一种红外线烟道在线流速仪及其测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种红外线烟道在线流速仪，包括：两个红外接收器、一个供电单元、一个信号处理单元及一个数据显示单元，信号处理单元接受来自红外接收器的信号并实时传输测量结果至数据显示单元；同时，本发明还公开了该流速仪的测量方法，基于红外互相关技术，利用两个红外接收器感应示踪气团的位置来测量流速和流量，成本低，具有普及应用的良好前景；红外接收器的测量是非接触式的，灵敏度高且响应快，流速仪与烟气接触的部件都采用防护等级为IP68的铝合金材料制成，能够实现高精度、耐腐蚀、耐高温、低误差的在线烟气流速和流量测量；此外，本发明的流速仪为插入式的安装方式，拆卸、维修及清洁保养操作简便，维护成本低。
【专利说明】一种红外线烟道在线流速仪及其测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种流速仪，具体涉及一种红外线烟道在线流速仪及其测量方法；基 于红外互相关技术，利用红外线探测气团的特征红外信号，从而实现对烟道排放气体的流 速和流量进行测量。
【背景技术】
[0002] 在冶金企业、化工企业及其它工业企业中，对烟道烟尘烟气的检测一直是环境污 染源监测的重中之重。烟道排放物是大量高温、有毒、有害气体和烟尘的混合物，成分很复 杂，气体中包括S02、CO、CO2、碳氢化合物以及氮氧化合物等，烟尘包括燃料的灰分、煤粒、油 滴以及高温裂解产物等。
[0003] 为了掌握烟气的流动特性，对其流速的测量十分重要，但是，烟道中是高温环境， 且烟气有毒有腐蚀性，因而烟道中烟气的流速测量难度大且准确性低。现有技术中常用的 测量方式一般有两种：
[0004] (1)、皮托管气体流量计，该流量计利用压力差来测量流速，其测量方法是：将皮托 管放在烟道中心位置，保证管口与气流方向垂直，通过测量动压和静压的差值，由伯努利方 程的气体化简公式V= (2Ap/p)°_5来计算流速，其中，V、AP、P分别为流速、压力差和气 体密度。该测量方法的缺点较多，其中较明显的缺点是皮托管细小、易造成堵塞，皮托管使 用寿命短且维护成本高；而且当流速比较小时，由于产生的压力很小，测量时误差会较大， 不能测量低速烟气。
[0005] (2)、超声波流速仪，该流速仪利用超声波传感器来测量流速，其测量方法和原理 是：超声波在流动的气体中传播时会载上气体流速的信息，因此通过接收到的超声波就可 以检测出烟气的流速，从而换算成流量。该测量方法的不足之处在于：抗干扰能力差，易受 到其他声源混入的超声音干扰、影响精度；测量管道结垢会严重影响测量精度；超声波传 感器价格昂贵，导致仪器成本高，用于腐蚀性强的烟道中极易损坏，维护成本相当高。
[0006] 综上，现有技术中两种常用的测量仪器价格昂贵，应用于烟道流速测量的话，极易 被腐蚀性气体及粉尘损坏，测量精度也无法满足要求，鉴于此，迫切需要一种耐腐蚀、耐高 温、灵敏度高、响应快、易于安装维护的流速仪，满足烟道的在线流速测量。
【发明内容】
[0007] 为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种红外线烟道在线流速仪，能 够耐腐蚀耐高温，具有灵敏度高、响应快、易于安装维护等优点；同时，本发明还公开了该流 速仪的测量方法，能够快速、准确地获得流速信息。
[0008] 为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
[0009] -种红外线烟道在线流速仪，包括：两个红外接收器、一个供电单元、一个信号处 理单元及一个数据显示单元，所述两个红外接收器沿烟气流向间隔分布于烟道内并通过屏 蔽线与信号处理单元和数据显示单元连接，所述信号处理单元接受来自红外接收器的信号 并实时传输测量结果至数据显示单元。
[0010] 具体地，前述红外接收器包括：一端开口的罩体、设置于罩体开口端的法兰盘、安 装于罩体内部的电路板和红外探测器，所述法兰盘与红外探测器对应的位置形成有通孔， 通孔内安装有锗窗口；所述罩体远离开口端的另一端安装有防水接头，所述屏蔽线自防水 接头穿过。
[0011] 具体地，前述信号处理单元由差分放大电路、模数转换芯片及一单片机组成，红外 探测器将检测到的信号经电路板进行四级放大滤波后传入信号处理单元，信号先经差分放 大电路去除共模噪声，然后再经模数转换芯片将模拟信号转换为数字信号，最后传入单片 机。
[0012] 具体地，前述数据显示单元由与单片机相连的微型计算机、IXD显示屏及操作面板 组成；微型计算机的输出端口与LCD显示屏相连，输入端口与操作面板相连，所述操作面板 设置有两个LED灯和若干按键。
[0013] 优选地，前述锗窗口不镀膜，厚度为2mm，透射的光谱范围为2-16 iim。
[0014] 优选地，前述红外探测器为带有氟化钙窗口的热释电型红外探测器。
[0015] 优选地，前述罩体和法兰盘均由防护等级为IP68的铝合金材料制成。
[0016] 进一步地，前述罩体、锗窗口与法兰盘的连接处均设有0型密封圈。
[0017] 更进一步地，前述信号处理单元和数据显示单元置于一个保护盒内，所述保护盒 由防护等级为IP68的铝合金材料制成。
[0018] 此外，本发明还公开了红外线烟道在线流速仪的流速测量方法，包括以下流程：
[0019] (1)、将两个红外接收器相聚一定距离固定在烟道内，通过屏蔽线与供电单元、信 号处理单元及数据显示单元相连；
[0020] (2)、将两个红外探测器得到的气团波形信号分别定义为A(t)、B(t)，利用下列函
【权利要求】
1. 一种红外线烟道在线流速仪，其特征在于，包括：两个红外接收器、一个供电单元、 一个信号处理单元及一个数据显示单元，所述两个红外接收器沿烟气流向间隔分布于烟道 内并通过屏蔽线与信号处理单元和数据显示单元连接，所述信号处理单元接受来自红外接 收器的信号并实时传输测量结果至数据显示单元。
2. 根据权利要求1所述的一种红外线烟道在线流速仪，其特征在于，所述红外接收器 包括：一端开口的罩体、设置于罩体开口端的法兰盘、安装于罩体内部的电路板和红外探测 器，所述法兰盘与红外探测器对应的位置形成有通孔，通孔内安装有锗窗口；所述罩体远离 开口端的另一端安装有防水接头，所述屏蔽线自防水接头穿过。
3. 根据权利要求2所述的一种红外线烟道在线流速仪，其特征在于，所述信号处理单 元由差分放大电路、模数转换芯片及一单片机组成，红外探测器将检测到的信号经电路板 进行四级放大滤波后传入信号处理单元，信号先经差分放大电路去除共模噪声，然后再经 模数转换芯片将模拟信号转换为数字信号，最后传入单片机。
4. 根据权利要求3所述的一种红外线烟道在线流速仪，其特征在于，所述数据显示单 元由与单片机相连的微型计算机、LCD显示屏及操作面板组成；微型计算机的输出端口与 IXD显示屏相连，输入端口与操作面板相连，所述操作面板设置有两个LED灯和若干按键。
5. 根据权利要求2所述的一种红外线烟道在线流速仪，其特征在于，所述锗窗口不镀 膜，厚度为2mm，透射的光谱范围为2-16iim。
6. 根据权利要求2所述的一种红外线烟道在线流速仪，其特征在于，所述红外探测器 为带有氟化钙窗口的热释电型红外探测器。
7. 根据权利要求1所述的一种红外线烟道在线流速仪，其特征在于，所述罩体和法兰 盘均由防护等级为IP68的铝合金材料制成。
8. 根据权利要求2所述的一种红外线烟道在线流速仪，其特征在于，所述罩体、锗窗口 与法兰盘的连接处均设有0型密封圈。
9. 根据权利要求1-8任一项所述的一种红外线烟道在线流速仪，其特征在于，所述信 号处理单元和数据显示单元置于一个保护盒内，所述保护盒由防护等级为IP68的铝合金 材料制成。
10. 基于权利要求1-9任一项所述的红外线烟道在线流速仪的测量方法，其特征在于， 包括以下流程： (1) 、将两个红外接收器相聚一定距离固定在烟道内，通过屏蔽线与供电单元、信号处 理单元及数据显示单元相连； (2) 、将两个红外探测器得到的气团波形信号分别定义为A(t)、B(t)，利用下列函数：
信号处理单元计算气团经过两个红外探测器所用时 ， 间间隔； 其中，t是时间变量，t是A(t)的延迟时间变量，T是一个时间常数即一次完整测量所 用时间，R(T)是自变量为T的函数，当T=T^时，R(TJ有极大值，其中T^为所求时 间间隔，利用上面的函数R(T)计算出它的极大值，极大值所在点％值即等于最大的延迟 时间，也就是气团经过两个探测器所用时间间隔； (3)、由速率的定义u=距离/时间间隔，信号处理单元得到气体的流速大小；再用烟 道的截面积乘以流速得出烟气的流量；流速和流量显示于数据显示单元的LCD显示屏上。
【文档编号】G01D21/02GK104406631SQ201410668845
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月20日 优先权日:2014年11月20日
【发明者】李伟, 姚军, 曹晨, 赵亚亭, 闫莹, 朱锡明, 奚易堃 申请人:苏州奥德克光电有限公司