一種螺旋定量加料機(jī)分料裝置粉體填充率檢測裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于粉體定量加料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種螺旋定量加料機(jī)分料裝置粉體 填充率檢測裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 螺旋輸送對粉體以及顆粒物料的輸送有較好的可控制性和穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于工 業(yè)礦物、農(nóng)用物料、化工、食品加工原料成品等運(yùn)輸、配料和包裝生產(chǎn)過程中。要實(shí)現(xiàn)螺旋輸 送的定量加料，粉體的填充率是特別重要的決定因素，但螺旋輸送管道內(nèi)粉體的運(yùn)動(dòng)情況 十分復(fù)雜，導(dǎo)致填充率波動(dòng)大、不確定。所以及時(shí)掌握粉體的填充率是螺旋定量加料測控系 統(tǒng)的重要功能之一。
[0003] 目前國內(nèi)外對輸送管內(nèi)粉體的填充率檢測方法主要有電容法、電容層析成像法和 換熱法。如:2013年崔自強(qiáng)等人在申請專利具有雙層旋轉(zhuǎn)電極的電容層析成像傳感器（（授 權(quán)公告號：CN103454318B)中將檢測電極附于旋轉(zhuǎn)管壁上，可從任意角度測量電容值，存在 測量次數(shù)多，數(shù)據(jù)計(jì)算處理量大，處理復(fù)雜實(shí)時(shí)性差等缺點(diǎn)；2014年程俊利用換熱原理檢測 密閉循環(huán)系統(tǒng)中流體流量（申請公布號:CN103868558A)，存在受環(huán)境溫度影響大，器件使用 壽命短等缺點(diǎn)。針對螺旋加料機(jī)輸送管內(nèi)的粉體參數(shù)檢測，發(fā)明人2013年在專利一種螺旋 輸送管內(nèi)粉體流型檢測裝置及壓縮感知流型辨識(shí)方法（申請公布號:CN103645029A)中，提 出了一種螺旋狀的電極檢測傳感器，用于螺旋加料中間輸送段物料流型的檢測，改善了檢 測傳感器靈敏場的均勻程度。隨后，發(fā)明人2014年在專利螺旋輸送管內(nèi)出料段粉體濃度分 布檢測裝置與檢測方法（申請公布號:CN104316441A)中，提出了一種在管道內(nèi)布置電容層 析成像電極的檢測裝置，利用圖像重建獲得了輸送管內(nèi)粉體濃度，但是由于受到料管內(nèi)分 料裝置存在以及分料裝置各個(gè)空隙物料不均勻的影響，依據(jù)一般針對空心管體的電容層析 成像檢測方法得到的圖像，在物料與裝置、物料與空隙之間界限模糊，成像質(zhì)量差，同時(shí)由 于兩電極之間距離太近，沒有隔離裝置，導(dǎo)致其他電極產(chǎn)生的雜散電容較大，各電極信號處 理電路之間寄生電容較大，對電容測量影響大，反映物料的填充率或者濃度誤差大。
[0004] 對螺旋定量加料機(jī)分料裝置研究發(fā)現(xiàn)，分料裝置能夠使粉體物料在出料段穩(wěn)定平 移輸送，可大大改善粉體物料的無序雜亂運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。由于分料裝置位于出料段，物料經(jīng)過分 料裝置即出料，及時(shí)獲取分料裝置段的物料填充率，依據(jù)填充率調(diào)節(jié)螺旋加料角度對實(shí)現(xiàn) 定量加料非常關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決螺旋定量加料機(jī)分料裝置內(nèi)填充率檢測難題，克服一般的針對空心管體的 電容層析成像檢測方法得到的圖像質(zhì)量差、測量精度不高，以及測量數(shù)據(jù)計(jì)算處理復(fù)雜、實(shí) 時(shí)性差的不足，本發(fā)明提供一種測量簡單、計(jì)算量小、實(shí)時(shí)性好、精度較高的螺旋定量加料 機(jī)分料裝置粉體填充率檢測裝置及方法。
[0006] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。
[0007] 一種螺旋定量加料機(jī)分料裝置粉體填充率檢測裝置，包括分料裝置、電容陣列傳 感器、數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)和上位機(jī)；
[0008] 所述分料裝置包括η個(gè)薄板，所述η個(gè)薄板在所述絕緣螺旋輸送管道周向均勻的固 定在所述絕緣螺旋輸送管道內(nèi)壁上，
[0009] 所述電容陣列傳感器包括檢測電極陣列、徑向電極陣列、屏蔽罩，所述檢測電極陣 列包括2η個(gè)檢測電極，每兩個(gè)檢測電極為一對，粘貼于螺旋定量加料機(jī)分料裝置η等分之一 處的圓柱絕緣管道外壁，且通過屏蔽線與數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)連接;所述徑向電極陣列包 括2η個(gè)徑向電極，每個(gè)徑向電極豎直插入圓柱絕緣螺旋輸送管道深4mm處、并位于相鄰兩個(gè) 檢測電極之間，所述屏蔽罩固定在圓柱絕緣螺旋輸送管道外，所述徑向電極與屏蔽罩相連；
[0010] 所述數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)包括電源模塊、極板通道選擇模塊、電容/電壓(C/V)轉(zhuǎn)換 模塊、單片機(jī)控制單元，
[0011]所述電源模塊用于給C/V轉(zhuǎn)換模塊、極板通道選擇模塊、單片機(jī)控制單元提供電 源；
[0012] 所述極板通道選擇模塊與所述測量檢測電極陣列中的每一個(gè)檢測電極連接，用于 控制所述檢測電極陣列中每一個(gè)檢測電極的狀態(tài)，通過極板通道選擇模塊使得檢測電極陣 列中的一對極板分別為激勵(lì)極板和檢測極板，其他n-1對檢測電極處于接地狀態(tài)，通過電容 測量反映分料裝置處相應(yīng)的被葉片隔離的區(qū)域的物料的信息，將電容信號傳輸?shù)紺/V轉(zhuǎn)換 豐旲塊上；
[0013] 所述C/V轉(zhuǎn)換模塊，用于將激勵(lì)極板和檢測極板間的電容值轉(zhuǎn)化為模擬電壓值；
[0014] 所述單片機(jī)控制單元，通過異步串口與上位機(jī)相連，用于控制極板通道選擇模塊， 并將模擬電壓值轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號，并傳輸至上位機(jī)；
[0015]所述的上位機(jī)，配置有RS232標(biāo)準(zhǔn)串行接口 COM，通過串行接口接收單片機(jī)控制單 元發(fā)送的一系列數(shù)字電壓信號，并根據(jù)電壓和填充率的關(guān)系，算得由分料裝置葉片隔離的 各個(gè)小區(qū)間的填充率，進(jìn)一步得到螺旋定量加料機(jī)分料裝置粉體填充率。
[0016] 進(jìn)一步地，所述檢測電極為長方形檢測電極，所述長方形檢測電極張角是25°，相 鄰長方形檢測電極間的間隔角是5°，每一個(gè)檢測電極的軸向長度為分料裝置葉片的軸向長 度。
[0017] 進(jìn)一步地，所述徑向電極為長方形徑向電極，所述徑向電極的軸向長度為分料裝 置葉片的軸向長度，寬度為檢測電極寬度的0.8倍。
[0018] 進(jìn)一步地，所述檢測電極、徑向電極均采用2mm厚的銅箱制成，表面鍍敷絕緣層。
[0019] 進(jìn)一步地，所述屏蔽罩軸向長度1勵(lì)i=0.6d纟納+1導(dǎo)，其中，d纟納為圓柱絕緣螺旋輸送 管道內(nèi)徑，1導(dǎo)為一個(gè)導(dǎo)程長度，所述屏蔽罩與圓柱絕緣螺旋輸送管外的距離為1距=1徑寬_ 4mm，其中，1撤為徑向電極陣列中長方形電極的寬度，屏蔽罩采用2mm厚的銅箱制成。
[0020] 進(jìn)一步地，連接電極的線均采用屏蔽線。
[0021 ]進(jìn)一步地，所述N個(gè)薄板通過焊接固定在所述絕緣螺旋輸送管道內(nèi)壁上。
[0022] (1)單片機(jī)控制單元控制極板通道選擇模塊給檢測電極陣列中的第1對檢測電極 中的一個(gè)施加激勵(lì)電壓，其余n-Ι對檢測電極接地，第1對檢測電極中兩個(gè)電極分別作為激 勵(lì)極板和檢測極板，測得第1對檢測電極之間的電容&，并將電容信號傳輸?shù)紺/V轉(zhuǎn)換模塊； C/V轉(zhuǎn)換模塊將檢測電極陣列傳感器測得的電容&轉(zhuǎn)化為電壓值U1;單片機(jī)控制單元電壓值 傳輸給單片機(jī)控制單元，由單片機(jī)控制單元進(jìn)行存儲(chǔ)處理；
[0023] (2)單片機(jī)控制單元控制極板通道選擇模塊給檢測電極陣列第2對檢測電極中的 一個(gè)檢測電極施加激勵(lì)電壓，其余n-1對檢測電極接地，測得第2對檢測電極之間的電容C 2， 并將電容信號傳輸?shù)紺/V轉(zhuǎn)換模塊;C/V轉(zhuǎn)換模塊將檢測電極陣列傳感器測得的電容&轉(zhuǎn)化 為電壓值U 2;電壓值傳輸給單片機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)處理；
[0024] (3)單片機(jī)控制單元控制極板通道選擇模塊給檢測電極陣列下一對檢測電極中的 一個(gè)檢測電極施加激勵(lì)電壓，其余n-1對檢測電極接地，測得所述下一對對檢測電極之間的 電容Q，并將電容信號傳輸?shù)紺/V轉(zhuǎn)換模塊;C/V轉(zhuǎn)換模塊將檢測電極陣列傳感器測得的電 容(^轉(zhuǎn)化為電壓值U 1;電壓值傳輸給單片機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)處理;直到完成第η對檢測電 極間的電容測定、C/V轉(zhuǎn)換及存儲(chǔ)；
[0025] (4)所述單片機(jī)控制單元將Ν個(gè)電壓值山，U2，…，Ui，…，Un經(jīng)過歸一化處理后，得到 電壓測量值向量[U'l U'2…U'i…U'n]，傳輸至上位機(jī)；
[0026] (5)上位機(jī)依據(jù)得到的歸一化電壓測量值，以及其與填充率的關(guān)系t = KU'，分別計(jì) 算得到各分料裝置葉片隔離的小區(qū)間的填充率[U t2…U…U]，依據(jù)
計(jì)算得到總的填充率t總，其中，t為填充率，K為填充率與 歸一化的電壓值關(guān)系系數(shù)，其與裝置結(jié)構(gòu)尺寸、物料特性等有關(guān)，通過標(biāo)定試驗(yàn)確定，U'為 歸一化的電壓值，Vi，V2，…，Vi，…，V6分別為η個(gè)小區(qū)間的容積。
[0027] 本發(fā)明所述的螺旋定量加料機(jī)分料裝置粉體填充率檢測裝置及方法具有如下優(yōu) 占.
[0028] (1)由于分料裝置的分料結(jié)