專利名稱：多用途微波煤粉流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系用微波測(cè)量煤粉重量流量的方法及用該方法設(shè)計(jì)的多用途微波煤粉流量計(jì)。
煤粉在輸送管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)的重量流量測(cè)量，國(guó)內(nèi)外方法很多?，F(xiàn)今常用方法有機(jī)械法、容積法、重量法。這些方法皆因不能連續(xù)測(cè)量瞬時(shí)流量而限制了在工業(yè)控制過程中的應(yīng)用。非接觸連續(xù)測(cè)量有美國(guó)、西德、日本的同位素法。同位素對(duì)人體有害、污染環(huán)境防護(hù)復(fù)雜、成本高等不足而受到限制。
美國(guó)專利U.S4423-623《流動(dòng)混合物微波計(jì)量計(jì)(MICROWAVE METER FOR FLUID MIXTURES)》中的第八條一種測(cè)量非均勻混合材料流量比率的方法(A method of measuring the flow rate of a heterogeneous mixture of ingredients)是一種微波流量比率法。這個(gè)方法是在有混合物流動(dòng)的波導(dǎo)管壁上裝一發(fā)射探針發(fā)射微波到混合物中，微波在混合物中傳播方向同混合物流動(dòng)方向相同。在發(fā)射探針下游距發(fā)射探針一定距離處裝一接收探針。對(duì)接收探針接收到的微波信號(hào)進(jìn)行處理，得出波導(dǎo)管內(nèi)的微波特征頻率或傳播波長(zhǎng)。用第二對(duì)、第三對(duì)發(fā)射、接收探針測(cè)出該波導(dǎo)其它部位上的上述特征。對(duì)所測(cè)頻率差進(jìn)行相關(guān)處理后，再以分離法對(duì)混合物組成成份進(jìn)行校準(zhǔn)就可得到混合物的流量比率。
日本發(fā)明專利昭59-19814及昭60-187818《微波流量計(jì)》及《粉體流量計(jì)》介紹了兩種微波流量計(jì)實(shí)例。一種是氣粉混合物在波導(dǎo)管內(nèi)流動(dòng)，送入波導(dǎo)內(nèi)的微波傳播方向同氣粉混合物的流動(dòng)方向相同，在微波信號(hào)送入處下方相隔一段距離處取出微波信號(hào)。另一種是氣粉混合物在低損耗介質(zhì)管內(nèi)流動(dòng)，該管裝在方型(園型)波導(dǎo)管內(nèi)。波導(dǎo)上端送入的微波信號(hào)傳播方向同低損耗介質(zhì)管內(nèi)混合物流動(dòng)方向相同。微波信號(hào)由距微波送入端一定距離的下端取出。兩種方法都是靠測(cè)出微波多卜勒頻移求流速，微波衰減濃度，再由速度和濃度求出粉體重量流量。
上述方法雖實(shí)現(xiàn)了混合物重量流量的非接觸連續(xù)測(cè)量，但存在下列問題1.美國(guó)專利U.S4423-623僅能測(cè)出氣粉混合物比率，而不能直接測(cè)出混合物中粉體重量流量。要想以該方法測(cè)出粉體重量流量還需輔以其它測(cè)量手段。
2.日本專利昭59-19814和昭60-187818兩種方法均與波導(dǎo)相關(guān)。一種用波導(dǎo)作輸粉管，一種將低耗介質(zhì)輸粉管裝在方型(園型)波導(dǎo)中。實(shí)踐證明，采用微波測(cè)量氣粉混合物時(shí)，所用微波頻率越高，儀表精度越高。從所用器材性能和經(jīng)濟(jì)性綜合考慮，選用30mm波長(zhǎng)最為合適。30mm波的波導(dǎo)管對(duì)矩型波導(dǎo)尺寸23×10mm，園型波導(dǎo)管直徑38mm。美國(guó)專利U.S4423-623所用波導(dǎo)直徑3/4時(shí)(19mm)。一般工業(yè)所用氣粉混合物輸粉管最小直徑為204mm。顯然專利U.S4423-623昭59-19814、昭60-187818所揭示的方法都不可能用于工業(yè)生產(chǎn)過程。
3.專利U.S4423-623、昭59-19814、昭60-187818所述方法均為將微波通過發(fā)射機(jī)構(gòu)送到正在管內(nèi)流動(dòng)的氣粉混合物中，微波傳播方向同氣粉混合物流向相同。這種方法不但存在微波送入、取出接口同輸粉管間復(fù)雜的密封問題，而且接收的微波信號(hào)受管道斷面和管內(nèi)流動(dòng)分布均勻性影響很大，所以測(cè)量誤差大，精度得不到保證。
本發(fā)明旨在提供一種非接觸、可連續(xù)實(shí)時(shí)測(cè)定、測(cè)量的輸粉管徑與波導(dǎo)無關(guān)、管徑大、操作安全簡(jiǎn)便的煤粉重量流量計(jì)。
本發(fā)明的基本原理是，利用一個(gè)與低損耗介質(zhì)輸粉管軸線成45°角的角式天線，從輸粉管外部逆煤粉流動(dòng)方向向氣粉混合物發(fā)射微波。微波穿過低損耗介質(zhì)管進(jìn)入氣粉混合物流后，一部分微波遇到煤粉被反射，由反射波產(chǎn)生的頻差求出煤粉流速。另一部份微波穿越煤粉流和管壁到達(dá)設(shè)在天線對(duì)面的來福波紋全反射板，由反射板收集后，以平面波的形式反射回來，兩次穿越煤粉流的這部份微波由于受到煤粉的吸收作用產(chǎn)生能量衰減，借此衰減量求出粉體濃度。然后由所求出的流速與濃度和輸粉管面積即可求出煤粉重量流量。
附圖
是按本方法設(shè)計(jì)的煤粉流量計(jì)的原理圖。圖中1-微波源;2-微波橋路;3-微波暗室;4-角式天線;5-來福波紋全反射板;6-低損耗介質(zhì)輸粉管;7-本地相位、幅值全反射倍增器;8-微波信號(hào)頻幅分離器;9-微波頻差檢出器;10-微波混頻器;11-煤粉流速換算器;12-微波相位、幅值檢出器;13-煤粉濃度換算器;14-煤粉重量流量計(jì)算輸出器;15-定向耦合器。
本發(fā)明的主要步驟如下(1).微波源1產(chǎn)生的微波信號(hào)經(jīng)微波橋路2將 1/2 微波能量送往裝在微波室3中的角式天線4向低損耗介質(zhì)輸粉管6發(fā)射。
(2).角式天線4發(fā)射的微波信號(hào)穿過輸粉管6，以與輸粉管軸成45°角方式逆向進(jìn)入煤粉流。部分微波被煤粉反射，反射波穿過輸粉管6被天線4接收。另一部分微波繼續(xù)行進(jìn)穿過輸粉管6被來福波紋全反射板收集，反射板使收集的微波能以平面波形式按原路反回，使微波二次穿越煤粉流，反射回來的微波信號(hào)同樣由天線4接收。
(3).由天線4接收的微波頻差信號(hào)及衰減信號(hào)一起送入微波橋路2的檢波臂，同時(shí)由微波源來的另外 1/2 微波被相位、幅值全反射器反射后也回到橋路2的檢波臂。相位、幅值在此處相減得到凈衰減信號(hào)和頻差信號(hào)。將衰減信號(hào)和頻差信號(hào)一起送入微波信號(hào)頻幅分離器8進(jìn)行頻幅分離。
(4).經(jīng)微波信號(hào)頻幅分離器8分離的微波信號(hào)分作二路。一路微波頻差信號(hào)送到微波頻差檢出器9及微波混頻器10，在微波混頻器10中與從定向耦合器15來的本振信號(hào)混頻得出流速頻率信號(hào)，該信號(hào)再送入煤粉流速換算器11得出煤粉流速信號(hào)。另一路微波信號(hào)送入微波相位、幅值檢出器12進(jìn)行相位、幅值檢出、將檢出的相位、幅值微波信號(hào)送到煤粉濃度換算器13求出煤粉濃度信號(hào)。
(5).將煤粉流速信號(hào)與煤粉濃度信號(hào)一起送入煤粉重量流量計(jì)算輸出器14，即得出煤粉重量流量。
本發(fā)明同其它煤粉重量流量測(cè)量方法相比，具有下列優(yōu)點(diǎn)(1).本發(fā)明采用了來福波紋全反射板，因而衰減量成倍增加，提高了濃度測(cè)量的準(zhǔn)確性，使儀器精度達(dá)0.1%。
(2).多功能角式天線簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，制作簡(jiǎn)單成本低，安裝簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，批量生產(chǎn)容易。
(3).使用了微波雙重橋路及相位、幅值培增器，因而對(duì)微波發(fā)生源穩(wěn)定性要求不高，測(cè)量結(jié)果不受環(huán)境溫度變化影響，大大提高了儀器的穩(wěn)定性。
(4).本發(fā)明的輸粉管徑與使用的微波頻率大小無關(guān)，即不受波導(dǎo)影響。所以輸粉管徑較大，對(duì)60萬kw以下機(jī)組均可適用。
(5).本發(fā)明除實(shí)現(xiàn)了煤粉的非接觸連續(xù)測(cè)量外，尚可進(jìn)行鍋爐斷煤滅火報(bào)警。
(6).因本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了煤粉連續(xù)測(cè)量，對(duì)實(shí)現(xiàn)電站鍋爐效率、電廠單機(jī)煤耗瞬時(shí)值及累積值計(jì)算提供了必要充分條件，對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)過程實(shí)時(shí)控制和管理現(xiàn)代化提供了必不可少的手段。
權(quán)利要求
1.一種用微波測(cè)量煤粉重量流量的方法，由煤粉對(duì)微波的反射產(chǎn)生的頻差信號(hào)和煤粉對(duì)微波產(chǎn)生的衰減信號(hào)實(shí)現(xiàn)，即由頻差信號(hào)求出煤粉流速，由衰減信號(hào)求出煤粉濃度，再由流速和濃度求出煤粉重量流量。其特征是天線從輸粉管外部向管內(nèi)流動(dòng)著的氣粉混合物發(fā)射微波信號(hào)。煤粉對(duì)微波反射產(chǎn)生的頻差信號(hào)和煤粉對(duì)微波產(chǎn)生的衰減信號(hào)被天線接收后送往微波雙重橋路。由微波雙重橋路來的信號(hào)經(jīng)微波頻、幅分離器分離后進(jìn)入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處理，最后得出煤粉重量流量。
2.如權(quán)利1所述方法，其特征在于微波發(fā)射，反射頻差信號(hào)接收，衰減信號(hào)接收均由一個(gè)高增益角式天線完成。天線同輸粉管成45°夾角。天線發(fā)射的微波傳播方向同輸粉管內(nèi)煤粉的流動(dòng)方向相反。
3.如權(quán)利1所述方法，其特征在于將角式天線裝在微波暗室中。暗室的作用在于減少輸粉管界面對(duì)微波的反射、散射作用，提高天線發(fā)射的微波能的有效利用率及將天線接收的各種信號(hào)失真性減至最小。
4.如權(quán)利1所述方法，其特征在于采用了來福波紋反射板。反射板的功能是對(duì)穿過煤粉流的微波起收集和反射作用，使煤粉對(duì)微波的衰減成倍增加，大大提高了濃度測(cè)量的精度。
5.如權(quán)利1所述方法，其特征在于天線接收的頻差信號(hào)、衰減信號(hào)由微波雙重橋路和相位、幅值倍增器進(jìn)行檢出比較，然后得出凈頻差和衰減信號(hào)。消除了溫度和微波源不穩(wěn)定性影響，提高了儀器的穩(wěn)定性。
6.如權(quán)利1所述方法，其特征在于測(cè)量段所用的低損耗介質(zhì)輸粉管直徑同工業(yè)應(yīng)用的輸粉管徑一致，所以管道中不存在漸縮、漸擴(kuò)引起的混合物中煤粉均勻性及阻力變化。
全文摘要
本發(fā)明是一種用微波非接觸、連續(xù)測(cè)量火電廠煤粉流量的實(shí)時(shí)儀表。結(jié)構(gòu)是在微波暗室中裝一個(gè)與輸粉管軸線成45°的角式天線，天線對(duì)面設(shè)一個(gè)來福波紋全反射板。微波發(fā)射、被煤粉反射產(chǎn)生的頻差以及衰減信號(hào)由同一個(gè)天線接收。天線向低損耗介質(zhì)輸粉管發(fā)射微波。在管內(nèi)流動(dòng)煤粉作用下一部分微波反射產(chǎn)生頻差，測(cè)出煤粉流速。一部分微波穿過煤粉流被反射板反射再次穿過煤粉流產(chǎn)生衰減，測(cè)出煤粉濃度。電流速和濃度求出煤粉重量流量。
文檔編號(hào)G01F1/66GK1055596SQ9010187
公開日1991年10月23日 申請(qǐng)日期1990年3月31日 優(yōu)先權(quán)日1990年3月31日
發(fā)明者趙松茂, 毛朝陽(yáng) 申請(qǐng)人:趙松茂