散装固体物料质量流量测量系统研究

　　一、引　　言

　　圆形封闭管路内散装固体物料质量流量的测量,可广泛应用于煤炭、化工等领域各种散装固体物料的管道输送与计量称重。但是,由于测量环境的封闭性、连续性与非接触性,对此类物料质量流量的测量问题始终没有得到解决。

　　我们知道,求解封闭管路内散装固体物料的质量流量,关键是准确测量流速和截面相浓度值,目前封闭管路内散装固体物料随机流动噪声的硬件相关测速技术已逐成熟,但成本很高,而现有的软件相关测速,完成一次极性互相关函数测量时间约10s,速度太慢。目前国内外对散装固体物料实时截面相浓度测量的研究,由于难点问题较多,基本属于空白。经过6年研究,我们围绕质量流量测量中测速的实时性问题,提出了一种新的实时测速全软件相关器,其实时性与硬件相关器相当,且灵活性好,适应性强,成本低廉。同时,针对相浓度实时截面测量这个难点问题,提出了一种新的基于“旋转”+“均匀”+“实时”三位一体的有源栅极式截面相浓度传感器设计方法。通过上述测量问题的研究,较好地解决了散装固体物料质量流量测量中长期存在的几个关键问题,使在线实时检测固体物料质量流量成为可能。

　　二、质量流量测量原理与方法

　　质量流量测量原理如图1所示。质量流量检测主要包括相关测速及截面相浓度测量两部分。

　　1·相关测速的原理与方法

　　相关测速原理主要利用被测流体在管道内稳态流动时,流速传感器拾取上、下两路随机流动电容噪声信号x(t)和y(t),并在时间T内作互相关函数计算。

　　其中,互相关函数最大峰值所对应的滞后时间τ就是两路采样信号间隔时间,若已知流动距离L,可求得物料流速V = L/τ。图1中,在圆管截面aa′和bb′处分别安装两对相同的凹形电容极板,极板尺寸及安装位置需选择适当。两路电容流动噪声信号经节点A、B分别进入两路相同的电容变送器,变送器设计采用脉宽调制及真有效值转换电路,具有较高的灵敏度及抗干扰能力。现有的相关软件测速,主要采用“绝对过零算法”,即将上式中两路信号的互相关问题进一步简化为在一定运算时间T内检查两路信号穿越零点的方向和穿越时间一致性问题,从而有公式:

式中T———运算时间

　　T_n———两极性方波信号之间“纯的”极性一致的时间

　　通过软件统计极性一致与不一致时间,由式(2)可获得延时τ。为防止正负向穿越零点时序的完全改变而导致相关函数的计算错误,采用双稳触发器保证第一次正向过零,上述互相关运算及寻峰处理约需10s。