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在化工、食品加工、工业矿物、农用物料等工农业生产过程中大量存在着粉体的流动,目前人们对粉体流动机理的认识还相当欠缺,大多数通过经验和假设对粉体流动过程进行设计和控制。粉体浓度、分相流量、流型是粉体流动检测中常用的参数。其中,粉体浓度的获取对工业系统的工艺设计、运行状况监控、生产过程的计量有重要意义。尤其在粉体的螺旋加料过程中,粉体浓度对于定量加料是个非常重要的影响因素。准确检测粉体浓度能有效提高定量生产效率,节约能源,有利于对加料情况的监控。 本文针对螺旋加料管体内粉体浓度的检测要求,研究基于电容法的粉体浓度检测方法,开展螺旋加料管体内粉体浓度检测应用试验研究,以实现低成本、结构简单、安装方便的螺旋加料管体内粉体浓度检测。具体工作如下: 首先,综合分析现有的粉体浓度检测方法,深入分析电容法测量粉体浓度的原理及其特点,综合比较几种常见的电容传感器,设计螺旋表面极板电容传感器,并探讨其电容的测量方法,选用MS3110芯片设计微弱电容检测电路。 其次,为了提高检测场的灵敏度,减轻测量电路的设计难度,应用有限元分析软件COMSOL Multiphysics3.5a对螺旋表面极板电容传感器进行二维有限元仿真,结合单因素法以及正交试验,分析检测电极张角、被测管壁相对介电常数、屏蔽罩半径等因素对传感器输出性能的影响,得到传感器结构参数的较优解,完善电容传感器设计理论。 然后,依据优化结果研制电容传感器,以SPCE061A单片机为控制核心,构建螺旋加料管体内粉体浓度检测系统,硬件部分主要由电源转换电路、电容传感器、电容转换模块、控制单元、显示模块组成,在单片机的μnSP IDE2.0开发环境中开发其系统软件,并进行软硬件联合调试,校准电容传感器检测电路的初始输出。 最后,以直径分别为3mm和5mm的玻璃散珠为填充物料,开展粉体浓度检测性能试验研究,对传感器进行标定,结合标定结果对测量值进行线性补偿。试验得到:在直径为3mm的玻璃散珠填充试验中,传感器线性度为±1.89%,粉体浓度测量相对误差为4.2%,检测标准差为1.12%;在直径为5mm玻璃散珠填充试验中,传感器线性度为±1.3%,粉体浓度测量相对误差为3.6%,检测标准差为0.93%。