基于静电传感器的气固两相流质量流量测量方法的研究

　　1　引　　言

　　粉体物料质量流量的在线测量是气力传输系统中的关键课题,国内外学者采用多种方法对此进行研究探索,但由于传输过程中气固两相流的变化复杂,使得两相流测量成为一项技术难题,可供实际使用的商业化设备及成熟产品也很少。目前国内普遍采用称重法测量质量流量,即用电子称测量一段时间内的累计流量,与流体传输时间相除得到的值作为测量结果,但这种方法的缺点是倒罐期间无法测量,且无法实现闭环控制。

　　近年来许多的研究手段和方法开始应用到两相流质量流量测量中来,国际上应用较多的有电容法[122]、差压法[3]和静电法[425]。与其他方法相比,静电法可实现对两相流的无干扰测量,且成本低廉,是两相流测量研究的热点之一。

　　本文从质量流量的测量原理出发,采用一种浓度和速度组合式的双参数法,即分别由静电传感器测量固体微粒的体积浓度和速度,通过计算得到质量流量,并且对通常采用的相关法进行改进,提出了基于波形的两相流速度测量方法。

　　2　质量流量测量原理

　　气固两相流中固相质量流量M(t)可由下式表示[6]:

　　对给定的固体微粒和管道,ρ和A为已知,将其与k合并为一个常数K,则:

　　3　双参数测量

　　3·1　固相体积浓度测量

　　固相体积浓度z(t)定义如下[6]:

　　运用静电传感方法获得体积浓度的主要问题在于如何建立体积浓度与电荷信号及传感器输出电压之间的关系。

　　两相流在管道中的传输及所建立的空间坐标如图1所示。环形静电探头镶嵌在传输管道外壁上。固体微粒在管道中传输时,由于相互碰撞摩擦,其表面会产生电荷,从而产生空间电场,该电场穿透绝缘管,在静电探头上产生感应信号,因感应信号很微弱,因此需将信号通过前置放大器进行放大。

　　等效电路如图2所示。图2中,q(t)为电极上的感应电量,ui为前置放大器的输入电压,C、R分别为前置放大器的输入电容和输入阻抗,CP为探头的自电容,因为静电探头的绝缘阻抗可认为无穷大,所以等效电路中忽略了探头的自阻抗RP。

　　由等效电路可得前置放大器输入电压的拉氏变换Ui(s)与感应电量的拉氏变换Q(s)之间的关系为:

　　当前置放大器为低输入阻抗和容抗时,sR(C+Cp)n1,则有:

　　因此,电荷移动在金属探头上产生的电位Фp可由下式计算:

如果假设沿管x轴为0电位,则当(y2+z2)1/2<Rp时: