專利名稱：流化床內(nèi)局部顆粒速度的靜電感應(yīng)測(cè)量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氣固兩相流測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種流化床內(nèi)局部顆粒速度的靜 電感應(yīng)測(cè)量方法及裝置。
背景技術(shù)：
循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)顆粒速度的大小，不僅影響著顆粒在床內(nèi)的停留時(shí)間和密度分 布，還直接影響顆粒與受熱面的傳熱強(qiáng)度，進(jìn)而影響受熱面的具體布置。目前，基于不同的 測(cè)量原理，人們已研究和開發(fā)了多種方法和裝置測(cè)量循環(huán)流化床內(nèi)顆粒速度，如光纖探頭 法、沖擊力法、等速取樣法、多普勒激光測(cè)速技術(shù)(LDV)和粒子圖像技術(shù)(PIV)等。光纖探頭 法可用于較高顆粒濃度條件下(如循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)下部密相區(qū)和上部邊壁區(qū)附近)的顆 粒速度測(cè)量，光纖探頭具有重量輕、尺寸小、幾何形狀可以根據(jù)需要靈活選擇、靈敏度高等 的優(yōu)點(diǎn)，但需要有外部光源激勵(lì)，系統(tǒng)相對(duì)較為復(fù)雜。沖擊力法不受爐內(nèi)顆粒濃度的影響， 可用于循環(huán)流化床內(nèi)不同高度和區(qū)域內(nèi)顆粒速度測(cè)量，但測(cè)量元件對(duì)床內(nèi)固體顆粒流動(dòng)產(chǎn) 生較大的干擾作用。等速采樣法的最大優(yōu)點(diǎn)在于測(cè)量設(shè)備非常簡(jiǎn)單，但由于測(cè)量過(guò)程中假 定顆粒流為連續(xù)流，故只適用于循環(huán)流化床鍋爐下部密相區(qū)和上部邊壁區(qū)域高顆粒濃度條 件下的顆粒速度測(cè)量，而不適用于上部核心區(qū)的顆粒速度測(cè)量。多普勒顆粒速度測(cè)量是利 用顆粒的移動(dòng)導(dǎo)致散射光產(chǎn)生頻移測(cè)量顆粒速度，具有簡(jiǎn)單、可靠等特點(diǎn)，在流體實(shí)驗(yàn)研究 領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但是多普勒速度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)備昂貴，且僅適用于稀相懸浮流動(dòng)條 件。PIV技術(shù)可實(shí)現(xiàn)完整的顆粒流動(dòng)速度分布測(cè)量，但結(jié)果分析耗時(shí)，僅適用于實(shí)驗(yàn)室研究， 高濃度時(shí)無(wú)法測(cè)量，不適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。氣固流動(dòng)系統(tǒng)中顆粒與顆粒、顆粒與氣體及顆粒與管壁的相互碰撞、摩擦及分離， 導(dǎo)致顆粒產(chǎn)生荷電現(xiàn)象。近些年來(lái)，人們利用顆粒荷電研究并開發(fā)了靜電相關(guān)法及靜電感 應(yīng)空間濾波顆粒速度測(cè)速儀，測(cè)量系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、硬件成本低、適合于惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng) 環(huán)境等特點(diǎn)。對(duì)于靜電相關(guān)和空間濾波法，主要采用外置式環(huán)狀或弧狀靜電感應(yīng)陣列，環(huán) 狀靜電感應(yīng)只能獲得管道截面上顆粒的平均速度，而弧狀靜電感應(yīng)陣列外置于測(cè)量管道外 部，所獲得的信息只能反映近管壁處的顆粒局部速度，而無(wú)法反映整個(gè)管道截面上的顆粒 速度分布信息。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有循環(huán)流化床內(nèi)局部顆粒速度測(cè)量方法及裝置的不足，本發(fā)明提出了 一種流化床內(nèi)局部顆粒速度的靜電感應(yīng)測(cè)量方法及裝置，具有較高的空間選擇性，提高了 頻譜尖峰頻率和速度測(cè)量的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了流化床內(nèi)局部顆粒速度的測(cè)量。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明所述的一種流化床內(nèi)局部顆粒速度的靜電感應(yīng)測(cè)量方法，取兩組結(jié)構(gòu)和尺 度相同的第一靜電感應(yīng)電極陣列和第二靜電感應(yīng)電極陣列及金屬屏蔽管，在金屬屏蔽管的 一端填充絕緣隔離材料以形成絕緣隔離塊，并將所述第一靜電感應(yīng)電極陣列和第二靜電感
4應(yīng)電極陣列設(shè)置于絕緣隔離塊內(nèi)，所述第一靜電感應(yīng)電極陣列至少包括第11電極、第12電 極、第13電極、第14電極、第15電極，所述第二靜電感應(yīng)電極陣列至少包括第21電極、第 22電極、第23電極、第24電極、第25電極，所述第一靜電感應(yīng)電極陣列中的各個(gè)電極以及 所述第二靜電感應(yīng)電極陣列的各個(gè)電極位于同一平面內(nèi)且相互平行，并且第一靜電感應(yīng)電 極陣列中相鄰的電極之間的徑向間距P相等，將第21電極設(shè)在第11電極與第12電極之 間，所述第21電極至第11電極之間的徑向距離等于第21電極至第12電極之間的徑向距 離；將第22電極設(shè)在第12電極與第13電極之間，所述第22電極至第12電極之間的徑向 距離等于第22電極至第13電極之間的徑向距離；將第23電極設(shè)在第13電極與第14電 極之間，所述第23電極至第13電極之間的徑向距離等于第23電極至第14電極之間的徑 向距離；將第24電極設(shè)在第14電極與第15電極之間，所述第24電極至第14電極之間的 徑向距離等于第24電極至第15電極之間的徑向距離；將第25電極置于絕緣隔離塊內(nèi)且 第25電極與第15電極之間的距離為第一靜電感應(yīng)電極陣列中相鄰的電極之間的徑向間距 P的二分之一，分別將第一靜電感應(yīng)電極陣列和第二靜電感應(yīng)電極陣列中的電極連接在一 起，并由第一靜電感應(yīng)電極陣列和第二靜電感應(yīng)電極陣列分別產(chǎn)生兩組反映氣固兩相流流 動(dòng)信息的靜電感應(yīng)信號(hào)，兩組信號(hào)分別接入前置電荷差分放大電路的兩輸入端進(jìn)行差分放 大后，由數(shù)據(jù)采集卡送入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的輸出信號(hào)進(jìn)行頻譜分析并確定 頻譜上的峰值頻率，進(jìn)而計(jì)算獲得氣固兩相流顆粒局部速度?！N用于實(shí)施流化床內(nèi)局部顆粒速度的靜電感應(yīng)測(cè)量方法的裝置，包括測(cè)量探 針、前置電荷差分放大電路、數(shù)據(jù)采集卡及計(jì)算機(jī)，測(cè)量探針的兩電極陣列導(dǎo)線分別與前置 差分放大電路的兩輸入端連接，前置電荷差分放大電路的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡輸入端連 接，數(shù)據(jù)采集卡的輸出端與計(jì)算機(jī)的輸入端連接并由計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的輸出信號(hào)進(jìn)行 頻譜分析并確定頻譜上的峰值頻率，進(jìn)而計(jì)算獲得氣固兩相流顆粒局部速度，所述測(cè)量探 針包括金屬屏蔽管，在金屬屏蔽管的一端填充絕緣隔離材料以形成的絕緣隔離塊，在絕緣 隔離塊內(nèi)部設(shè)有的第一靜電感應(yīng)電極陣列及第二靜電感應(yīng)電極陣列，所述第一靜電感應(yīng)電 極陣列至少包括第11電極、第12電極、第13電極、第14電極、第15電極，并且第一靜電感 應(yīng)電極陣列中相鄰的電極之間的徑向間距P相等，第一靜電感應(yīng)電極陣列中的各個(gè)電極由 第一靜電感應(yīng)電極陣列導(dǎo)線連接，所述第二靜電感應(yīng)電極陣列至少包括第21電極、第22電 極、第23電極、第24電極、第25電極，第二靜電感應(yīng)電極陣列中的各個(gè)電極由第二靜電感 應(yīng)電極陣列導(dǎo)線連接，所述第一靜電感應(yīng)電極陣列中的各個(gè)電極以及所述第二靜電感應(yīng)電 極陣列的各個(gè)電極位于同一平面內(nèi)且相互平行，第21電極設(shè)在第11電極與第12電極之間 且第21電極至第11電極之間的徑向距離等于第21電極至第12電極之間的徑向距離，第 22電極設(shè)在第12電極與第13電極之間且第22電極至第12電極之間的徑向距離等于第22 電極至第13電極之間的徑向距離，第23電極設(shè)在第13電極與第14電極之間且第23電極 至第13電極之間的徑向距離等于第23電極至第14電極之間的徑向距離，第24電極設(shè)在 第14電極與第15電極之間且第24電極至第14電極之間的徑向距離等于第24電極至第 15電極之間的徑向距離，第25電極與第15電極之間的距離為第一靜電感應(yīng)電極陣列(5) 中相鄰的電極之間的徑向間距P的二分之一。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1)氣固流動(dòng)系統(tǒng)中顆粒與顆粒、顆粒與氣體及顆粒與管壁的相互碰撞、摩擦及分離，導(dǎo)致顆粒產(chǎn)生荷電現(xiàn)象，本發(fā)明基于顆粒荷電現(xiàn)象和靜電感應(yīng)原理設(shè)計(jì)靜電感應(yīng)電極 陣列，實(shí)現(xiàn)了局部顆粒速度的測(cè)量，由于是通過(guò)顆粒所帶的電荷來(lái)測(cè)量顆粒速度，測(cè)量信號(hào) 反應(yīng)的是顆粒帶電量，而與顆粒本身物理化學(xué)特性無(wú)直接關(guān)系，所以測(cè)量不受顆粒濃度的 限制，測(cè)量范圍廣，可用于復(fù)雜的氣固兩相流動(dòng)測(cè)量。2)目前靜電空間濾波法測(cè)量氣固兩相流速度主要采用單極片結(jié)構(gòu)，極片充當(dāng)一個(gè) 空間濾波器，然后從時(shí)空分布的靜電流噪聲中提取特殊頻率，但由于頻帶較寬，所確定的特 殊頻率準(zhǔn)確性不高，本發(fā)明采用的靜電感應(yīng)電極陣列的頻率特性主要由電極陣列的結(jié)構(gòu)所 決定，空間濾波選擇性相比于單極片更高，頻帶更窄，速度信號(hào)中心頻率測(cè)量的不確定性降 低，從而有較高的顆粒速度測(cè)量準(zhǔn)確性。3)本發(fā)明利用粉體顆粒自然荷電特性，屬于被動(dòng)式測(cè)量方法，與現(xiàn)有循環(huán)流化床 鍋爐內(nèi)顆粒速度測(cè)量方法相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)。光纖探頭法用于較高顆粒濃度條件下顆粒 速度測(cè)量，需要有外部光源激勵(lì)，系統(tǒng)相對(duì)較為復(fù)雜，本發(fā)明與光纖探頭法相比，無(wú)需外部 光源激勵(lì)，測(cè)量不受顆粒濃度的限制，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。沖擊力法測(cè)量元件對(duì)床內(nèi)固體顆粒流 動(dòng)產(chǎn)生較大的干擾作用，本發(fā)明所用探頭尺寸可設(shè)計(jì)較小，對(duì)流場(chǎng)的干擾也就更小。等速采 樣法只適用于高顆粒濃度條件下的顆粒速度測(cè)量，測(cè)量范圍要比本發(fā)明采用方法小得多。 多普勒顆粒速度測(cè)量是利用顆粒的移動(dòng)導(dǎo)致散射光產(chǎn)生頻移測(cè)量顆粒速度，具有簡(jiǎn)單、可 靠等特點(diǎn)，在流體實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但是多普勒速度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)備昂貴，且 僅適用于稀相懸浮流動(dòng)條件，本發(fā)明與多普勒法相比，無(wú)需外部激勵(lì)源，測(cè)量探頭結(jié)構(gòu)更為 簡(jiǎn)單，測(cè)量系統(tǒng)設(shè)備成本低，且測(cè)量范圍不局限于稀相懸浮流動(dòng)。PIV技術(shù)可實(shí)現(xiàn)完整的顆 粒流動(dòng)速度分布測(cè)量，但結(jié)果分析耗時(shí)，僅適用于實(shí)驗(yàn)室研究，高濃度時(shí)無(wú)法測(cè)量，不適合 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，本發(fā)明與PIV技術(shù)相比，可以實(shí)現(xiàn)顆粒流動(dòng)速度分布測(cè)量，且信號(hào)處理方便 快捷，測(cè)量不受顆粒濃度限制。


圖1是流化床內(nèi)局部顆粒速度的靜電感應(yīng)測(cè)量裝置示意圖，其中，1-測(cè)量探針； 2-前置電荷差分放大電路；3-數(shù)據(jù)采集卡；4-計(jì)算機(jī)。圖2是本發(fā)明靜電感應(yīng)電極陣列測(cè)量探針結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，(a)是橫截面結(jié)構(gòu)圖，(b)是 縱截面剖視圖，其中，5-第一靜電感應(yīng)電極陣列；6-第二靜電感應(yīng)電極陣列；7-第一靜電感 應(yīng)電極陣列導(dǎo)線；8-第二靜電感應(yīng)電極陣列導(dǎo)線；9-絕緣隔離塊；10-金屬屏蔽管。圖3是靜電感應(yīng)電極陣列前置電荷差分放大電路圖，其中，11-第一輸入端；12-第 二輸入端；13-信號(hào)輸出端。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1一種流化床內(nèi)局部顆粒速度的靜電感應(yīng)測(cè)量方法，取兩組結(jié)構(gòu)和尺度相同的第一 靜電感應(yīng)電極陣列5和第二靜電感應(yīng)電極陣列6及金屬屏蔽管10，在金屬屏蔽管10的一端 填充絕緣隔離材料以形成絕緣隔離塊9，并將所述第一靜電感應(yīng)電極陣列5和第二靜電感 應(yīng)電極陣列6設(shè)置于絕緣隔離塊9內(nèi)，所述第一靜電感應(yīng)電極陣列5至少包括第11電極、第 12電極、第13電極、第14電極、第15電極，所述第二靜電感應(yīng)電極陣列6至少包括第21電
6極、第22電極、第23電極、第24電極、第25電極，所述第一靜電感應(yīng)電極陣列5中的各個(gè)電 極以及所述第二靜電感應(yīng)電極陣列6的各個(gè)電極位于同一平面內(nèi)且相互平行，并且第一靜 電感應(yīng)電極陣列5中相鄰的電極之間的徑向間距ρ相等，將第21電極設(shè)在第11電極與第 12電極之間，所述第21電極至第11電極之間的徑向距離等于第21電極至第12電極之間 的徑向距離；將第22電極設(shè)在第12電極與第13電極之間，所述第22電極至第12電極之 間的徑向距離等于第22電極至第13電極之間的徑向距離；將第23電極設(shè)在第13電極與 第14電極之間，所述第23電極至第13電極之間的徑向距離等于第23電極至第14電極之 間的徑向距離；將第24電極設(shè)在第14電極與第15電極之間，所述第24電極至第14電極 之間的徑向距離等于第24電極至第15電極之間的徑向距離；將第25電極置于絕緣隔離塊 9內(nèi)且第25電極與第15電極之間的距離為第一靜電感應(yīng)電極陣列5中相鄰的電極之間的 徑向間距P的二分之一，分別將第一靜電感應(yīng)電極陣列5和第二靜電感應(yīng)電極陣列6中的 電極連接在一起，并由第一靜電感應(yīng)電極陣列5和第二靜電感應(yīng)電極陣列6分別產(chǎn)生兩組 反映氣固兩相流流動(dòng)信息的靜電感應(yīng)信號(hào)，兩組信號(hào)分別接入前置電荷差分放大電路2的 兩輸入端進(jìn)行差分放大后，由數(shù)據(jù)采集卡3送入計(jì)算機(jī)4，由計(jì)算機(jī)4對(duì)數(shù)據(jù)采集卡3的輸 出信號(hào)進(jìn)行頻譜分析并確定頻譜上的峰值頻率，進(jìn)而計(jì)算獲得氣固兩相流顆粒局部速度。實(shí)施例2一種用于實(shí)施流化床內(nèi)局部顆粒速度的靜電感應(yīng)測(cè)量方法的裝置，包括測(cè)量探 針1、前置電荷差分放大電路2、數(shù)據(jù)采集卡3及計(jì)算機(jī)4，測(cè)量探針1的兩電極陣列導(dǎo)線分 別與前置差分放大電路2的兩輸入端連接，前置電荷差分放大電路2的輸出端與數(shù)據(jù)采集 卡3輸入端連接，數(shù)據(jù)采集卡3的輸出端與計(jì)算機(jī)4的輸入端連接并由計(jì)算機(jī)4對(duì)數(shù)據(jù)采 集卡3的輸出信號(hào)進(jìn)行頻譜分析并確定頻譜上的峰值頻率，進(jìn)而計(jì)算獲得氣固兩相流顆粒 局部速度，所述測(cè)量探針1包括金屬屏蔽管10，在金屬屏蔽管10的一端填充絕緣隔離材 料以形成的絕緣隔離塊9，在絕緣隔離塊9內(nèi)部設(shè)有的第一靜電感應(yīng)電極陣列5及第二靜 電感應(yīng)電極陣列6，所述第一靜電感應(yīng)電極陣列5至少包括第11電極、第12電極、第13電 極、第14電極、第15電極，并且第一靜電感應(yīng)電極陣列5中相鄰的電極之間的徑向間距ρ 相等，第一靜電感應(yīng)電極陣列5中的各個(gè)電極由第一靜電感應(yīng)電極陣列導(dǎo)線7連接，所述第 二靜電感應(yīng)電極陣列6至少包括第21電極、第22電極、第23電極、第24電極、第25電極， 第二靜電感應(yīng)電極陣列6中的各個(gè)電極由第二靜電感應(yīng)電極陣列導(dǎo)線8連接，所述第一靜 電感應(yīng)電極陣列5中的各個(gè)電極以及所述第二靜電感應(yīng)電極陣列6的各個(gè)電極位于同一平 面內(nèi)且相互平行，第21電極設(shè)在第11電極與第12電極之間且第21電極至第11電極之間 的徑向距離等于第21電極至第12電極之間的徑向距離，第22電極設(shè)在第12電極與第13 電極之間且第22電極至第12電極之間的徑向距離等于第22電極至第13電極之間的徑向 距離，第23電極設(shè)在第13電極與第14電極之間且第23電極至第13電極之間的徑向距離 等于第23電極至第14電極之間的徑向距離，第24電極設(shè)在第14電極與第15電極之間且 第24電極至第14電極之間的徑向距離等于第24電極至第15電極之間的徑向距離，第25 電極與第15電極之間的距離為第一靜電感應(yīng)電極陣列5中相鄰的電極之間的徑向間距ρ 的二分之一。下面參照附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方案做出更為詳細(xì)的說(shuō)明1)兩組具有相同結(jié)構(gòu)和尺度的靜電感應(yīng)電極陣列安裝在金屬屏蔽管10內(nèi)部，產(chǎn)
7生兩組反映氣固兩相流流動(dòng)信息的靜電感應(yīng)信號(hào)，兩組信號(hào)分別接入前置電荷差分放大電 路2的兩輸入端進(jìn)行差分放大后，由數(shù)據(jù)采集卡3送入計(jì)算機(jī)4。2)對(duì)采集到的差分靜電信號(hào)e (η)進(jìn)行傅里葉變換處理得到EN(k)，然后再取其幅 值的平方，并除以靜電信號(hào)離散數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)長(zhǎng)度N，作為序列e (η)的功率譜P(k)的估計(jì)，則P{k)=^\EN(kf( 其中，η為時(shí)域差分靜電信號(hào)離散點(diǎn)，k為頻域離散點(diǎn)。3)根據(jù)步驟2)得到的功率譜特性函數(shù)的峰值位置確定尖峰頻率值&，公式如下f0 = K · F(2)其中，K為功率譜函數(shù)峰值對(duì)應(yīng)位置的離散點(diǎn)數(shù)；F為功率譜分析的頻率分辨率。4)根據(jù)功率譜尖峰頻率值&和線性靜電感應(yīng)電極陣列電極間隔P，確定管道內(nèi)氣 固兩相流顆粒流動(dòng)局部速度vm，計(jì)算公式如下vm = k0 · ρ · fο(3)Ictl為速度無(wú)量綱校正系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)標(biāo)定確定。在實(shí)際粉體顆粒輸送條件下，利用相 位多普勒測(cè)速儀(PDA)對(duì)靜電感應(yīng)速度測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比標(biāo)定。具體的標(biāo)定過(guò)程如下相 位多普勒測(cè)速儀與靜電感應(yīng)速度測(cè)量系統(tǒng)同步測(cè)量，速度測(cè)量系統(tǒng)記錄測(cè)量數(shù)據(jù)并保存， 取與PDA同時(shí)間、同區(qū)間測(cè)量值的平均值與PDA測(cè)量值組成一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)，每次標(biāo)定至少要獲 得15對(duì)數(shù)據(jù)。以靜電感應(yīng)法速度測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量的顆粒速度為橫坐標(biāo)(χ)，PDA測(cè)得的顆粒 速度為縱坐標(biāo)(y)。將相關(guān)系數(shù)大于0. 85的數(shù)據(jù)對(duì)定義為有效數(shù)據(jù)點(diǎn)，有效測(cè)點(diǎn)的數(shù)量m 應(yīng)在10個(gè)以上。運(yùn)用一元線性回歸，給出標(biāo)定曲線，進(jìn)而獲得標(biāo)定系數(shù)Ictl
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mTx2j- Σχ；
7=1 V V=I J因此由式(3)可見(jiàn)獲得了差分靜電信號(hào)功率譜特性的尖峰頻率值&，即可計(jì)算 出顆粒局部速度vm。參照?qǐng)D1、圖2和圖3所示，用于流化床內(nèi)局部顆粒速度的靜電感應(yīng)測(cè)量裝置主要 包括測(cè)量探針1、前置電荷差分放大電路2、數(shù)據(jù)采集卡3和計(jì)算機(jī)4。探針內(nèi)第一靜電感 應(yīng)電極陣列5和第二靜電感應(yīng)電極陣列6的輸出信號(hào)，通過(guò)導(dǎo)線分別與前置電荷差分放大 電路2的兩輸入端相連，經(jīng)差分放大后，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡3與計(jì)算機(jī)4相連接相連。在計(jì)算 機(jī)4內(nèi)由自行編制的數(shù)據(jù)采集與處理軟件包，將差分靜電信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理后，進(jìn)行分析與 處理，獲得顆粒的流動(dòng)局部速度的測(cè)量值。測(cè)量裝置中所用線性靜電感應(yīng)電極陣列測(cè)量探針1，在金屬屏蔽管10的內(nèi)部安裝 結(jié)構(gòu)相同的第一靜電感應(yīng)電極陣列5和第二靜電感應(yīng)電極陣列6，并且兩陣列的電極按間 距為P/2的相對(duì)位置進(jìn)行交叉布置，并且以上所述電極均處于同一平面內(nèi)。由于兩個(gè)線性 靜電感應(yīng)電極陣列的相對(duì)位置為各自電極間距P的一半，帶電顆粒經(jīng)過(guò)兩個(gè)線性靜電感應(yīng) 電極陣列時(shí)，產(chǎn)生相位差為η的兩個(gè)輸出信號(hào)。第一靜電感應(yīng)電極陣列5和第二靜電感應(yīng) 電極陣列6分別通過(guò)第一靜電感應(yīng)電極陣列導(dǎo)線7和第二靜電感應(yīng)電極陣列導(dǎo)線8與前置 電荷差分放大電路2的第一輸入端11和第二輸入端12相連，經(jīng)差分放大后，窄帶周期性信號(hào)成分得以保留，而基頻直流部分被剔除。線性靜電感應(yīng)電極陣列由q個(gè)結(jié)構(gòu)和尺寸相同 的金屬電極構(gòu)成，q個(gè)電極在顆粒流動(dòng)方向上以相同電極間隔P沿金屬屏蔽管徑向均勻平 行布置于絕緣隔離塊9內(nèi)部，并通過(guò)導(dǎo)線連為一體。電極的數(shù)目q—般取5-10個(gè)。電極的 間隔P取決于所需獲得管道內(nèi)局部速度的區(qū)域的大小。線性靜電感應(yīng)電極陣列前置電荷差分放大電路2的連接方式為第一電容C1 一端 和第一電阻R1 —端與第一運(yùn)算放大器A1的反向輸入端相連接，第一電容C1另一端、第一電 阻R1另一端和第三電阻R3 —端與第一運(yùn)算放大器A1的輸出端相連接，第二電容C2 —端和 第二電阻R2—端與第二運(yùn)算放大器A2的反向輸入端相連接，第二電容C2另一端、第二電阻 R2另一端和第四電阻R4—端與第二運(yùn)算放大器4的輸出端相連接，第一運(yùn)算放大器A1的正 向輸入端和第二運(yùn)算放大器A2的正向輸入端接地，第三電阻民另一端和第五電阻R5—端與 第三運(yùn)算放大器^的反向輸入端相連接，第五電阻R5另一端與第三運(yùn)算放大器A3的輸出端 相連接，第四電阻R4另一端和第六電阻R6 —端與第三運(yùn)算放大器A3的正向輸入端相連接， 第六電阻&另一端接地。前置電荷差分放大電路2的輸出端通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡PCI 9112(凌 華科技生產(chǎn))與計(jì)算機(jī)4相連接。該放大電路采用三個(gè)放大器組成差動(dòng)放大電路，具有輸 入阻抗高、共模抑制比高、失調(diào)電壓低、漂移小、放大倍數(shù)穩(wěn)定和輸出阻抗低等優(yōu)點(diǎn)。靜電感 應(yīng)電極陣列輸出的感應(yīng)電荷信號(hào)是一種低頻的微弱信號(hào)，因此有必要采取抗干擾措施1) 元器件的選擇微弱信號(hào)檢測(cè)的首要問(wèn)題就是盡量降低放大器本身的噪聲。本電路中第一運(yùn) 算放大器和第二運(yùn)算放大器采用的是高輸入阻抗放大器0PA128，頻率范圍在ΙΟΗζ-ΙΟΚΗζ 時(shí)，等效噪聲的電壓值為2.4μν;在0. 1Ηζ-20ΚΗζ時(shí)，iN = 0. 12fA/(Hz)1氣第三運(yùn)算放大 器0P07是一種高精度的儀用放大器，eN和iN的值均較小。電路中電阻均采用低噪聲的金 屬膜電阻，精度為1%，功率為1/2(W)。信號(hào)線上的電容均采用渡銀云母電容，以降低電路 中的噪聲。2)金屬屏蔽抗干擾采用接地金屬屏蔽盒可以消除電磁干擾，防止電路元件受到 濕度、光線的照射，造成電路元件的性能參數(shù)的變化。此外，必須避免振動(dòng)造成元器件變形 或電路連接線發(fā)生移動(dòng)帶來(lái)的影響。本發(fā)明的原理如下儀器的工作過(guò)程是首先針對(duì)實(shí)際應(yīng)用流化床，在粉體顆粒流動(dòng)條件下，利用相位 多普勒測(cè)速儀(PDA)對(duì)靜電感應(yīng)速度測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比標(biāo)定，獲得無(wú)量綱標(biāo)定系數(shù)Ictl ；應(yīng) 用靜電感應(yīng)裝置速度測(cè)量時(shí)，由靜電感應(yīng)電極陣列及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)氣固兩相流顆 粒靜電噪聲進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過(guò)傅里葉變換計(jì)算差分靜電信號(hào)的功率譜密度函數(shù)，之后即 在功率譜特性曲線的趨勢(shì)項(xiàng)上讀出尖峰頻率值f；，進(jìn)而根據(jù)Vm = h · ρ · &，計(jì)算獲得氣固 兩相流局部顆粒的速度。
權(quán)利要求
一種流化床內(nèi)局部顆粒速度的靜電感應(yīng)測(cè)量方法，其特征在于，取兩組結(jié)構(gòu)和尺度相同的第一靜電感應(yīng)電極陣列(5)和第二靜電感應(yīng)電極陣列(6)及金屬屏蔽管(10)，在金屬屏蔽管(10)的一端填充絕緣隔離材料以形成絕緣隔離塊(9)，并將所述第一靜電感應(yīng)電極陣列(5)和第二靜電感應(yīng)電極陣列(6)設(shè)置于絕緣隔離塊(9)內(nèi)，所述第一靜電感應(yīng)電極陣列(5)至少包括第11電極、第12電極、第13電極、第14電極、第15電極，所述第二靜電感應(yīng)電極陣列(6)至少包括第21電極、第22電極、第23電極、第24電極、第25電極，所述第一靜電感應(yīng)電極陣列(5)中的各個(gè)電極以及所述第二靜電感應(yīng)電極陣列(6)的各個(gè)電極位于同一平面內(nèi)且相互平行，并且第一靜電感應(yīng)電極陣列(5)中相鄰的電極之間的徑向間距p相等，將第21電極設(shè)在第11電極與第12電極之間，所述第21電極至第11電極之間的徑向距離等于第21電極至第12電極之間的徑向距離；將第22電極設(shè)在第12電極與第13電極之間，所述第22電極至第12電極之間的徑向距離等于第22電極至第13電極之間的徑向距離；將第23電極設(shè)在第13電極與第14電極之間，所述第23電極至第13電極之間的徑向距離等于第23電極至第14電極之間的徑向距離；將第24電極設(shè)在第14電極與第15電極之間，所述第24電極至第14電極之間的徑向距離等于第24電極至第15電極之間的徑向距離；將第25電極置于絕緣隔離塊(9)內(nèi)且第25電極與第15電極之間的距離為第一靜電感應(yīng)電極陣列(5)中相鄰的電極之間的徑向間距p的二分之一，分別將第一靜電感應(yīng)電極陣列(5)和第二靜電感應(yīng)電極陣列(6)中的電極連接在一起，并由第一靜電感應(yīng)電極陣列(5)和第二靜電感應(yīng)電極陣列(6)分別產(chǎn)生兩組反映氣固兩相流流動(dòng)信息的靜電感應(yīng)信號(hào)，兩組信號(hào)分別接入前置電荷差分放大電路(2)的兩輸入端進(jìn)行差分放大后，由數(shù)據(jù)采集卡(3)送入計(jì)算機(jī)(4)，由計(jì)算機(jī)(4)對(duì)數(shù)據(jù)采集卡(3)的輸出信號(hào)進(jìn)行頻譜分析并確定頻譜上的峰值頻率，進(jìn)而計(jì)算獲得氣固兩相流顆粒局部速度。
2.一種用于實(shí)施權(quán)利要求1所述流化床內(nèi)局部顆粒速度的靜電感應(yīng)測(cè)量方法的裝置， 包括測(cè)量探針(1)、前置電荷差分放大電路(2)、數(shù)據(jù)采集卡(3)及計(jì)算機(jī)(4)，測(cè)量探針 (1)的兩電極陣列導(dǎo)線分別與前置差分放大電路(2)的兩輸入端連接，前置電荷差分放大 電路(2)的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡(3)輸入端連接，數(shù)據(jù)采集卡(3)的輸出端與計(jì)算機(jī)(4) 的輸入端連接并由計(jì)算機(jī)(4)對(duì)數(shù)據(jù)采集卡(3)的輸出信號(hào)進(jìn)行頻譜分析并確定頻譜上的 峰值頻率，進(jìn)而計(jì)算獲得氣固兩相流顆粒局部速度，其特征在于，所述測(cè)量探針(1)包括 金屬屏蔽管(10)，在金屬屏蔽管(10)的一端填充絕緣隔離材料以形成的絕緣隔離塊(9)， 在絕緣隔離塊(9)內(nèi)部設(shè)有的第一靜電感應(yīng)電極陣列(5)及第二靜電感應(yīng)電極陣列(6)， 所述第一靜電感應(yīng)電極陣列(5)至少包括第11電極、第12電極、第13電極、第14電極、第 15電極，并且第一靜電感應(yīng)電極陣列(5)中相鄰的電極之間的徑向間距ρ相等，第一靜電感 應(yīng)電極陣列(5)中的各個(gè)電極由第一靜電感應(yīng)電極陣列導(dǎo)線(7)連接，所述第二靜電感應(yīng) 電極陣列(6)至少包括第21電極、第22電極、第23電極、第24電極、第25電極，第二靜電 感應(yīng)電極陣列(6)中的各個(gè)電極由第二靜電感應(yīng)電極陣列導(dǎo)線(8)連接，所述第一靜電感 應(yīng)電極陣列(5)中的各個(gè)電極以及所述第二靜電感應(yīng)電極陣列(6)的各個(gè)電極位于同一平 面內(nèi)且相互平行，第21電極設(shè)在第11電極與第12電極之間且第21電極至第11電極之間 的徑向距離等于第21電極至第12電極之間的徑向距離，第22電極設(shè)在第12電極與第13 電極之間且第22電極至第12電極之間的徑向距離等于第22電極至第13電極之間的徑向 距離，第23電極設(shè)在第13電極與第14電極之間且第23電極至第13電極之間的徑向距離等于第23電極至第14電極之間的徑向距離，第24電極設(shè)在第14電極與第15電極之間且 第24電極至第14電極之間的徑向距離等于第24電極至第15電極之間的徑向距離，第25 電極與第15電極之間的距離為第一靜電感應(yīng)電極陣列(5)中相鄰的電極之間的徑向間距 P的二分之一。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種流化床內(nèi)局部顆粒速度的靜電感應(yīng)測(cè)量方法及裝置。該方法在金屬屏蔽管一端填充絕緣隔離材料以形成絕緣隔離塊，絕緣隔離塊內(nèi)于同一平面內(nèi)均勻平行布置多個(gè)電極以構(gòu)成第一靜電感應(yīng)電極陣列和第二靜電感應(yīng)電極陣列，且兩電極陣列中各個(gè)電極分別用導(dǎo)線連接在一起，當(dāng)帶電顆粒通過(guò)兩靜電感應(yīng)電極陣列時(shí)，產(chǎn)生兩組反映氣固流動(dòng)信息的靜電信號(hào)，接入前置電荷差分電路放大后，經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡送入計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)內(nèi)對(duì)差分靜電信號(hào)進(jìn)行頻譜分析并確定頻譜上的峰值頻率，進(jìn)而獲得氣固兩相流局部顆粒速度。本發(fā)明的流化床內(nèi)局部顆粒速度的靜電感應(yīng)測(cè)量裝置包括測(cè)量探針、前置電荷差分放大電路、數(shù)據(jù)采集卡及計(jì)算機(jī)。
文檔編號(hào)G01P5/08GK101957385SQ20101026628
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者付飛飛, 宋飛虎, 李健, 王式民, 許傳龍, 高鶴明 申請(qǐng)人:東南大學(xué)