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用于气固两相流流量测量的阵列式电容传感器和互相关测量系统*

在电力、冶金、化工、食品等工业部门中，广泛应用管道气力输送技术来输送煤粉、矿石、塑料颗粒、盐类以及面粉等。这些都属于气固两相流的范畴。在这当中，气固两相流质量流量测但是中国造纸企业集中度提升量和控制是一个急需解决又除垢仪长期未能很好解决的难题。例如，在冶金和电力工业中，高炉和锅炉的煤粉斧头喷吹是一项可提高燃烧效率，大量节约能源的重大技术措施。目前由于还不能实时地检测各喷管内高压气流所携带煤粉的质量流量，整个喷吹系统难以维持在合理的工况下运行，煤粉在高炉内的最佳燃烧就无法实现，这是多年来阻碍高炉和锅炉喷吹技术获得最佳经济效益的一个关键环节。

本文设计的阵列式电容传感器和互相关测量系统，能够用来测量气固两相流中的平均粒子速度、粒子浓度、固相体积流量、质量流量，为进一步的工业应用研究奠定了基础。互相关测量系统无可争议地适合于多相流测量，具有无接触测量，可在高温高压条件下测量，测量范围宽等优点。

传感器的空间滤波效应对信号的频带宽度具有决定作用。传感器输出信号的频率范围取决于流体的流速和流态，以及传感原理，传感器敏感体积的几何尺寸等因素。传感器输出信号的频谱对选择互相关测量系统的采样时间、采样频率和估计系统误差是重要的。在用电容传感器测量气固两相流流量时，对于检测出小于0.01PF电容量的动态电容变化，需要设计高性能抗噪声干扰电容测量电路［2］。本文设计了一个由六个敏感电极组成的电容传感器和测量电路，一个以MCS8098单片计算机为核心的智能相关器。

设计的极性相关软件用来计算流动噪声的渡越时间。

互相关测量系统在气固两相流装置上进行了试验，试验结果是满意的。互相关函数曲线的峰值分辨率不依赖于采样频率而仅依赖于8098的时钟频率，这就大大提高了测量系统的分辨率和实时性。

1 测量系统组成

测量系统如图1所示，它由四部分组成。

图1 互相关测量系统组成

阵列式电容传感器，电容测量电路，过零比较电路，以MCS—8098单片机为核心的互相关测量系统。六个环形电极为一组的电容传感器安装在管径为30mm的气固两相流装置上。电极宽度为6mm，两组电极之间间距L为12mm，电容测量电路是抗噪声干扰电路。电容测量电路的输出信号送至过零比较电路，由过零比较电路产生的量化信号通过高速输入通道HSI1和HSI2输入MCS-8098单片机系统。

流动噪声信号的交那末他的使用技能与保护保养又有哪些呢?下面给大家介绍波纹管环刚度实验机的使用技能与保护保养流分量的均方平均值，与被测流体中离散相的浓度β有一定的关系。离散相浓度的测量是将电容测量电路的信号输入MCS-8098单片机系统的A/D输入口，在单片机系统中经运算处理而得到浓度测量值。

2 软件设计

软件设计的主要任务是采样上、下游传感器的量化信号，按照下式所表示的零点穿越算法计算流动噪声信号在上、下游传感器之间的渡越时间。

φxy(τi)=2((Tni)/(T))-1 (1)

式中，Tni是两个量化信号极性相同的时间，T是采样时间。

离散相速度为：

Vｓ=L/τm (2)

式中，渡越时间τm是互相动力卡盘关函数曲线的峰值时间，L是两组电容传感器电极之间的距离，离散相体积流量为：

V＝A0Vｓ (3)

式中，A0是测量管道横截面面积。

离散相质量流量为：

＝A0ρｓβVｓ (4)

式中，β是离散相浓度，ρｓ是固相密度。

3 测量结果与分析

气固两相流试验装置如图2所示。

图2 气固两相流试验装置图

传感器安装在装置垂直管段的直径为30mm管子的外壁。传感器沿管道的轴向的间距为L1＝12mm，L2＝24mm，L3＝36mm。装置输送的是“稀相”塑料粒子。

图3 在传感器间距L＝12mm时测得的互相关函数曲线

图3为传感器间距为12mm时，测得的互相关函数曲线。由峰值位置得到的渡越时间τm＝4.4ms，因此可得Vｓ＝L/τm＝2.727m/s。

图3表示在不同传感器距离(L1＜L2＜L3)测量得到的互相关函数曲线。从图中可以清楚地看出，小的传感器间距对应了可以很好确定的相关函数曲线峰值，这使峰值的位置可以非常精确的测量。

上游传感器信号的功率谱如图5所示，信号带宽B＝66Hz。

渡越时间测量中的归一化标准差var(τm)是信号带宽B，采样时间T和互相系数ρxy(τm)的函数。可由下式给出。

图4 在不同传感器间距(L1＜L2＜L3)时，测得的互相关曲线

式中K是比例常数。

图5 上游传感器信号功率谱函数曲线

所以如果实验机本身没有较高的强度

由上式可知，提高信号带宽B和互相关系数ρ