[發明專利]顆粒速度分布的差分式平面電容傳感器陣列測量方法

有效

• 申請號: 201711059923.4
• 申請日: 2017-11-01
• 公開（公告）號: CN108037309B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 高鶴明;鄧惠文;王冰;范兵艷;閔瑩星;劉君
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G01P5/08
• 分類號: G01P5/08
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 羅磊

本發明公開了一種顆粒速度分布的差分式平面電容傳感器陣列測量方法，采用差分式平面電容傳感器陣列測量裝置，包括測量探頭，測量探頭依次連接有P路并行設置的差分電容檢測電路、數據采集卡以及計算機；測量方法為：當固相顆粒沿絕緣測量管道軸向方向運動時，沿軸向相鄰電容產生兩組反映氣固流動信息的電容信號，將信號傳輸給差分電容檢測電路進行差分放大后輸出給數據采集卡采集進而送入計算機，由計算機對數據采集卡采集輸出信號進行空間濾波算法處理，獲得氣固兩相流顆粒速度分布信息。解決了現有技術中存在的無法獲得管道截面上速度場的分布以及空間頻率選擇性低的問題。

技術領域

本發明屬于氣固兩相流測量方法技術領域，涉及一種顆粒速度分布的差分式平面電容傳感器陣列測量方法。

背景技術

氣固兩相流廣泛存在于能源、化工、電力及冶金等工業領域。顆粒速度是反應氣固兩相流動特性的重要參數，實現顆粒速度分布的實時檢測對于流體流動狀態的監測及生產過程中計量、節能和控制具有重要意義。目前，根據不同的傳感器測量原理，已有多種非接觸式檢測方法用于固相顆粒速度的測量，如多普勒、互相關、空間濾波、核磁共振、示蹤法等。多普勒法是利用顆粒的移動會導致其散射光頻率產生位移的特性測量顆粒速度，具有實驗簡單、數據可靠等特點，廣泛應用于流體的實驗研究中，測量的管道直徑范圍可從毫米級到幾米。但多普勒測速系統設備昂貴，且僅適用于稀相懸浮的流動條件。利用同步相關檢測技術為基礎構成的兩相流測速系統，與其它檢測方法相比具有測量動態范圍寬、適應性強、不阻礙流動，非接觸測量等優點，為氣固兩相流速度、流量測量問題提供了有效的技術手段，因此廣泛應用在工業測量領域中。但相關法測速只有在流動狀態穩定，固相彌散度均勻且滿足“凝固”流型的狀況下，才能夠獲得具有明確峰值的相關函數曲線，這在實際測量過程中難以保證。熒光粒子示蹤、高速攝像等方法，可實現顆粒流動速度分布測量，但算法處理復雜且分析過程耗時，因此僅適用于實驗室研究，不適合工業現場的應用。光學空間濾波法利用其空間頻率選擇特性可實現固體顆粒移動速度的測量，具有機械及光學性能穩定，光源選擇范圍廣，數據處理方便等優點，但測量系統相對復雜且不適用于惡劣的工業環境，尤其是在濃相稠密氣固流動測量應用上。另外，限制同步相關法、多普勒法和光學空間濾波法推廣應用的一個重要因素是此類方法屬于點/線測量方法或截面顆粒平均速度測量方法，而無法獲得管道截面顆粒速度場分布信息，因此不利于流動參數的測量和氣固流動機理的研究。

氣力輸送系統中顆粒的流動會導致特定管道區域內流動介質的介電特性發生變化。近年來，人們利用電容傳感器空間濾波效應，相繼研究并開發了電容空間濾波測量顆粒速度系統，測量系統具有結構簡單、成本低廉、適合于復雜的工業現場環境等特點。在實際氣力輸送管道中，流體的速度和濃度往往是不均勻分布。但上述電容空間濾波法主要采用半圓環或圓環狀電容傳感器，其輸出信號是管道截面內所有顆粒介電特性的疊加，因而獲得的是管道截面上固體顆粒的平均加權速度，而無法獲得管道截面上速度場的分布信息。此外，由于電容傳感器的電極具有一定的幾何形狀和尺寸，用電容傳感器的“敏感窗口“檢測流體的流動狀況時，電容電極對流動噪聲將以特定的空間權函數進行加權平均。但半圓環或圓環電容傳感器輸出信號頻帶范圍較寬且受顆?？臻g位置分布影響較大，降低了濾波器的空間選擇性，在功率譜特性曲線上，表現為各點離散程度較大，信噪比較低，頻帶寬度難以確定，從而影響速度測量的準確性。

發明內容

本發明的目的是提供種顆粒速度分布的差分式平面電容傳感器陣列測量方法，解決了現有技術中存在的無法獲得管道截面上速度場的分布以及空間濾波頻率選擇性低的問題。