一種紅外線煙道在線流速儀及其測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種紅外線煙道在線流速儀，包括：兩個紅外接收器、一個供電單元、一個信號處理單元及一個數(shù)據(jù)顯示單元，信號處理單元接受來自紅外接收器的信號并實(shí)時傳輸測量結(jié)果至數(shù)據(jù)顯示單元；同時，本發(fā)明還公開了該流速儀的測量方法，基于紅外互相關(guān)技術(shù)，利用兩個紅外接收器感應(yīng)示蹤氣團(tuán)的位置來測量流速和流量，成本低，具有普及應(yīng)用的良好前景；紅外接收器的測量是非接觸式的，靈敏度高且響應(yīng)快，流速儀與煙氣接觸的部件都采用防護(hù)等級為IP68的鋁合金材料制成，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、耐腐蝕、耐高溫、低誤差的在線煙氣流速和流量測量；此外，本發(fā)明的流速儀為插入式的安裝方式，拆卸、維修及清潔保養(yǎng)操作簡便，維護(hù)成本低。
【專利說明】一種紅外線煙道在線流速儀及其測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種流速儀，具體涉及一種紅外線煙道在線流速儀及其測量方法；基 于紅外互相關(guān)技術(shù)，利用紅外線探測氣團(tuán)的特征紅外信號，從而實(shí)現(xiàn)對煙道排放氣體的流 速和流量進(jìn)行測量。

【背景技術(shù)】
[0002] 在冶金企業(yè)、化工企業(yè)及其它工業(yè)企業(yè)中，對煙道煙塵煙氣的檢測一直是環(huán)境污 染源監(jiān)測的重中之重。煙道排放物是大量高溫、有毒、有害氣體和煙塵的混合物，成分很復(fù) 雜，氣體中包括S02、CO、CO2、碳?xì)浠衔镆约暗趸衔锏?，煙塵包括燃料的灰分、煤粒、油 滴以及高溫裂解產(chǎn)物等。
[0003] 為了掌握煙氣的流動特性，對其流速的測量十分重要，但是，煙道中是高溫環(huán)境， 且煙氣有毒有腐蝕性，因而煙道中煙氣的流速測量難度大且準(zhǔn)確性低?，F(xiàn)有技術(shù)中常用的 測量方式一般有兩種：
[0004] (1)、皮托管氣體流量計(jì)，該流量計(jì)利用壓力差來測量流速，其測量方法是：將皮托 管放在煙道中心位置，保證管口與氣流方向垂直，通過測量動壓和靜壓的差值，由伯努利方 程的氣體化簡公式V= (2Ap/p)°_5來計(jì)算流速，其中，V、AP、P分別為流速、壓力差和氣 體密度。該測量方法的缺點(diǎn)較多，其中較明顯的缺點(diǎn)是皮托管細(xì)小、易造成堵塞，皮托管使 用壽命短且維護(hù)成本高；而且當(dāng)流速比較小時，由于產(chǎn)生的壓力很小，測量時誤差會較大， 不能測量低速煙氣。
[0005] (2)、超聲波流速儀，該流速儀利用超聲波傳感器來測量流速，其測量方法和原理 是：超聲波在流動的氣體中傳播時會載上氣體流速的信息，因此通過接收到的超聲波就可 以檢測出煙氣的流速，從而換算成流量。該測量方法的不足之處在于：抗干擾能力差，易受 到其他聲源混入的超聲音干擾、影響精度；測量管道結(jié)垢會嚴(yán)重影響測量精度；超聲波傳 感器價(jià)格昂貴，導(dǎo)致儀器成本高，用于腐蝕性強(qiáng)的煙道中極易損壞，維護(hù)成本相當(dāng)高。
[0006] 綜上，現(xiàn)有技術(shù)中兩種常用的測量儀器價(jià)格昂貴，應(yīng)用于煙道流速測量的話，極易 被腐蝕性氣體及粉塵損壞，測量精度也無法滿足要求，鑒于此，迫切需要一種耐腐蝕、耐高 溫、靈敏度高、響應(yīng)快、易于安裝維護(hù)的流速儀，滿足煙道的在線流速測量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種紅外線煙道在線流速儀，能 夠耐腐蝕耐高溫，具有靈敏度高、響應(yīng)快、易于安裝維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)；同時，本發(fā)明還公開了該流 速儀的測量方法，能夠快速、準(zhǔn)確地獲得流速信息。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
[0009] -種紅外線煙道在線流速儀，包括：兩個紅外接收器、一個供電單元、一個信號處 理單元及一個數(shù)據(jù)顯示單元，所述兩個紅外接收器沿?zé)煔饬飨蜷g隔分布于煙道內(nèi)并通過屏 蔽線與信號處理單元和數(shù)據(jù)顯示單元連接，所述信號處理單元接受來自紅外接收器的信號 并實(shí)時傳輸測量結(jié)果至數(shù)據(jù)顯示單元。
[0010] 具體地，前述紅外接收器包括：一端開口的罩體、設(shè)置于罩體開口端的法蘭盤、安 裝于罩體內(nèi)部的電路板和紅外探測器，所述法蘭盤與紅外探測器對應(yīng)的位置形成有通孔， 通孔內(nèi)安裝有鍺窗口；所述罩體遠(yuǎn)離開口端的另一端安裝有防水接頭，所述屏蔽線自防水 接頭穿過。
[0011] 具體地，前述信號處理單元由差分放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片及一單片機(jī)組成，紅外 探測器將檢測到的信號經(jīng)電路板進(jìn)行四級放大濾波后傳入信號處理單元，信號先經(jīng)差分放 大電路去除共模噪聲，然后再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，最后傳入單片 機(jī)。
[0012] 具體地，前述數(shù)據(jù)顯示單元由與單片機(jī)相連的微型計(jì)算機(jī)、IXD顯示屏及操作面板 組成；微型計(jì)算機(jī)的輸出端口與LCD顯示屏相連，輸入端口與操作面板相連，所述操作面板 設(shè)置有兩個LED燈和若干按鍵。
[0013] 優(yōu)選地，前述鍺窗口不鍍膜，厚度為2mm，透射的光譜范圍為2-16 iim。
[0014] 優(yōu)選地，前述紅外探測器為帶有氟化鈣窗口的熱釋電型紅外探測器。
[0015] 優(yōu)選地，前述罩體和法蘭盤均由防護(hù)等級為IP68的鋁合金材料制成。
[0016] 進(jìn)一步地，前述罩體、鍺窗口與法蘭盤的連接處均設(shè)有0型密封圈。
[0017] 更進(jìn)一步地，前述信號處理單元和數(shù)據(jù)顯示單元置于一個保護(hù)盒內(nèi)，所述保護(hù)盒 由防護(hù)等級為IP68的鋁合金材料制成。
[0018] 此外，本發(fā)明還公開了紅外線煙道在線流速儀的流速測量方法，包括以下流程：
[0019] (1)、將兩個紅外接收器相聚一定距離固定在煙道內(nèi)，通過屏蔽線與供電單元、信 號處理單元及數(shù)據(jù)顯示單元相連；
[0020] (2)、將兩個紅外探測器得到的氣團(tuán)波形信號分別定義為A(t)、B(t)，利用下列函

【權(quán)利要求】
1. 一種紅外線煙道在線流速儀，其特征在于，包括：兩個紅外接收器、一個供電單元、 一個信號處理單元及一個數(shù)據(jù)顯示單元，所述兩個紅外接收器沿?zé)煔饬飨蜷g隔分布于煙道 內(nèi)并通過屏蔽線與信號處理單元和數(shù)據(jù)顯示單元連接，所述信號處理單元接受來自紅外接 收器的信號并實(shí)時傳輸測量結(jié)果至數(shù)據(jù)顯示單元。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅外線煙道在線流速儀，其特征在于，所述紅外接收器 包括：一端開口的罩體、設(shè)置于罩體開口端的法蘭盤、安裝于罩體內(nèi)部的電路板和紅外探測 器，所述法蘭盤與紅外探測器對應(yīng)的位置形成有通孔，通孔內(nèi)安裝有鍺窗口；所述罩體遠(yuǎn)離 開口端的另一端安裝有防水接頭，所述屏蔽線自防水接頭穿過。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種紅外線煙道在線流速儀，其特征在于，所述信號處理單 元由差分放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片及一單片機(jī)組成，紅外探測器將檢測到的信號經(jīng)電路板 進(jìn)行四級放大濾波后傳入信號處理單元，信號先經(jīng)差分放大電路去除共模噪聲，然后再經(jīng) 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，最后傳入單片機(jī)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種紅外線煙道在線流速儀，其特征在于，所述數(shù)據(jù)顯示單 元由與單片機(jī)相連的微型計(jì)算機(jī)、LCD顯示屏及操作面板組成；微型計(jì)算機(jī)的輸出端口與 IXD顯示屏相連，輸入端口與操作面板相連，所述操作面板設(shè)置有兩個LED燈和若干按鍵。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種紅外線煙道在線流速儀，其特征在于，所述鍺窗口不鍍 膜，厚度為2mm，透射的光譜范圍為2-16iim。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種紅外線煙道在線流速儀，其特征在于，所述紅外探測器 為帶有氟化鈣窗口的熱釋電型紅外探測器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅外線煙道在線流速儀，其特征在于，所述罩體和法蘭 盤均由防護(hù)等級為IP68的鋁合金材料制成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種紅外線煙道在線流速儀，其特征在于，所述罩體、鍺窗口 與法蘭盤的連接處均設(shè)有0型密封圈。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的一種紅外線煙道在線流速儀，其特征在于，所述信 號處理單元和數(shù)據(jù)顯示單元置于一個保護(hù)盒內(nèi)，所述保護(hù)盒由防護(hù)等級為IP68的鋁合金 材料制成。
10. 基于權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的紅外線煙道在線流速儀的測量方法，其特征在于， 包括以下流程： (1) 、將兩個紅外接收器相聚一定距離固定在煙道內(nèi)，通過屏蔽線與供電單元、信號處 理單元及數(shù)據(jù)顯示單元相連； (2) 、將兩個紅外探測器得到的氣團(tuán)波形信號分別定義為A(t)、B(t)，利用下列函數(shù)：
信號處理單元計(jì)算氣團(tuán)經(jīng)過兩個紅外探測器所用時 ， 間間隔； 其中，t是時間變量，t是A(t)的延遲時間變量，T是一個時間常數(shù)即一次完整測量所 用時間，R(T)是自變量為T的函數(shù)，當(dāng)T=T^時，R(TJ有極大值，其中T^為所求時 間間隔，利用上面的函數(shù)R(T)計(jì)算出它的極大值，極大值所在點(diǎn)％值即等于最大的延遲 時間，也就是氣團(tuán)經(jīng)過兩個探測器所用時間間隔； (3)、由速率的定義u=距離/時間間隔，信號處理單元得到氣體的流速大??；再用煙 道的截面積乘以流速得出煙氣的流量；流速和流量顯示于數(shù)據(jù)顯示單元的LCD顯示屏上。
【文檔編號】G01D21/02GK104406631SQ201410668845
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】李偉, 姚軍, 曹晨, 趙亞亭, 閆瑩, 朱錫明, 奚易堃 申請人:蘇州奧德克光電有限公司