静电感应式粉粒体质量流量测量方法的研究

　　0　引言

　　在化工、冶金、动力、食品等许多工业生产领域,已普遍采用管道气力输送粉粒体装置,粉粒体质量流量的在线测量对生产的控制及生产效率的提高具有重要意义。管道中高速运动　　的粉体具有很强的侵蚀作用,因而非侵入式测量方法成为研究的热点[1-4]。粉粒体物料在气输过程中由于碰撞与摩擦,其表面会产生电荷,或者也可通过人工荷电的方式使其表面带电荷,在管道内形成粉粒体电荷流[5]。当粉体颗粒表面所带电量稳定时,电荷流的流动特性与粉粒体流动参数之间有着直接关系。文中利用点电荷的概念对环式静电感应质量流量传感器的特性进行了实验研究,并对不同流动参数条件下传感器的测量特性进行了仿真,给出了适合静电感应式质量流量传感器的测量条件。

　　1　测量原理及装置

　　粉体质量流量测量传感器结构如图1所示,主要由中和管、激励管和测量管段3部分组成,各管段之间由绝缘管同轴密封连接。各管段内径与气输管道内径相同,保证了流体经过测量装置时,其流动状态不受到干扰。

　　上游中和管的作用是中和粉粒体在传输过程中由于摩擦而产生的静电,以降低其对测量的影响。激励管段上加有确定的高压,构成一个荷电管腔,它的作用是给管道中粉粒体荷电,并使其表面电量达到饱和,以使质量电荷密度ρsg(即单位质量粉体所带的电量,C/kg)不受粉粒体流动参数变化的影响,从而保证测量的精度。测量管段是整个装置的核心单元。当荷电粉粒体流入由绝缘管段和探测环构成的测量管段时,在探测环上将产生感应电荷,感应电荷量与测量管敏感区域中粉粒体电荷量有关。利用前置放大器对感应信号进行预处理,再通过A/D采样板变换成数字信号,最后由计算机对信号进行分析和处理,得到粉体的质量流量信息。

　　2　传感器的静电感应特性实验

　　2.1　实验装置

　　粉粒体电荷流可看成一个个粉粒体电荷微团沿输运方向的运动产生,而各电荷微团在探测环上引起的感应信号的叠加构成了传感器的输出信号。将电荷微团看作点电荷,则单位电量点电荷经过探测环时在其上产生的感应信号反映了传感器的特性。利用带电小球模拟电荷微团,通过实验可对传感器特性进行研究。

　　静电感应实验装置如图2所示,整个系统由2套静电传感器构成,一套为参考传感器,另一套为实验传感器。绝缘管和固定几何尺寸的参考环构成了参考传感器的敏感部件即探头,用以提供参考感应信号的输出;绝缘管和可变几何尺寸的实验环构成了实验传感器的探头,用以提供实验感应信号的输出。参考探头和实验探头同轴连接, 2个探头的绝缘管内径及电极直径均相同。两探头垂直放置,在其正上方有一绝缘漏斗,当带电小球由漏斗落下,通过两探头时,将分别产生参考感应信号和实验感应信号的输出。所有探头装入金属罩之内进行屏蔽,利用同轴屏蔽电缆线将两探头感应的信号分别引入性能参数相同的前置处理电路单元,并将它们的输出引入信号分析仪进行后续的信号处理及显示。