在热一次风的输送作用下,火电厂中煤粉颗粒以一定的浓度、速度经输粉管道流入炉膛内进行燃烧。在线测量这些流动参数有助于更好地控制锅炉的燃烧过程,进而确保锅炉的安全运行、提高煤粉的燃烧效率、降低氮氧化物的排放。然而煤粉颗粒的输送过程明显属于气固两相流,其流动的随机性与复杂性为煤粉浓度、速度的检测带来了很大的困难。静电传感器因灵敏度高、结构设计简单、适用于恶劣的工况环境、易于安装在大口径管道上等优点,在煤粉浓度、速度检测方面拥有十分广阔的应用前景。然而其依然存在一些尚未解决的难点,诸如不均匀的灵敏度分布、加权滤波的空间效应等。本文通过对内置型静电传感器的传感性能进行了相关研究,进而选取适当的设计参数对静电传感器进行结构设计,具体研究内容如下:(1)利用有限元分析软件Comsol创建了两种内置型静电传感器(圆环式与阵列式)的三维有限元模型,通过对其静电场进行仿真,进而求解出静电传感器的灵敏度,并定量分析了两种传感器的关键结构参数、材料特性对其灵敏度及其分布的影响,旨在从灵敏场角度优化静电传感器的工作性能。(2)通过研究静电传感器对“静电流噪声”加权滤波的传感机理,推导出了静电传感器的频域特性,并定量分析了两种传感器的关键结构参数、材料特性对其频率响应能力、频带宽度的影响,旨在从频域特性角度优化静电传感器的工作性能。(3)综合上述的分析,针对火电厂某一实际工况下的煤粉输送管道,选取由理论分析得到的设计参数对静电传感器进行结构设计。主要包括静电传感环结构设计、电荷信号输出装置设计、传感器安装结构设计等,最后选用Solidworks对其进行三维建模、虚拟装配。经相关检测,所设计的静电传感器在虚拟装配、安装过程中均没有出现干涉状况,测试性能良好。