一种静电传感器空间灵敏度均匀化方法

1.本发明属于气固两相流在线测量技术范围，特别涉及一种静电传感器空间灵敏度均匀化方法。


背景技术：

2.在粉体气力输送过程中，运动颗粒由于碰撞、摩擦而携带一定量的静电荷，采用静电传感器对带电颗粒引起的波动电场进行检测，可实现颗粒流速、浓度、质量流量等参数的在线测量。然而，静电传感器的空间灵敏度具有非均匀性，即带电颗粒在电极上引起的感应电荷量依赖于颗粒与电极之间的距离，距离越近感应电荷量越大，因此气力输送管道内壁附近的颗粒对静电信号的产生起主导作用。另一方面，气力输送管道内粉体浓度、速度分布不均匀，静电传感器测量得到的流动参数主要反映内壁附近的流动状态，不能代表管道内部的整体流动状态，从而带来显著的测量误差。
3.为了解决上述问题，本发明提出一种静电传感器空间灵敏度均匀化方法。由于静电传感器的空间灵敏度随着到电极距离的增大而趋于均匀，本发明提出通过增加非侵入式电极到管道内壁的距离，降低管道内部空间灵敏度的非均匀性；同时，提高静电传感器信号调理电路的电压增益，补偿由于距离增加而带来的灵敏度损失。本发明能够使气力输送管道截面内不同位置的颗粒在电极上产生的感应电荷量趋于一致，从而降低气送粉体流动参数测量误差，尤其在管径较大、粉体分布不均匀的工况下具有明显效果。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种静电传感器空间灵敏度均匀化方法，其特征在于，所述静电传感器由非侵入式电极和信号调理电路组成；所述非侵入式电极与管道内壁之间设置较厚的绝缘层，以降低管道内部空间灵敏度的非均匀性；所述信号调理电路具有足够的电压增益，以补偿由于绝缘层造成的灵敏度损失。
5.所述绝缘层宜采用具有较大介电常数的绝缘材料，以提高空间灵敏度均匀化效果、减小绝缘层厚度和电极尺寸。
6.所述管道内部空间灵敏度的非均匀性可以用内壁与管道中心处空间灵敏度的相对差异进行度量，即
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其中，sr和s0分别表示内壁和管道中心的空间灵敏度，绝缘层材料与厚度的选取应使δ小于10％为宜。
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所述信号调理电路采用跨阻放大器将感应电流信号转换为电压信号，跨阻放大器的反馈电阻具有足够大的阻值以获得高电压增益；所述信号调理电路还可以采用电荷放大器将感应电荷信号转换为电压信号，电荷放大器的反馈电容具有足够小的容值以获得高电压增益。
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本发明的有益效果是：可提高管道截面内空间灵敏度的均匀性，使不同位置的带电颗粒对静电信号的贡献趋于一致，有利于提高粉体流动参数的测量精度。
附图说明
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图1为无绝缘层时静电传感器空间灵敏度径向分布曲线。
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图2为有绝缘层时静电传感器空间灵敏度径向分布曲线。
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图1、2中：1.电极；2.绝缘层；3.管道；4.颗粒；5.空间灵敏度径向分布曲线。
具体实施方式
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本发明提供一种静电传感器空间灵敏度均匀化方法。下面结合附图和实施例对本发明予以说明如下：
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图1所示为电极与管道内壁之间无绝缘层时的静电传感器空间灵敏度径向分布曲线。图中，电极1与管道3内壁平齐，对管道3内部颗粒4进行非侵入式测量，绝缘层2使电极1与管道3之间绝缘。通过有限元数值模拟或理论模型分析，可得到静电传感器空间灵敏度径向分布曲线5，其形状依赖于电极轴向宽度与管径之比。可以看出，静电传感器空间灵敏度沿径向分布极不均匀，内壁附近的空间灵敏度远远高于管道中心处的空间灵敏度，致使静电传感器的信号主要由内壁附近的颗粒所产生。
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图2所示为电极与管道内壁之间有较厚绝缘层时的静电传感器空间灵敏度径向分布曲线。由于电极1与管道3内壁之间存在一定距离，且在离电极较远处的空间灵敏度变化较为缓慢，从而使得空间灵敏度沿径向分布趋于均匀。通过选择合适的绝缘材料和绝缘层厚度可对空间灵敏度径向分布进行调整，使管道截面不同位置的颗粒对静电信号的贡献趋于一致。
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比较图1、2中的空间灵敏度径向分布曲线5可以看出，图2中绝缘层2使得管道2截面内的空间灵敏度降低，因此应提高静电传感器信号调理电路的电压增益，补偿空间灵敏度损失，以获得具有足够强度的静电信号。


技术特征：
1.一种静电传感器空间灵敏度均匀化方法，其特征在于，所述静电传感器由非侵入式电极和信号调理电路组成；所述非侵入式电极与管道内壁之间设置较厚的绝缘层，以降低管道内部空间灵敏度的非均匀性；所述信号调理电路具有足够的电压增益，以补偿由于绝缘层造成的灵敏度损失。2.根据权利要求1所述静电传感器空间灵敏度均匀化方法，其特征在于，所述绝缘层宜采用具有较大介电常数的绝缘材料，以提高空间灵敏度均匀化效果、减小绝缘层厚度和电极尺寸。3.根据权利要求1所述静电传感器空间灵敏度均匀化方法，其特征在于，所述管道内部空间灵敏度的非均匀性可以用内壁与管道中心处空间灵敏度的相对差异进行度量，即其中，s
r
和s0分别表示内壁和管道中心的空间灵敏度，绝缘层材料与厚度的选取应使δ小于10％为宜。4.根据权利要求1所述静电传感器空间灵敏度均匀化方法，其特征在于，所述信号调理电路采用跨阻放大器将感应电流信号转换为电压信号，跨阻放大器的反馈电阻具有足够大的阻值以获得高电压增益；所述信号调理电路还可以采用电荷放大器将感应电荷信号转换为电压信号，电荷放大器的反馈电容具有足够小的容值以获得高电压增益。

技术总结
本发明公开了属于气固两相流在线测量技术范围的一种静电传感器空间灵敏度均匀化方法。该方法在非侵入式电极与管道内壁之间设置较厚的绝缘层，提高电极与内壁之间的距离，利用离电极较远处空间灵敏度变化较缓慢的特性，使管道内部空间灵敏度分布趋于均匀；同时，提高静电传感器信号调理电路的电压增益，补偿由于绝缘层带来的灵敏度损失，获得具有足够强度的静电信号。本发明能够使气力输送管道截面内不同位置的颗粒在电极上产生的感应电荷量趋于一致，从而提高气送粉体流动参数测量精度。从而提高气送粉体流动参数测量精度。


技术研发人员：胡永辉 闫勇 钱相臣 张文彪 杨龙 杨元清
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：2020.10.06
技术公布日：2022/4/22