基本信息
- 项目名称：
- 新型粉体速度测量静电传感器研制
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 该传感器系统设计实现了对粉体和颗粒等速度的快速、准确测量。测量结果受干扰程度小且测量系统成本低。在化工、能源、粉体传送等过程工业的检测与产品质量控制方面具有广阔的应用前景。同时，该传感器系统可为气固两相流的科学实验研究提供重要的测试手段。
- 详细介绍：
- 传感器是基于静电测量法设计的，在配合互相关运算的情况下实现了粉体流速的准确测量。该测量系统在传感器设计方面重点考虑如何减少传感器对粉体运动规律的干扰，如何对变化的静电信号进行快速响应；在数据处理方面，着重考虑了控制器的运算精度速度及算法效率。在上述设计方向的指导下系统的测量精度与速度已有了显著的提高。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1.发明目的：在全球能源紧张，提倡低碳经济的时代，对工业过程中气/固两相流固体颗粒流速准确测量，如煤粉喷吹系统煤粉速度的准确测量是非常有意义且有难度的一件事情。由于传输过程中气固两相流变化复杂,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仪器设备及成熟产品很少,且精度也有待提高。 2.基本思路：固体颗粒在管道中流动时会与管道中的障碍物发生摩擦从而产生静电荷。在管壁上安装对静电信号敏感的元件来拾取信号，然后对所拾取电荷信号进行电压转换并做放大滤波处理和采集量化。相距为L的两路传感器，所产生的信号具有一定的相关性，可以利用相关算法对两路信号进行相位的提取，从而根据采样率及传感器距离求出当前粉体的速度。 3.创新点：自主研制的测速实验平台，高效准确的测速方法及其实现，静电传感器的设计 4.技术关键：测速实验平台的搭建, 传感器的合理选型，传感器信号处理电路,相关算法的创新（自适应性）, 实时测量粉体速度的实现 5.主要技术指标：测速实时性，测速精度，测速装置成本
科学性、先进性
- 1.基于静电法的测量是国内外公认的最为准确的测量方法之一。 2.目前传感器的主要形式为探针式和环状式。探针式易磨损且影响粉体运动规律。环状传感器由于存在空间滤波效应，使其反应不够及时，不利于实时测量与控制。 3.本方法目前还没有投入的实际的工程应用中，主要由于该方法仍停留在理论研究阶段。我们项目的意义在于构建工业现场粉体喷吹模型，通过该试验平台对传感器设计进行验证。通过数字信号处理中的互相关运算准确提取出两路信号的相位信息，使计算出来的速度值实时显示。 4.最终确定该作品的测速方案：在循环管道的上下游放置新型传感器，利用粉体与传感器的摩擦来产生测量中所需要的随机噪声信号，该信号经过简单的放大滤波进入了控制器，通过互相关运算实现了相位的准确提取。该测速方法不依赖于固体颗粒的化学性质，不和颗粒接触，用数字的方法保证了测量精度以及工业粉体流量的实时性控制。
获奖情况及鉴定结果
- 北京交通大学机电学院-2010年大学生创新计划项目级别为国家级终期答辩为优秀 北京交通大学2011年“挑战杯”校一等奖
作品所处阶段
- 可以实现粉体流速的实时测量和显示。为该测量领域的研究提供了一个很好的试验平台。
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 粉体颗粒循环机，测量显示平台。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 新型粉体速度测量静电传感器的研制对工业过程中气/固两相流固体颗粒流速准确测量，如煤粉喷吹系统煤粉速度的准确测量是非常有意义的。作品在传感器优化设计、信号处理与软件编程开发等方面均具有一定的创新性。该测量系统响应快速测量准确、且成本较低。控制器可以根据处理后的结果按工业现场需求对化学固体原料进行反应量的调控，使化学反应安全进行。所以该作品在化工、能源、粉体传送等过程工业的检测与产品质量控制等方面具有广阔的应用前景。同时，该传感器系统可为气固两相流的科学实验研究提供重要的测试手段。
同类课题研究水平概述
- 粉体，特别是煤粉的气力输送广泛用于能源、冶金和化工工业。煤粉燃烧系统送粉管道内的煤粉速度是一个非常重要的参数。对于煤粉速度的准确测量,有利于后续的过程控制，且对低碳、节能和环保也有着重要意义。 由于粉体分布不均，速度不规则，粒子尺寸差别大以及湿度变化的多重影响，使得精确测速存在着困难。目前已有的温度法、速度压差法、激光法、微波、声波法、质量法等等,都存在着这样那样的问题。 目前国外提出了一种新型的测速方法—静电测速法。英国贸工部在技术报告(014)关于电站锅炉的煤粉流量(PF)测定和控制方法中指出：最有前途的方法(即达到商业启用状态的方法)是静电法。这几年国内外对于静电法粉体测速的研究刚刚起步，仍是被研究受关注的热点。目前对于传感器选型，空间滤波效应等相关问题已经发展了许多理论，但是真正付诸于实践的却比较少。 我们主要对传感器的选型进行了创新，提出了现国内外圆环形和探针型传感器存在的缺点，在综合国内外理论后，我们研制出了新型粉体速度静电测量传感器，为工业的实际应用提供了参考。
