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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 新型粉體速度測(cè)量靜電傳感器研制
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 該傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)粉體和顆粒等速度的快速、準(zhǔn)確測(cè)量。測(cè)量結(jié)果受干擾程度小且測(cè)量系統(tǒng)成本低。在化工、能源、粉體傳送等過(guò)程工業(yè)的檢測(cè)與產(chǎn)品質(zhì)量控制方面具有廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)，該傳感器系統(tǒng)可為氣固兩相流的科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究提供重要的測(cè)試手段。
- 詳細(xì)介紹：
- 傳感器是基于靜電測(cè)量法設(shè)計(jì)的，在配合互相關(guān)運(yùn)算的情況下實(shí)現(xiàn)了粉體流速的準(zhǔn)確測(cè)量。該測(cè)量系統(tǒng)在傳感器設(shè)計(jì)方面重點(diǎn)考慮如何減少傳感器對(duì)粉體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的干擾，如何對(duì)變化的靜電信號(hào)進(jìn)行快速響應(yīng)；在數(shù)據(jù)處理方面，著重考慮了控制器的運(yùn)算精度速度及算法效率。在上述設(shè)計(jì)方向的指導(dǎo)下系統(tǒng)的測(cè)量精度與速度已有了顯著的提高。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1.發(fā)明目的：在全球能源緊張，提倡低碳經(jīng)濟(jì)的時(shí)代，對(duì)工業(yè)過(guò)程中氣/固兩相流固體顆粒流速準(zhǔn)確測(cè)量，如煤粉噴吹系統(tǒng)煤粉速度的準(zhǔn)確測(cè)量是非常有意義且有難度的一件事情。由于傳輸過(guò)程中氣固兩相流變化復(fù)雜,使得兩相流測(cè)量成為一項(xiàng)技術(shù)難題,可供實(shí)際使用的商業(yè)化儀器設(shè)備及成熟產(chǎn)品很少,且精度也有待提高。 2.基本思路：固體顆粒在管道中流動(dòng)時(shí)會(huì)與管道中的障礙物發(fā)生摩擦從而產(chǎn)生靜電荷。在管壁上安裝對(duì)靜電信號(hào)敏感的元件來(lái)拾取信號(hào)，然后對(duì)所拾取電荷信號(hào)進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換并做放大濾波處理和采集量化。相距為L(zhǎng)的兩路傳感器，所產(chǎn)生的信號(hào)具有一定的相關(guān)性，可以利用相關(guān)算法對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行相位的提取，從而根據(jù)采樣率及傳感器距離求出當(dāng)前粉體的速度。 3.創(chuàng)新點(diǎn)：自主研制的測(cè)速實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，高效準(zhǔn)確的測(cè)速方法及其實(shí)現(xiàn)，靜電傳感器的設(shè)計(jì) 4.技術(shù)關(guān)鍵：測(cè)速實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建, 傳感器的合理選型，傳感器信號(hào)處理電路,相關(guān)算法的創(chuàng)新（自適應(yīng)性）, 實(shí)時(shí)測(cè)量粉體速度的實(shí)現(xiàn) 5.主要技術(shù)指標(biāo)：測(cè)速實(shí)時(shí)性，測(cè)速精度，測(cè)速裝置成本
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1.基于靜電法的測(cè)量是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的最為準(zhǔn)確的測(cè)量方法之一。 2.目前傳感器的主要形式為探針式和環(huán)狀式。探針式易磨損且影響粉體運(yùn)動(dòng)規(guī)律。環(huán)狀傳感器由于存在空間濾波效應(yīng)，使其反應(yīng)不夠及時(shí)，不利于實(shí)時(shí)測(cè)量與控制。 3.本方法目前還沒(méi)有投入的實(shí)際的工程應(yīng)用中，主要由于該方法仍停留在理論研究階段。我們項(xiàng)目的意義在于構(gòu)建工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)粉體噴吹模型，通過(guò)該試驗(yàn)平臺(tái)對(duì)傳感器設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證。通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理中的互相關(guān)運(yùn)算準(zhǔn)確提取出兩路信號(hào)的相位信息，使計(jì)算出來(lái)的速度值實(shí)時(shí)顯示。 4.最終確定該作品的測(cè)速方案：在循環(huán)管道的上下游放置新型傳感器，利用粉體與傳感器的摩擦來(lái)產(chǎn)生測(cè)量中所需要的隨機(jī)噪聲信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的放大濾波進(jìn)入了控制器，通過(guò)互相關(guān)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)了相位的準(zhǔn)確提取。該測(cè)速方法不依賴于固體顆粒的化學(xué)性質(zhì)，不和顆粒接觸，用數(shù)字的方法保證了測(cè)量精度以及工業(yè)粉體流量的實(shí)時(shí)性控制。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 北京交通大學(xué)機(jī)電學(xué)院-2010年大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目級(jí)別為國(guó)家級(jí)終期答辯為優(yōu)秀 北京交通大學(xué)2011年“挑戰(zhàn)杯”校一等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 可以實(shí)現(xiàn)粉體流速的實(shí)時(shí)測(cè)量和顯示。為該測(cè)量領(lǐng)域的研究提供了一個(gè)很好的試驗(yàn)平臺(tái)。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 粉體顆粒循環(huán)機(jī)，測(cè)量顯示平臺(tái)。
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 新型粉體速度測(cè)量靜電傳感器的研制對(duì)工業(yè)過(guò)程中氣/固兩相流固體顆粒流速準(zhǔn)確測(cè)量，如煤粉噴吹系統(tǒng)煤粉速度的準(zhǔn)確測(cè)量是非常有意義的。作品在傳感器優(yōu)化設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與軟件編程開(kāi)發(fā)等方面均具有一定的創(chuàng)新性。該測(cè)量系統(tǒng)響應(yīng)快速測(cè)量準(zhǔn)確、且成本較低?？刂破骺梢愿鶕?jù)處理后的結(jié)果按工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)需求對(duì)化學(xué)固體原料進(jìn)行反應(yīng)量的調(diào)控，使化學(xué)反應(yīng)安全進(jìn)行。所以該作品在化工、能源、粉體傳送等過(guò)程工業(yè)的檢測(cè)與產(chǎn)品質(zhì)量控制等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)，該傳感器系統(tǒng)可為氣固兩相流的科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究提供重要的測(cè)試手段。
同類課題研究水平概述
- 粉體，特別是煤粉的氣力輸送廣泛用于能源、冶金和化工工業(yè)。煤粉燃燒系統(tǒng)送粉管道內(nèi)的煤粉速度是一個(gè)非常重要的參數(shù)。對(duì)于煤粉速度的準(zhǔn)確測(cè)量,有利于后續(xù)的過(guò)程控制，且對(duì)低碳、節(jié)能和環(huán)保也有著重要意義。 由于粉體分布不均，速度不規(guī)則，粒子尺寸差別大以及濕度變化的多重影響，使得精確測(cè)速存在著困難。目前已有的溫度法、速度壓差法、激光法、微波、聲波法、質(zhì)量法等等,都存在著這樣那樣的問(wèn)題。 目前國(guó)外提出了一種新型的測(cè)速方法—靜電測(cè)速法。英國(guó)貿(mào)工部在技術(shù)報(bào)告(014)關(guān)于電站鍋爐的煤粉流量(PF)測(cè)定和控制方法中指出：最有前途的方法(即達(dá)到商業(yè)啟用狀態(tài)的方法)是靜電法。這幾年國(guó)內(nèi)外對(duì)于靜電法粉體測(cè)速的研究剛剛起步，仍是被研究受關(guān)注的熱點(diǎn)。目前對(duì)于傳感器選型，空間濾波效應(yīng)等相關(guān)問(wèn)題已經(jīng)發(fā)展了許多理論，但是真正付諸于實(shí)踐的卻比較少。 我們主要對(duì)傳感器的選型進(jìn)行了創(chuàng)新，提出了現(xiàn)國(guó)內(nèi)外圓環(huán)形和探針型傳感器存在的缺點(diǎn)，在綜合國(guó)內(nèi)外理論后，我們研制出了新型粉體速度靜電測(cè)量傳感器，為工業(yè)的實(shí)際應(yīng)用提供了參考。
