静电传感器1内部包括指型静电感应电极6和轴向保护电极7，指型静电感应电极6是由五个分别沿径向布置且沿轴向相连的单指电极组成的共面整体，轴向保护电极7包括两个分别位于指型静电感应电极6两端的环状电极，指型静电感应电极6和轴向保护电极7均镶嵌在绝缘管道5的管壁内，绝缘管道5外包裹绝缘层8，绝缘层8外包裹金属屏蔽罩9，金属屏蔽罩9的轴向长度约为两个轴向保护电极7之间轴向间距的两倍，轴向保护电极7和金属屏蔽罩9通过屏蔽导线11共地。

[0023] 如图2所示，指型静电感应电极6上五个单指电极宽度w和长度相等，单指电极之间的轴向间距p也相等。指型静电感应电极6和轴向保护电极7之间的轴向间距为5-15毫米。金属屏蔽罩9的轴向长度是两个轴向保护电极7之间间距的1.5-2倍。

[0024] 数据采集设备3为数据采集卡，型号为NI USB-6363。

[0025] 如图3和4所示，前置电压放大电路2采用两级放大设计，包括第一级电压跟随器，目的是进行阻抗匹配，可以将静电传感器的高输入阻抗转化为低阻抗输入，从而便于第二级电路的放大；在电压跟随器输入端连接470pf电容和2M电阻是为了调节传感器接线和运放的等效电阻和电容的影响。因为静电传感器主要检测管道流动中的静电噪声信号，而该信号属于交流信号，所以在两级电路之间连接了10uF的电容用于滤除信号中的直流分量，第二级为电压放大器主要实现信号的放大，电路放大倍数取5倍。通过实验分析，该电路中的电阻取2M，电容取470pF时电路的灵敏度和信噪比最好，电路放大倍数取5倍(即5K/1K＝5)即可满足实际需要。

[0026] 由于前置电压放大电路由电压跟随器和电压放大器两部分组成，故使用双运放芯片较为方便，如图4所示，采用TL082CP双运放芯片。

[0027] 实施例

[0028] 在流体输送管道上沿轴向布置一个指型静电传感器1，指型静电传感器1的输出端通过信号输出屏蔽导线10连接到前置电压放大电路2的输入端，当带电固体颗粒通过指型静电传感器1时，测得一组带有颗粒流动状态信息的静电流噪声信号；指型静电传感器1信号通过信号输出屏蔽导线10接入前置电压放大电路2经过放大后，利用数据采集设备3将信号传输至计算机4，在计算机中对信号进行频谱分析，并确定信号强度和频谱峰值频率，计算获得气固两相流中固体颗粒的流速及浓度，进而计算得到固体颗粒质量流量。使用本实用新型一种稀相气固两相流中固体颗粒质量流量测量装置测量及分析计算固体颗粒质量流量的具体步骤如下：

[0029] (1)指型静电传感器1的输出端通过信号输出屏蔽导线10连接到前置电压放大电路2的输入端，指型静电传感器1产生能够反映颗粒流动信息的静电信号，该静电信号经前置电压放大电路2放大后由数据采集设备3送入计算机4。

[0030] (2)对采集到的静电信号e(n)进行傅里叶变换得到EN(k)；取其频谱幅值的平方|EN(k)|2得到输出信号的功率谱函数P(k)

[0031] P(k)＝|EN(k)|2 (1)

[0032] 其中，n为离散时间变量，N为静电信号总采样点数，k为离散频率变量。

[0033] (3)根据步骤(2)得到的功率谱特性函数的峰值位置可以确定峰值频率fmax[0034] fmax＝K·F (2)

[0035] 其中，K为功率谱密度函数峰值对应位置的离散点数，F为功率谱分析的频率分辨率。

[0036] (4)指型静电感应电极探测得到管道中的颗粒流速v计算公式如下：

[0037] V＝k0·fmax (3)

[0038] 其中，k0为流速无量纲校正系数，由实验标定确定。

[0039] (5)根据步骤(2)得到的离散功率谱特性函数进行趋势项曲线拟合得到p(x)，对p(x)进行积分求拟合曲线面积S

[0040] S＝∫p(x)dx (4)

[0041] 其中，x为拟合曲线后的频率变量。

[0042] (6)指型静电感应电极探测得到的颗粒浓度c计算公式如下：

[0043] C＝k1·S (5)

[0044] 其中，k1为浓度无量纲校正系数，由实验标定确定。

[0045] (7)根据如下公式计算固体颗粒的质量流量：

[0046] Q＝A·ρ·v·c (6)

[0047] 其中，A为管道横截面积，ρ为固体颗粒密度，v为固体颗粒流速，c为固体颗粒体积浓度。

[0048] 本实用新型一种稀相气固两相流中固体颗粒质量流量测量装置，其有益效果在于：相比环形静电传感器和阵列式静电传感器，本实用新型采用指型静电传感器能够克服因传感器灵敏场分布不均对信号峰值频率的影响；相比线性静电传感器，具有制作简单方便，信号信噪比高，测量准确性高的优点。

标题	发布/更新时间	阅读量
工艺不变电阻器和电容器对	2020-05-08	233
用于确定断连的电池的充电状态的系统和方法	2020-05-11	933
空对地环境中多个网络集成的架构	2020-05-08	719
使用形状记忆材料的电流中断设备	2020-05-08	235
一种用于显示设备的像素电路	2020-05-11	91
用于蒸气产生装置的可感应加热烟弹	2020-05-08	685
通过掺杂自旋转移扭矩(STT)磁阻式随机存取存储器(MRAM)的氧化盖层的高热稳定性	2020-05-08	507
用于混合接合的化学机械抛光	2020-05-08	650
安装结构体的制造方法及其中使用的片材	2020-05-08	855
多频带滤波器架构	2020-05-08	968

一种稀相气固两相流中固体颗粒质量流量测量装置

一种稀相气固两相流中固体颗粒质量流量测量装置

技术领域

背景技术

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：