专利名称：一种同时测量管内气粉混合物速度、浓度和流型的方法
技术领域：
本发明涉及一种用微波同时测量管内气粉混合物的速度、浓度和流型的方法。
背景技术：
在气粉混合物的工业应用中，往往需要测量管内气粉混合物的速度、浓度和流型，因为这些参数会直接影响到系统运行的可靠性、安全性和经济性。目前对流动速度和浓度的测量方法有1.接触法，利用测压管直接测量气流的动压，或利用涡论在气流中的旋转，或利用气流对加热元件的对流换热等物理量变化测量出相应的流动速度；利用称重法、动量法或对于有气固换热过程采用热量法测量气粉混合物的浓度。2.非接触法，利用超声波、微波、激光或射线等遇到流动的颗粒介质其会发生多谱勒效应和能量衰减现象来测量气粉混合物的速度和浓度。对于流型的测量目前采用的比较多的是高速摄影法、示踪法和层析成像技术。目前，采用非接触法微波测量技术对管内的气粉混合物动参数的测量处在不断研究过程中，比较美国专利U.S4423-623《流动混合物微波计量计(Microwave meter for fluid mixtures)》、日本发明专利昭59-19814和昭60-187818《微波流量计》和《粉体流量计》、中国发明专利90101872.4《多用途微波煤粉流量计》发现1.美国专利U.S4423-623只能测量出气粉混合物的两相速度，而不能直接测出浓度；2.日本专利昭59-19814和昭60-187818两种方法均与波导相关。一种用波导作输粉管，一种将低耗介质输粉管装在方型(园型)波导中。从所用器材性能和经济性综合考虑，选用30mm波长最为合适。30mm波的波导管对矩型波导尺寸23×10mm，对园型波导管直径为38mm。美国专利U.S.4423-623所用波导直径19mm。而象电站锅炉一次风管等工业所用气粉混合物输粉管最小直径一般都大于150mm。显然上述美国和日本专利所揭示的方法都不太适用于测量象电站锅炉一次风管等工业生产过程中气粉混合物的参数；3冲国专利90101872.4所提及的方法中微波天线同输粉管成45°夹角且装在微波暗室中，天线发射的微波传播方向同输粉管内煤粉的流动方向相反，这样的安装方式一方面限制了微波传感器为了获得最佳灵敏度应具有的安装灵活性，另一方面微波传播方向与混合物流动方向相反导致微波发射接收孔(观察孔)界面易于结粉影响测量精度；4.上述的所有专利只能测量管内气粉混合物的流速和浓度，而不能同时测量流型。另外，由于管截面上气粉流型分布不可能均匀，因此只在一个方向上安装传感器测量出的结果不能有效地反映管截面的实际流动情况。

发明内容
本发明的目的是为了在气粉混合物的工业应用中，能同时测量管内气粉流动速度、浓度和流型，而提供一种同时测量管内气粉混合物速度、浓度和流型的方法。
本发明的技术方案是在同一气粉输送管管道截面外壁上安装多个与气粉输送管成一定角度的集微波发射极、反射波频率接收极与反射波能量接收极于一体的微波天线，管内壁涂有耐磨的全反射层，由多路切换开关高速切换微波天线发射极与接收极电源；每一个天线发射极从输送管外部顺煤粉流动方向向气粉混合物发射微波，穿管壁进入气粉混合物流后的一部分微波遇到煤粉被反射，由反射波产生的频差信号送入频差-速度计算单元求出煤粉流速；一部分微波穿越煤粉流到达全反射内壁产生反射，两次穿越煤粉流的这部份微波产生能量衰减信号送入衰减量-浓度计算单元求出粉体浓度；然后根据同一截面不同位置速度和粉体浓度值求出截面的平均流速和粉体浓度，通过气粉流型层析成像单元根据图象重建算法层析成像出气粉流型。
本发明与其它测量方法相比，具有如下优点1.本发明采用了同一管截面安装多个微波发射与接收极，根据不同位置的速度和粉体浓度值求出截面的平均流速和粉体浓度，减少了由于管截面上气粉分布不均匀而导致只用一个微波发射与接收极测量所引起的误差。
2.集发射极和接收极和于一体的微波天线，简化了结构，降低了制作成本，在空间有限的情况下更便于安装布置。
3.根据最佳灵敏度要求，在输送管道截面外壁上安装与输粉管成25°到45°的微波发射与接收天线，提高了测量精度。
4.可以同时测量送粉管内气粉流动速度、浓度和流型，具有功能全用途广泛的特点。


图1为用微波同时测量管内气粉混合物速度、浓度和流型的原理图。
具体实施例方式
本发明的具体实施方式
结合附图作一说明。方法的主要步骤如下1.根据最佳灵敏度要求，在同一输送管道1截面外壁上安装多个与输粉管成25°到45°的集微波发射极a、反射波频率接收极b与反射波能量接收极c于一体的微波天线1，安装天线的个数由输送管管径决定，一般管内径在150～250mm的输送管上安装3个微波天线，管内径在250～450mm安装5个，管内径在大于450mm安装7个，测量管段内壁涂有耐磨的全反射层微波源；2.安装多路切换开关3可以高速切换微波天线发射极与接收极，保证在瞬时由一路在工作，一般保证在0.5秒内对同一管截面上的微波信号扫描一遍；3.电源产生的微波信号经微波发射极a以一定角度穿透不导电表面，像无铅的玻璃或高强度耐磨特制塑料；4.天线从输粉管外部顺粉体流动方向向气粉混合物发射微波，微波穿过不导电的管壁特制表面进入气粉混合物流后，一部分微波遇到粉体被反射，由接收极b感应反射波产生的频差信号送入频差-速度计算单元5求出粉体流速；5.一部分微波穿越粉体流到达天线对面的全反射内壁，由全反射内壁收集后，以平面波的形式反射回来，两次穿越粉体流的这部份微波由于受到粉体的吸收作用产生能量衰减，由接收极c感应微波衰减量，衰减量信号送入衰减量-浓度计算单元4求出粉体浓度；6.根据同一截面在0.5秒内微波信号扫描一遍所测量出的不同位置的速度和粉体浓度值求出截面的平均流速和粉体浓度，然后根据图象重建算法(见由本申请人申请的已公开的01126870.0发明专利申请)通过气粉流型层析成像单元6层析成像出气粉流型。
权利要求
1.一种用微波同时测量管内气粉混合物速度、浓度和流型的方法，其特征在于，在同一气粉输送管(2)管道截面外壁上安装多个与气粉输送管(2)成一定角度的集微波发射极a、反射波频率接收极b与反射波能量接收极c于一体的微波天线(1)，管内壁涂有耐磨的全反射层，由多路切换开关(3)高速切换微波天线发射极与接收极电源；每一个天线发射极从输送管外部顺粉体流动方向向气粉混合物发射微波，穿管壁进入气粉混合物流后的一部分微波遇到粉体被反射，由反射波产生的频差信号送入频差-速度计算单元(5)求出粉体流速；一部分微波穿越粉体流到达全反射内壁产生反射，两次穿越粉体流的这部份微波产生能量衰减信号送入衰减量-浓度计算单元(4)求出粉体浓度；然后根据同一截面不同位置速度和粉体浓度值求出截面的平均流速和粉体浓度，通过气粉流型层析成像单元(6)层析成像出气粉流型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的同一气粉输送管(2)管道截面外壁安装的集发射极和接收极为一体的微波天线与气粉输送管的安装角在25°-45°之间，并与气粉流动方向一致。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的安装有多个集发射极和接收极为一体的微波天线的气粉输送管(2)的测量管段内壁涂有耐磨的全反射微波源。
全文摘要
本发明涉及一种用微波同时测量管内气粉混合物的速度、浓度和流型的方法，特点是在同一气粉输送管管道截面外壁上安装多个微波天线，由多路切换开关高速切换天线发射极与接收极电源；发射极向气粉混合物发射微波，微波遇到粉体被反射，产生频差求出粉体流速；一部分微波穿越粉体流到达涂有全反射层的内壁，产生反射，两次穿越粉体流的这部份微波产生能量衰减求出粉体浓度；根据同一截面不同位置速度和粉体浓度值求出平均流速和粉体浓度，然后层析成像出气粉流型。本发明优点是同一管截面上安装多个微波天线，且与输粉管成25°－45°安装，使测量精度提高；微波天线集发射极和接收极于一体，结构简单，成本低；可同时测量气粉流动速度、浓度和流型，功能全，用途广泛。
文档编号G01F1/66GK1487284SQ0314193
公开日2004年4月7日 申请日期2003年7月29日 优先权日2003年7月29日
发明者潘卫国 申请人:上海电力学院