利用温度脉动信息实时测量高温烟气流速

　　一、引　　言

　　高温烟气流速测量,通常都是用基于差压原理的传感器来进行,但高温烟气温度高,含有固体颗粒,使传感器易烧蚀、堵塞,给实际测量带来很大误差。水冷系统结构复杂,操作不便。如何准确有效地对高温烟气流速进行测量,是一个值得探索的课题。

　　基于流动信号的相关测速技术,是近年来涌现的一个新技术。它利用传感器敏感流体上下游的流动信号,从两信号的互相关函数求出流体流过上下游的渡 越时间,进而求出流动速度。相关测速技术和其他方法相比有许多优点,其中一个独特的优点就是对传感器的非依赖性,即只要传感器感知流动信号,无论其为压力 的、温度的或者是声音的,都可以对其进行互相关信息处理,而且传感器不必精确测量流动信号。

　　本文采用热电偶测得烟气温度脉动信号并对其进行相关信息处理,进而求出烟气流动速度。热电偶耐高温、体积小、不存在堵塞问题,对流场影响也比较小。实验证明,该技术可以满足工业现场高温烟气流速测量的需要。

　　二、相关测速原理

　　相关测速原理如图1所示。

　　在高温烟气流动方向上相距一定距离L的两处分别设置两热电偶,热电偶测得温度信号为S1(t)、S2(t),计算两信号的互相关函数

式中τ———延迟时间

　　R(τ)是一个带有峰值的信号。根据相关信息理论,峰值所对应的时间τ0即为流体渡越L的渡越时间。则流速

　　对(1)式进行积分计算,需对S₁(t)、S₂(t)进行采样、A/D转换、再进行积分计算。由于采样速度、A/D转换速度的限制,以及积分的大量运算,使得相关实时处理很困难。而且由于采样误差、A/D转换误差,也使得最后求得的峰值时间误差较大。

　　用极性相关可以解决上述问题。对S1(t)、S2(t)进行极性化处理,即在每一时刻测得的信号如超过平均值则为1,低于平均值的则为-1,得极性信号P₁(t)、P₂(t)。对信号P₁(t)、P₂(t)作极性互相关函数计算

　　由于P₁(t)、P₂(t)只有二值1,-1,所以C(τ)等于两信号极性相同的部分减去极性相反的部分。且C(τ)的峰值与R(τ)的峰值一致。

　　又由于P₁(t)、P₂(t)具有二值性,所以对信号不需要采样,只需记录信号穿越零值的时间,因而电路简单,只需极性化处理电路和过零监测电路。

　　三、热电偶频谱分析

　　互相关函数由于被测信号的频谱特性不同而呈现不同的峰值特性,例如对于白带随机信号,其互相关函数呈现单峰值特性;对于窄带随机信号,其互相关函数呈现一高峰多低峰特性;而对于正弦波随机信号,其互相关函数呈现多峰值特性,相关处理无法进行〔2〕。