[發明專利]自適應流速變化的電荷感應在線粉塵檢測裝置及其方法

有效

• 申請號: 201410554292.3
• 申請日: 2014-10-17
• 公開（公告）號: CN104316720B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發明（設計）人: 杜豫生
• 申請（專利權）人: 杜豫生
• 主分類號: G01P5/22
• 分類號: G01P5/22;G01F1/86;G01N15/06
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司11228
• 代理人: 劉淑敏

技術領域

本發明涉及測量氣流中粉塵的流量和濃度的技術，尤其涉及一種自適應流速變化的電荷感應在線粉塵檢測裝置及其方法。

背景技術

在夾帶粉塵(固體微粒)的氣流(氣固兩相流)中，對粉塵濃度的測量技術在工業領域中得到了廣泛的應用。如，電力、熱力生產供應業；非金屬礦物制品業；黑色金屬冶煉及加工業；有色金屬冶煉及加工業；化學制品業；石油化工業；以及造紙、紡織、農副產品加工等行業。對這些行業的生產過程進行控制和污染源(一次排放)進行檢測，特別是這些污染源在經過粉塵回收、處理之后，在排放入大氣(二次排放)之前對其進行實時在線監測，對保護大氣的環境質量具有十分重要的意義。

對氣固兩相流中固體成份濃度進行連續實時在線測量，一直是工業測量技術上的難點。在現有技術中，基于電荷感應原理的技術由于其具有優越的靈敏度、可靠性和可維護性，在工業上得到了廣泛的應用。

現有的微電荷感應粉塵濃度監測儀，無論其測量原理是基于交流信號還是直流信號，其測量結果都會受到流速的影響。在只需要對顆粒物進行定性監測的領域，如袋式除塵器泄漏監測，或氣體流速比較恒定的排放場合，現有技術完全可以滿足要求。但是隨著環保監測標準日益嚴格，對粉塵濃度監測儀器的定量精度測量提出了更高的要求；并且為了拓展在排放點氣體流速變化較大的應用領域，如電廠，消除流速變化對信號的影響是對電荷感應粉塵濃度測量技術進一步的要求。

氣體流速信號既可以從外部獲得，也可以從顆粒物電荷感應信號計算得出。在實際應用中，更完整、可行的方法是從顆粒物電荷感應信號計算得出流速。利用單探頭采集的電荷感應信號中包含流速信息，利用單探頭信號特征獲取流速信息的技術，在中國發明專利ZL200610057401.6和ZL200910081022.4中已有描述，但利用單探頭信號特征獲取的信號特征只能得出相對流速，還需要通過數據擬合和標定才能得到定量的流速值。

而在氣體污染源排放監測領域，排放點氣體流速作為一個重要參數，通常是利用傳統測量儀器，如利用皮托管或孔板流量計通過壓差來進行氣體流速測量的，但在氣流含塵的情況下，皮托管容易發生堵塞，從而增加維護成本；而利用孔板流量計則會使管道內壓頭損失過大，從而增加動力損失和能耗。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種自適應流速變化的電荷感應在線粉塵檢測裝置及其方法，運用新穎的探頭設計和優化的交相關算法，充分地利用原始信號包含的所有信息，使顆粒物流量、濃度的測量免受流速變化的影響，從而擴大顆粒物靜電感測量技術的應用范圍，使得采用本技術的產品滿足日益嚴格的環保排放定量測量的要求。

本發明的另一個目的在于提出一種利用排放氣體中粉塵信號特征進行交相關的計算從而精確測量氣體流速的方法，以設計或改進相應的探頭、電路及其算法。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種自適應流速變化的電荷感應在線粉塵檢測裝置，包括信號測量模塊和計算模塊；其中：所述信號測量模塊包括若干金屬探頭及與所述金屬探頭相連的直流信號測量電路和交流信號測量電路，用于采集粉塵流動時產生的直流信號和交流信號，并將所述直流信號和交流信號傳送至所述計算模塊；所述計算模塊，用于對所述直流信號和交流信號進行選擇，以及對多路交流信號進行交相關運算，并根據選擇結果與交相關運算的結果對信號進行補償，再經校準后輸出。

其中：所述金屬探頭包括第一探頭、第二探頭和第三探頭；所述第一探頭與直流信號測量電路相連，所述第二探頭和第三探頭則分別與所述第一交流信號測量電路和第二交流信號測量電路相連。

所述第一探頭為圓柱體，其直徑為D，置于被測氣流上游用于產生卡門渦街效應；第二探頭和第三探頭為幾何尺寸相同的薄片形，置于第一探頭的下游；所述第二探頭、第三探頭的前端與所述第一探頭平齊，其有效長度為10D～15D；第一探頭與第二探頭之間的距離為7.5D～15D，第二探頭與第三探頭之間的距離為1.5D～4D。

所述信號測量模塊的直流信號測量電路與第一探頭相連，該直流信號測量電路包括模擬信號預處理部分和模數轉換部分；所述模擬信號預處理部分用于濾除4～16Hz以上的噪音，并利用儀器放大器和斬波消除偏差/漂移，使直流信號的精度達到1pA；所述模數轉換部分的采樣頻率為1～16Hz；以及，