多点无源电荷感应式煤粉速度浓度细度在线测量系统的制作方法

本实用新型涉及一种测量机构，尤其是指一种能够用于电厂一次风煤粉管道浓度流速测量的机构，具体说是一种基于多点式无源感应电荷（包含交流感应电荷、直流电荷）的抗扰流、体积小、响应快、精度高且运行稳定、密封性好的多点无源电荷感应式煤粉速度浓度细度在线测量系统。

背景技术：

造纸、钢铁冶炼、食品加工、余热发电、水泥生产、垃圾发电等很多工业场合都会使用到气体传输粉体颗粒技术，对于气固两相流的流速、浓度、细度一体化测量一直是个难题。粉体颗粒在被气体输送的过程中，颗粒间相互摩擦、分离会带上一定量电荷信号(包含交流感应电荷、直流电荷)，由于固体颗粒本身的物理性质（能带结构、表面态、几何特性、介电常数等），这些带电的颗粒形成了动态的气固两相流场。传统的测量方式只使用了两根传感器，由于管道内的流畅是不均匀的，有可能偏向传感器的另一侧，使得传感器不能感应到煤粉颗粒电荷信号，导致不能实时准确的测量出管道内气固两相的浓度、流速、细度；另外由于传感器直接固定在粉管上，容易出现固定不稳、泄漏都问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种基于无源电荷感应式的抗扰流、体积小、响应快、精度高且运行稳定、密封性好的多点无源电荷感应式煤粉速度浓度细度在线测量系统。

本实用新型的目的是通过以下技术方案解决的：

一种多点无源电荷感应式煤粉速度浓度细度在线测量系统，包括粉管，其特征在于：所述粉管的外壁上固定设置有沿粉管的轴向设置的定位器，在定位器上轴向距离为L的径向截面A和径向截面B处，沿径向截面A和径向截面B皆竖直布置有不少于三支电荷传感器以构成栅栏型电极，且径向截面B处的电荷传感器一一对应位于径向截面A处的电荷传感器的轴向延长线上。

所述的电荷传感器与定位器螺纹连接且定位器的开口凹槽内嵌置有密封电荷传感器的密封圈。

所述的定位器直接焊接在粉管的周面上。

位于同一轴线方向上的对应电荷传感器分别将采集到的信号依次传递给与其相对应的耦合电路、滤波电路、放大电路、信号隔离电路后送入同一个A/D采集运算单元计算，多组A/D采集运算单元获得的结果送入FPGA/ARM高速处理单元获得平均值，并在人机互动操作单元上显示出来。

所述的人机互动操作单元采用触摸屏。

所述的FPGA/ARM高速处理单元将测量结果信号通过0-20mA输出电路传输给用户；或者所述的FPGA/ARM高速处理单元通过通讯总线与用户通讯。

所述粉管的径向截面A上布置有一号电荷传感器、二号电荷传感器、三号电荷传感器，其中二号电荷传感器穿过粉管的轴心且一号电荷传感器和三号电荷传感器对称设置在二号电荷传感器的两侧；在轴向距离相距L的径向截面B处布置有分别与一号电荷传感器、二号电荷传感器、三号电荷传感器一一对应的四号电荷传感器、五号电荷传感器、六号电荷传感器。

位于同一轴线方向上的一号电荷传感器和四号电荷传感器、二号电荷传感器和五号电荷传感器、三号电荷传感器和六号电荷传感器分别将采集到的信号依次传递给与其相对应的耦合电路、滤波电路、放大电路、信号隔离电路后送入同一个A/D采集运算单元计算，多组A/D采集运算单元获得的结果送入FPGA/ARM高速处理单元获得平均值，并在人机互动操作单元上显示出来。

下面以设置六只电荷传感器来对本实用新型的多点无源电荷感应式煤粉速度浓度细度在线测量系统进行原理说明。

煤粉速度：气体在密闭管道内输送粉体颗粒的过程中，粉体颗粒会带上一定量的电荷信号(包含交流感应电荷、直流电荷)，通过安装在管道壁上的传感器探头可以将电荷信号测量出来。沿被测管道轴向距离L布置六只探头，假设一号电荷传感器1收集到的电荷信号为f(t)，下游的四号电荷传感器4收集到的电荷信号为z(t)。这时f(t)信号较z(t)信号只是有一定时间上的延时，这两组信号除了夹杂了一定的噪声，产生的波形应该相似，基于这样的原理，通过互相关运算计算出f(t)落后于z(t)的时间差，用每两只电荷传感器(直线距离为L、且在同一条直线上的两根电荷传感器)的轴向距离L除以时间差，就得出一组速度，同理二号电荷传感器2和五号电荷传感器5、三号电荷传感器3和六号电荷传感器6也产生两组速度。再取平均就可以得到粉体颗粒平均流速：V=(L1/Δt1+ L2/Δt2+ L3/Δt3)/3。

煤粉浓度：煤粉浓度直接通过一号电荷传感器1、二号电荷传感器2、三号电荷传感器3共同采集得到；利用一号电荷传感器1、二号电荷传感器2、三号电荷传感器3、四号电荷传感器4、五号电荷传感器5、六号电荷传感器6，流速测量配置中的上下游传感器的电荷扰动量信号，与瞬时煤粉总量具有相关性，除去同一时间段、同一组传感器测量点的瞬时流速与管道面积的乘积可得出煤粉浓度，如下式所示：煤粉浓度=煤粉总量÷（流速x管道截面积）。

煤粉细度：基于库尔特原理电荷感应技术测量煤粉细度，煤粉管道内的煤粉颗粒及体积大小不同、介质，其所带电荷量也不同；当不同颗粒和体积大小的煤粉流过传感器时，所产生的脉冲信号即电压幅值也不同，脉冲信号的大小和次数与颗粒的大小和数目成正比，根据不同的脉冲信号次数和电压幅值测算出不同煤粉颗粒的大小。煤粉细度和煤粉浓度、煤粉速度具有相关性，可通过标定计算得到。

本实用新型相比现有技术有如下优点：

本实用新型的在线测量系统基于粉体颗粒上带有电荷信号，且煤粉管道内的煤粉颗粒及体积大小不同、介质，其所带电荷量也不同，通过对不同组成成分粉体颗粒携带的电荷进行感应测量，故能够快速得出粉体颗粒的速度、浓度和细度，电荷传感器安装便捷、稳定性强、维护量小且密封性强，并具有抗扰流、体积小、响应快、精度高的特点，适宜推广使用。

附图说明

附图1为本实用新型的多点无源电荷感应式煤粉速度浓度细度在线测量系统的结构示意图；

附图2为附图1的截面结构示意图；

附图3为本实用新型的多点无源电荷感应式煤粉速度浓度细度在线测量系统的测量原理框图。

其中：1—一号电荷传感器；2—二号电荷传感器；3—三号电荷传感器；4—四号电荷传感器；5—五号电荷传感器；6—六号电荷传感器；7—粉管；8—定位器。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1-3所示：一种多点无源电荷感应式煤粉速度浓度细度在线测量系统，包括粉管7，在粉管7的外壁上固定设置有沿粉管7的轴向设置的定位器8且定位器8直接焊接在粉管7的周面上，在定位器8上轴向距离为L的径向截面A和径向截面B处，沿径向截面A和径向截面B皆竖直布置有不少于三支电荷传感器以构成栅栏型电极，且径向截面B处的电荷传感器一一对应位于径向截面A处的电荷传感器的轴向延长线上；在上述结构中，电荷传感器与定位器8螺纹连接且定位器8的开口凹槽内嵌置有密封电荷传感器的密封圈。位于同一轴线方向上的对应电荷传感器分别将采集到的信号依次传递给与其相对应的耦合电路、滤波电路、放大电路、信号隔离电路后送入同一个A/D采集运算单元计算，多组A/D采集运算单元获得的结果送入FPGA/ARM高速处理单元获得平均值，并在人机互动操作单元上显示出来。其中人机互动操作单元采用触摸屏；FPGA/ARM高速处理单元将测量结果信号通过0-20mA输出电路传输给用户；或者所述的FPGA/ARM高速处理单元通过RS-485通讯总线与用户通讯。

举例来说，在粉管7的径向截面A上布置有一号电荷传感器1、二号电荷传感器2、三号电荷传感器3，其中二号电荷传感器2穿过粉管7的轴心且一号电荷传感器1和三号电荷传感器3对称设置在二号电荷传感器2的两侧，因为管道壁的流速和中心点的流速不一样，因此上述布置的栅栏型电极不但能够测量到中心流速、还能够测量到管道壁侧的流速；在轴向距离相距L的径向截面B处布置有分别与一号电荷传感器1、二号电荷传感器2、三号电荷传感器3一一对应的四号电荷传感器4、五号电荷传感器5、六号电荷传感器6。位于同一轴线方向上的一号电荷传感器1和四号电荷传感器4、二号电荷传感器2和五号电荷传感器5、三号电荷传感器3和六号电荷传感器6分别将采集到的信号依次传递给与其相对应的耦合电路、滤波电路、放大电路、信号隔离电路后送入同一个A/D采集运算单元计算，多组A/D采集运算单元获得的结果送入FPGA/ARM高速处理单元获得平均值，并在人机互动操作单元上显示出来。

下面以设置六只电荷传感器来对本实用新型的多点无源电荷感应式煤粉速度浓度细度在线测量系统的电路信号处理过程进行说明。

其中一号电荷传感器1和四号电荷传感器4采集到的信号分别通过各自对应的耦合电路、滤波电路、放大电路、信号隔离电路输送至同一个A/D采集运算单元得到1#速度、浓度和细度；二号电荷传感器2和五号电荷传感器5采集到的信号分别通过各自对应的耦合电路、滤波电路、放大电路、信号隔离电路输送至同一个A/D采集运算单元得到2#速度、浓度和细度；电荷传感器3和电荷传感器6采集到的信号分别通过各自对应的耦合电路、滤波电路、放大电路、信号隔离电路输送至同一个A/D采集运算单元得到3#速度、浓度和细度。将得到的三组速度通过FPGA/ARM高速处理单元进行均值处理运算后，在人机互动操作单元上显示出来，供外部观察仪器运行状态和操作使用。人机交互接口采用触摸屏时，在触摸屏上能够显示测量结果和趋势曲线、亦可以进行参数的设置和功能切换；而且测量结果信号可以通过4-20mA传输给用户，也可以通过RS-485的方式与用户通讯。

本实用新型的在线测量系统基于粉体颗粒上带有与颗粒体积和成分相关的电荷信号，且煤粉管道内的煤粉颗粒及体积大小不同、介质，其所带电荷量也不同，通过对粉体颗粒携带的电荷进行感应测量（滤除直流分量），故能够快速得出粉体颗粒的速度、浓度和细度，电荷传感器安装便捷、稳定性强、维护量小且密封性强，并具有抗扰流、体积小、响应快、精度高的特点，适宜推广使用。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内；本实用新型未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。