基于静电传感器相关测速精度探讨

　　1　引　言

　　气/固两相流的流动结构十分复杂,不仅受到气/固两相密度、固相含量、流速变化和管道形状的影响,而且还受到固体颗粒尺寸的影响。因此,气/固 两相流的速度测量就成为学者的研究问题之一,随着相关测速的出现和发展,使气/固两相流流速测量变得简单易行。在相关技术发展过程中,出现了基于不同原理 的相关测速仪器,有超声传感器[1, 2]、电容传感器[3]、光学传感器[4]和静电传感器[5]等等。

　　而环状静电传感器以其价格低廉,能完全非接触测流体参数的特点,吸引着广大研究者。静电感应电极是基于静电感应原理实现流体参数测量的,这样, 颗粒的随机分布性与颗粒带电机理的复杂性对环状静电传感器测量参数精度有一定影响,而且这种影响伴随着测量过程的始终。本文就相关测速中的一些影响因素展 开探讨,针对气/固两相流流速波动性这一特点,通过实验,根据运动波原理得到了一种相关测速模型。①

　　2　影响互相关测速精度的因素

　　互相关静电传感器结构示意图如图1所示,在绝缘管道的外壁距离为L的上、下游两处分别固定宽度为b的金属环作为静电传感器,这种环状静电传感器安装方便,加工简单。上、下游两路的输出信号经过互相关运算即得到延迟时间τ。互相关原理:

　　测量得到的随机信号是平稳遍历的,因此计算得到的最大延迟时间就是经过上、下游传感器所经历的渡越时间。这样,利用式(2)就可以得到气/固两相流的平均流速。

　　根据互相关原理,通过分析式(1)可以认识到信号x(t)和y(t+τ)相似度决定了延迟时间τ的测量精度,上、下游信号越相似,延迟时间τ的 测量精度就越高,进而得到较精准的测量速度Vm。然而,在实际测量气/固两相流流速的过程中,信号x(t)和y(t+τ)受多种因素影响,而且延迟时间τ 的计算对测量精度也会产生一定的影响。

　首先,气/固两相流流动状态不是完全的“凝固”状态,这样流体从上游静电传感器运行到下游传感器时,其形态发生了一定的变化,导致信号x(t)和 y(t+τ)存在一定的区别。颗粒间摩擦碰撞及颗粒与传送管道间摩擦等均可以改变颗粒的带电量,由于静电传感器是利用颗粒的带电性进行测量,所以流体的 “非凝固”形态会对不同时刻的颗粒带电量产生影响,进而影响信号x(t)和y(t+τ)的相似度。因此,气/固两相流的这种随机不规则运动规律,使颗粒的 位置和带电量也发生不规则变化,对延迟时间τ测量精度产生了不可根除的影响。

　　其次,静电传感器测量探头对延迟时间τ的测量精度也存在一定的影响。静电传感器对被测量信号有空间滤波作用,信号x(t)的带宽B为: