[發明專利]同步獲取氣固兩相流內電容和靜電信號的測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201910055793.X
• 申請日: 2019-01-21
• 公開（公告）號: CN109839412B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 李健;許傳龍
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22;G01N15/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種同步獲取氣固兩相流內電容和靜電信號的測量裝置及方法，其中測量裝置包括信號發生器、與信號發生器連接的激勵電極、用于獲取激勵電極作用在兩相流上的電信號和顆粒荷電信號的檢測電極以及與所述檢測電極連接的檢測電路，所述檢測電路包括信號發生器、電流電壓轉換模塊、用于獲取靜電信號的第一電路單元和用于獲取電容信號的第二電路單元；所述第一電路單元包括低通濾波器和信號放大器；所述第二電路單元包括帶通濾波器及幅值轉換器；所述帶通濾波器的中心頻率和信號發生器輸出信號的頻率相同。相比于現有的靜電與電容傳感器集成技術，本發明同時獲得的電容信號和顆粒靜電信號來自于同一靈敏區域內的顆粒。

技術領域

本發明涉及氣固兩相流測量領域，具體是一種同步獲取氣固兩相流內電容和靜電信號的測量裝置及方法。

背景技術

兩相流系統廣泛存在于能源、化工、電力及冶金等工業領域。隨著現代工業的發展，對工業過程參數檢測與控制要求越來越高，兩相流動參數的準確測量對工業過程的安全高效運行以及環保具有重要的現實意義。

電學法由于其具有非接觸、可靠性高、成本低和易于維護等優點在氣固兩相流動參數測量具有很大的應用潛力和價值。電學法主要包括靜電法和電容法兩種。靜電法是基于氣固兩相流顆粒荷電現象建立的顆粒流動參數方法，通過在顆粒流動通道上設置靜電傳感器來獲得顆粒的荷電信息，進而對顆粒流動特性的表征。電容法的基本原理是當流體通過電容極板形成的敏感電場時，流體混合物濃度(即等效介電常數)變化將引起電容傳感器電容值相應變化，這樣使測量固相濃度問題轉化為檢測電容值的問題。

目前在使用電學法對氣固兩相流進行測量時，一般是單獨使用靜電傳感器或者電容傳感器來獲得靜電信號或者電容信號，也可將二者同時用于流動測量，但也僅是將二者進行簡單組合來使用。但靜電傳感器和電容傳感器是沿流動方向按順序布置的，靈敏空間不在同一個區域，因此獲得的靜電傳感器和電容傳感器無法反映同一區域內的顆粒流動信息。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是同步獲得同一靈敏空間內的靜電和電容信號的氣固兩相流顆粒流動參數的測量裝置及方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種同步獲取氣固兩相流內電容和靜電信號的測量裝置，包括信號發生器、與信號發生器連接的激勵電極、用于獲取激勵電極作用在兩相流上的電信號和顆粒荷電信號的檢測電極以及與所述檢測電極連接的檢測電路，其特征在于：所述檢測電路包括信號發生器、電流電壓轉換模塊、用于獲取靜電信號的第一電路單元和用于獲取電容信號的第二電路單元；所述第一電路單元包括低通濾波器和信號放大器；所述第二電路單元包括帶通濾波器及幅值轉換器；所述帶通濾波器的中心頻率和信號發生器輸出信號的頻率相同；所述低通濾波器的截止頻率f_LP、信號發生器輸出信號的頻率f與靜電信號頻率f_q之間滿足：10f_q≤f_LP≤f/10。

所述靜電信號的頻率f_q取決于顆粒運動速度v和檢測電極的寬度w，滿足f_q≤v/w。實際中v＜40m/s，w＞5cm，所以f_q＜800Hz。

所述信號發生器輸出信號的頻率，應設置在100kHz～10MHz范圍內。

所述信號發生器為DDS信號發生器。

所述DDS信號發生器輸出信號為正弦信號。

一種氣固兩相流顆粒流動參數的測量方法，其特征在于，采用上述測量裝置進行測量。

采用上述測量裝置測量獲取電容信號和電壓信號的具體步驟為：

S1在激勵電極上施加由DDS信號發生器產生的高頻交流電壓的激勵信號V_s，其頻率應設置在100kHz～10MHz范圍內；