确定通过横截面流动的介质特性的设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种确定通过横截面流动的介质特性的设备。
【背景技术】
[0002] 在许多工业设备中，借助介质通过管道或软管的流动进行输送起着重要的作用。 在这里，要输送的介质往往涉及一种多相混合物，它由例如液态或气态的载体介质和要附 加输送的介质组成。例如，由包含小和最小固体和/或液体粒子以及用空气做为气态载体 介质组成的粉尘流，如其在燃煤电厂内出现的那样。在那里，来自例如煤磨碎机的煤粉，通 过许多煤粉管道分配给多个燃烧器。
[0003]越精确地知道流动多相混合物确定的特性，例如在煤粉管道内的煤粉特性，便能 越好地影响并因而也能优化以其为基础的过程。因此始终需要已经能使用的那些测量方 法，并允许确定混合物的过程参数，如质量流量、流动速度或粒子速度、粒度分布、湿度和成 分。
[0004] 尤其在确定小和最小的粒子的流动特性时产生的疑难问题是，不仅沿流动方向， 而且在流动横截面内的不均匀性和不规则分布。例如在通常设计为管道或通道的煤粉管道 内煤粉量的分布，受成绺（Strahnenbildung)的影响，由个别的测量不能有足够分辨率地 检测这种成绺。
[0005] 为了说明管道内部的成绺，在图1A中示意表示直管段2的侧视图。在左侧的箭头 表示混合物的流动方向。在管段2内部表示了由煤粉组成的绺s(Stiiihne)。典型的测量 布置由多个排列在管段侧面的测量传感器组成。在位置xl、x2、x3和xN，测量装置M1、M2、 M3和MN伸入管道内部，在这里，这些传感器可以设置在管段外，或也可以设置在管段内，以 借助规定的测量原理提供例如有关成绺的两相流浓度（Beladung)的信息。在图1B中表示 管段2透视图。图中示意表示在管段的位置xl至x3的三个成120度在空间错开定位的传 感器。在此图中可以清楚看出，通过测量传感器沿管道纵向固定地设置，以及从每个传感器 都发射出一个锥形辐射的前提条件下，在规定区域内的信号探测是不能满足要求的。例如 测量传感器M2没有提供信号，因为用SQ标示的绺横截面并没有处于M2用剖面线表示的测 量锥内部。尽管有大量传感器，但只有很少部分的成绺并且不是能被所有传感器都识别。在 这种配置的情况下，更好的分辨率并因而更好的结果，只能借助附加的传感器达到。在欧洲 专利文件EP1459055中公开了一种按图1A所示原理构成的测量装置。
[0006] 这种测量方法的缺点是，它们大多在外部，从固定的测量位置出发，在测量容积内 或通过测量容积测量，以及传感器只有一个有限的测量范围，这既涉及在测量容积内的侵 入深度，也涉及视角（参见图1B)。由此限制空间分辨率并因而限制精确度。应记录的流动 介质信息越多，设备布置消耗越高，这又与提高的成本相关联。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是，提供一种克服这些缺点的设备。尤其应提供一种简单的结构，用 于定量和空间检测横向于介质尤其是多相混和物流动方向上的不均匀性。
[0008] 通过独立权利要求1的特征所述达到此目的。在从属权利要求中分别说明有利的 设计。
[0009] 按权利要求1所述用于确定通过横截面流动的介质特性的设备，有至少一个传感 器，它包括至少一个用于将电磁和/或声辐射输入介质内的发射装置，以及至少一个用于 根据在介质内反射或通过介质传送的辐射产生测量信号的接收装置。此外还设置评估装 置，它根据测量信号确定介质的特性。按本发明，所述至少一个发射装置和所述至少一个接 收装置设计为，使辐射基本上在横截面中心输入介质内或从介质输出。这可以采取下述措 施达到，亦即将一个测量头可旋转地设置在至少接近横截面中心，并设计为，使发射的辐射 方向相对于基本上平行于介质流动方向延伸的轴线倾斜一个角度，以及辐射方向围绕轴线 的旋转位置是变化的。
[0010] 通过将测量设备或至少其部分置入测量容积内，有利地在测量容积中心（例如在 管道中心），有利地提高测量精度。测量距离减小（在管道内当设置在中心的情况下测量距 离减半），从而能实施更有效的测量。测量头（天线）、一个传感器或多个传感器可旋转地 设置，能有利地检测流动介质的不均匀性。根据辐射相对于流动方向的角度，尤其可以探测 横向于流动方向的不均匀性。此外，有利地可以通过空间配位，推断例如流动分布的不均匀 性。通过旋转测量传感器，可靠地检测不均匀性。类似于雷达，可借助辐射扫描整个测量容 积，由此确定介质的特性，尤其混合物特性，例如质量流量或粒子浓度。在煤粉绺的情况下， 借助在管道中心的测量装置，可以准确检测煤粉绺的空间位置。这种装置一个突出的优点 是，取代多个围绕管道圆周安置的传感器，只须在管道中心安装单个传感器，这意味着减少 设备配置，降低成本和减少维护费用。
[0011] 若发射的辐射相应地成形，则进一步改善空间的测量分辨率。在这种情况下业已 证实特别有利的是扇形或锥形辐射。因此在设备的这种特别有利的实施方案中，存在使发 射的辐射成形的装置。
[0012] 若为了确定介质特性需要多个测量信号，尤其在或个别粒子或流动测量的速度测 量时，则将评估装置设计用于，处理在辐射方向不同倾斜角时产生的测量信号。在这种有利 的实施方案中，或使用多个传感器，或使用一个设计用于记录多个测量信号传感器。
[0013] 按另一些有利的实施例，传感器的旋转或连续或逐步进行。旋转速度和旋转范围 的调整，通常取决于要检查的介质类型，和尤其取决于要检查的介质在空间分布的变化速 度。
[0014] 按另一种实施例，可运动地设置包括发射装置和接收装置的传感器，或只含有辐 射输入和输出装置的测量头。对此可运动地设置不仅是指设置成沿流动方向可运动，而且 也指设置成横向于流动方向可运动。因此在测量容积内部成问题的区域能更好地监测。传 感器或测量头在管道横截面内偏心定位，例如在对煤粉绺的观察中同样得到更高的测量精 度。
[0015] 按另一些有利的实施方案，包括发射装置和接收装置的传感器，与应将传感器置 于旋转状态的驱动器，组合成一个对介质密封的封闭模件。涉及模件的所有实施方案均具 有的优点是，能防止一个或多个传感器受介质的影响，并因而避免其磨损的危险。
[0016] 按另一些有利的实施方案，存在调节流动介质的装置。在这里可涉及阀、浮标式插 件或其它设备，它们虽然独立于测量传感器，但能以测量结果为基础利用于影响流动特性。 因此可用于采取使流动优化的措施，最终同样有助于提高测量精度。
【附图说明】
[0017] 下面借助附图表示的实施例详细说明本发明。其中：
[0018] 图1A示意表示用于确定流动的两相混合物的特性按先有技术的测量装置；
[0019] 图1B示意表示图1A的多个横截面；
[0020] 图2A表示按本发明的测量装置第一个示意图；
[0021] 图2B示意表示图2A的横截面；
[0022] 图3表示按本发明的测量装置第二个示意图；
[0023] 图4不意表不按本发明的设备一种实施例；以及
[0024]图5示意表示设置在管道弯曲位置附近的按本发明的设备。
【具体实施方式】
[0025] 图1示意表示按先有技术的微波测量装置，用于确定两相流浓度。
[0026] 图2不意表不按本发明设备的第一种实施例。图2A用侧视图表不有圆形横截面 的直管道一个区段2。图2B表示此管段在位置X的横截面。
[0027] 管段2在物理上可看成如同是一个空心导管，通过它流过例如一种由气态载体介 质与最小固体粒子组成的多相混合物。所述流动用图左边的箭头表示。
[0028] 按本发明的设备1包括至少一个测量头3,它可旋转地设置在接近空心导管横截 面的中心。在这里，测量头涉及输入和输出装置，例如天线。在本实施例中，接收的信号通 过沿流动方向弯曲90°的信号管5导引，并通过可旋转的测量头3横向于流动方向或与流 动方向成一个角度a输出。在信号管5内部可安装（在这里没有详细表示的）旋转装置 和电缆连接装置。在本实施例中，信号管5还包括接收信号的波导管，例如空心导管。信号 管5建立与组件10的连接，它在这里包括产生并探测所使用的辐射的装置、电子信号处理 装置、以及必要时还包括冷却和通风装置。作为替代方式，这些也可以设置在旋转设备或测 量头3附近或在测量头3内。此外，在本实施例中，在信号管5进入管道内的地方，还设置 一个对介质密封的气闸20。
[0029]与雷达设备的原理相似，测量头3发射成形辐射7作为一次信号，以及接收在流动 介质内部反射的回波作为二次信号。它相应于在不同表面反射的并因而在频率、振幅和/ 或相位上变化的辐射。在特殊情况下也可以探测传送的辐射。接收的辐射接着转换为电信 号并进一步传给信号评估装置（组件10)，以按不同的准则评估。由此可以获得有关要检查 介质的信息。在这里总是