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冲板式固体流量计


文章日期:2017-10-08|阅读数:


    介绍一种固体流量计的设计方法。冲板式固体流t计的检侧对象是粉末或者硕控状的固体.在分析完它的具体功能后.给出其硬件结构和软件编制方案,***后给出结论.

1、概述:
1.1、问题的提出:现代化的工业,对智能仪表的需求越来越多,对其功能的要求也越来越广泛.具体的对于水泥厂或者化肥厂等生产粉末或者颗粒状固体产品的单位,怎样才能使其产品既能准确地称重,又能迅速地包装好,是一个非常现实的问题。采用8031单片机,通过对流量信号进行检测,使用高精度的A/D转换器,再通过一系列经验公式的运算,即可实现流量及其重量的测定。

冲板式固体流量计
厂家价格:
价格 ¥ 400.00~45000.00元
起批量 ≥1 

规格尺寸:
加工定制:是 品牌:华云 型号:HK-LCB
类型:冲量式流量计 测量范围:0-500(m3/h) 精度等级:1.0
适用介质:粉体、颗粒 工作温度:-50-300(℃) 规格:0-25t;0-200t;0-500t
              参数      项目 LCB-151型 LCB-461型
 
 
LCB-461F型
                 
测量范围 0-25t/h
(30-40t/h)
0-100t/h
(200-300t/h)
0-500t/h
(800t/h)
0.5-1.0%·FS 0.5-1.0%·FS 0.5%-1.0%·FS
供电电源 24V·DC 24V·DC 24V·DC
输出信号 0-10mA·DC
4-20mA·DC
0-10mA·DC
4-20mA·DC
0-10mA·DC
4-20mA·DC
负载能力 0-500Ω 0-500Ω 0-500Ω
介质温度 <600℃ <600℃ <600℃
环境温度 -45℃~+80℃ -45℃~+80℃ -45℃~+80℃
相对湿度 ≤85% ≤85% ≤85%
大气压力 86~106kPa 86~106kPa 86~106kPa
防护等级 IP65 IP65 IP65
流量计重量 77kg 93kg 150-300kg
外形尺寸 见图1 见图2 见图3
 
1. 2、流量计的形成方法及功能:
  冲板式固体流量计从结构上可分为一次仪表和二次仪表。对于一次仪表,它的主要功能是形成可以满足送给二次仪表进行检测的流量信号,其重要部分就是波纹板。它由几组高质量的波纹状的合金板材叠放而成为高精度的振荡装置,该装置与物料漏斗板联结在一起,通过物料的向下流动冲击不停地震动。波纹板的振动通过差动变压器后再进行VFC变换,产生一定的振荡频率。该频率通过放大整形,即成为送给二次仪表的流量信号。二次仪表通过一定的公式换算,把频率信号变换为流量。  二次仪表主要由单片机系统组成为一种智能化的仪表。它接收外部的频率信号后,通过仪表面板上设置的众多参数,计算出流量和重量,再根据包装所需要的重量单位,给出2组开关量的输出,以便及时打包。同时也通过12位的D/A转换,给出4---20mA, 0~10mA的标准模拟输出信号,以便联接其他仪表。
   在装置面板上,设有显示器、键盘和拨档开关。键盘由5个组成,主要是用来设置参数,显示器主要显示瞬时流量,重量及包装数量等。拨档开关由5层10位组成,每层每位用来设置众多的参数和各种显示等。
其定义如下:
   第0层        第0位:显示瞬时流量
       第1位:显示总重量
       第2位:显示继电器J1动作次数(打包数)
       第3位:显示继电器J2动作次数
       第4位:输出J2模数(即J1动作该次数后J2动作一次)
       第5位:输入使J1动作一次的重量值
       第6位:指示瞬时流量的校正因素
       第7位:指示阻尼系数,
       第8位:指示瞬时流量
       第9位:指示错误代码;如无频率信号,则指示E401等
第1层    第0位:显示瞬时流量(下同)
   第1位:显示总重量(下同)
   第2位:输入脉冲价,其单位为kg/脉冲
   第3位:输入检验重量,它使波纹板产生2~偏移
   第4位:输入差动变压器常数(mm/v )
   第5位:输入电子部件常数(v/Hz)
   第6位:输入波纹板弹性线性化常数,0一无,1一强,2一弱
   第7位:无,显示全0
   第8位:显示瞬时流量(下同)    第9位:显示错误代码(下同)
第2层    第2位:输入设备常数;0一以W计算,1一以给定h,a,,运算计算
   第3位:输入W
   第4位:输入校正因数Ii,
   第5位:输入物料落差高度h(m)
   第6位:输入冲料板角度a(0)
   第7位:输入物料冲击角度r(0)
第3层
   第4位:输入称的比较值(kg)
   第5位:指示校正因数
   第6位:输入标定模数:0-称重点指示,1一根据表格输入,2一直接输入线性化点上自动算出的比较值

        第7位:指示无重量时的频率值
  第4层        第2位:输入阻尼系数T,用于计算流量时的滤波
       第4位:模拟输出系数:0-0~10mA ,1- 9~20mA
       第5位:输入流量时间单位:0-h ,1-min , 2-s
       第6位:指示标准化线性化的频率       第了位:输入模拟频率,用于模拟运算    拨档开关的参数输入是靠键盘+、一、小数点、移位、设置等五键完成的。当要输入某一参数,先要将拨档开关旋到相应的位,再按键设置。所有的参数(包括要显示的值)都存放在某一表格内,编程时,可随时按需要取数。当显示时,拨档开关由一编码器形成其相当的位数,其层次可由同时按下+、设置键两键或者一、设置键两键完成。如显示2. 4,则表明为第2层第4位.松开这两键,则显示第2层第4位所调的参数值。


2、硬件的设计与软件的编制:
2. 1、二次仪表的硬件结构:
  冲板式固体流量计的二次仪表主要由单片机系统组成,它以8031单片机为核心,以并行接口8155,8255完成显示、继电器驱动、以及读取由74147完成拨档开关编码的结果等。由D,C1210完成D/A转换,形成标准的模拟输出信号。另外,显示由5位组成,由7个指示灯分别指示流量单位、重量单位及继电器动作等。其接口电路框图如图1.
图1接口电路框图

图1接口电路框图
软件编制方案

软件编制方案

在工业生产中,液位、压力、流量与温度统称四大热工工艺参数。固体物料种类繁多,物理特性差异很大,对其流量的测量与气体和液体相比是相对困难的,测量手段和方法较少,一直是测量领域的难题,常用方法主要有电子皮带称、电子核子称、冲板式流量计等,但普遍测量精度较低,相对而言冲板式流量计测量机理科学,理论依据充分,结构简单,传统冲板式流量计测量精度低的主要原因是传感器和测量

    在工业生产中,液位、压力、流量与温度统称四大热工工艺参数。固体物料种类繁多,物理特性差异很大,对其流量的测量与气体和液体相比是相对困难的,测量手段和方法较少,一直是测量领域的难题,常用方法主要有电子皮带称、电子核子称、冲板式流量计等,但普遍测量精度较低,相对而言冲板式流量计测量机理科学,理论依据充分,结构简单,传统冲板式流量计测量精度低的主要原因是传感器和测量电路部分不够先进。为适应工业生产中对固体物料计量大流量高精度的要求,对其进行技术改造是很有必要的。

    1 冲板流量计的测量机理

    当物料从高度为h处,以自由下落方式冲击冲击板时,有冲击力F1

    流量计信息网内容图片   (1)

    F1可以分解为一个重力Fp和一个水平分力Fm。

    流量计信息网内容图片  (2)

式中:Fm为物料落在冲击板的水平分力;m为物料的质量;g为自由落体加速度;α为落料角;β为冲击板与水平面夹角;h为垂直距离。

    从式(2)看出,流量计制造安装完成后α,β,h均为常数,Fm与流量成正比并且线性,其大小不受被测物料的(如密度、粒度、湿度)等因素变化的影响,是散状固体物料在连续动态在线测量***为理想的测量方法,测量水平分力是为了减少因常时间使用冲击板磨损重量减轻对测量精度影响。

流量计信息网内容图片

图1 冲板流量计工作原理图

    2 冲板流量计的结构及工作原理

    传统冲板流量计由机械测量机构和变送器两部分组成。机械测量机构由冲击板、浮动框架、测力弹簧和差动变压器传感器组成,冲板受到被测物料冲击击时,垂直分力Fp被装置刚性结构完全平衡掉。其水平分力Fm带动浮动框架摆一个距离,此距离的大小与测力弹簧的弹性模量有关,弹簧的弹性模量由公式计算所得,此距离通常在2mm左右。为增加过载能力,装置内装有硅油阻尼筒,为使机构稳定,还加有重锤平衡机构。

    变送器采用的是差动变压器作为传感器,被测物料冲击到冲击板上,水平分力Fm使浮动框架摆动带动差动变压器的磁芯左右移动,当磁芯偏移对称位置时,差动变压器有毫伏正弦波电压信号输出。变送器包括震荡、稳幅、放大、检波、滤波和V/F转换电路组成,***终把差动变压器的测量信号转变为抗干扰的电流脉冲信号,通过两线制线路输送给脉冲频率调制器,经过脉冲频率调制器解调,将频率信号输送给测控显示仪表,经测控显示仪表运算处理,可获得固体物料瞬时流量对应的4~20mA电流信号给调节器进行PID调节。

    3 冲板流量计技术改进的必要性

    传统冲板流量计是原联邦德国倍加福(E+H)公司20世纪80年代初发明的,受当时技术条件限制,传感器采用的是差动变压器,变送器采用的是常规仪表电路,电路转换次数太多,线性度和精度都不高。机械测量机构动作部件多,极易造成磨损,给维修和使用带来很大不便,另一个主要原因,倍加福(E+H)公司已不再生产固体物料冲板流量计了,已将该专利转让给美国拉姆齐公司,这就造成国内一些用户无处购买配件的尴尬境地。有必要对传统冲板流量计进行技术更新。

    4 流量计技术改造方案

    随着科学技术的发展,新型传感器和大规模集成电路的出现,尤其是单片机体积越来越小,计算速度越来越快,储存容量越来越大。利用芯片技术对传统的常规仪表进行升级和换代,使其具有数据处理、显示、存储及通信等功能,成为智能化仪表,传统仪表的智能化已成为必然趋势,国内在冲板流量计智能化方面的研究,远不如电子皮带称和电子核子称,不能适应工业生产对计量装置智能化、高精度和多功能的要求。

    改造后冲板流量计由传感器、测量机构、二次仪表(积算仪)三部分组成。

    4.1 传感器

    传感器采用技术成熟,精度高,成本低,应用广泛的应变式称重传感器,其主要特点,结构简单紧凑,体积小,过载能力大,测量精度高。安装形式如图2、图3所示。

流量计信息网内容图片

图2 正视图

    4.2 测量机构

    测量机构由冲击板和立轴(焊接成一体)及上下支点组成,称重传感器安装冲击板后面见图3。被测物料冲击到冲板上,冲击力可分解为一个水平分力Fm和垂直分力Fp。其中垂直力Fp,被上下支点产生的反作用力完全抵消。而水平分力Fm使冲击板以上下支点为中心,向后发生水平方向旋转。利用称重传感器把水平分力Fm转换成电信号。

流量计信息网内容图片

图3 侧视图

    4.3 二次仪表

    称重传感器可将作用于冲击板上的固体物料水平分力Fm变为线性的毫伏电压输出。经由低漂移的仪用直流放大器放大至A/D转换器所需的电压幅度,再通过高精度A/D转换将模拟电压变换成相应的数字量,由CPU进行运算处理,***后在LCD上将固体物料的瞬时流量和累积流量显示出来,输出的4~20mA信号可以控制给料机进行PID调节。

    4.3.1 二次仪表功能

    二次仪表的主要功能包括控制冲板流量计工作状态和设定参数;测皮重和去皮;计算瞬时流量和累积量;显示测量数据;自动报警;4~20mA信号输出;仪表具有自检;断电保护;与上位计算机通信等功能。

    4.3.2 二次仪表结构图

    二次仪表功能结构如图4所示。

流量计信息网内容图片

图4 二次仪表结构图

    4.3.3 二次仪表性能指标

    1)准确度等级为0.5级、1.0级;
    2)线性度≤0.003%;
    3)重复性≤0.008%;
    4)零点漂移≤0.0001%;
    5)增益漂移≤0.0005%;
    6)电源影响≤0.02%;
    7)共模影响≤0.03%;
    8)串模影响≤0.03%;
    9)机械振动影响≤0.003%;
    10)环境温度0~40℃;
    11)相对湿度≤85%.

    5 结束语

    冲板流量计是一种比较理想的固体物料动态在线测量仪表,就其技术而言是成熟的,实际应用也是可行的。在目前固体物料动态测量方法不多的情况下,为了进一步提高现有的冲板固体流量计性能、精度和智能化,对其进行技术改造是很有必要的,是改善当前固体物料流量测量困难和精度不高现状的有效途径。

冲量式固体流量计是一种基于动量原理来测量自由下落的粉粒状介质的流量计.它把被测介质冲量引起的力和物料在检测板上向下滑动时所产生的力转换成与瞬时重量成正比的标准直流电信号(0~10mA或4-20mA)。
  冲量式固体流量计(以下简称流量机)采用专用器件在24V·DC电源的支持下,可直接输出标准直流电流信号,与智能流量指示积算仪配套,对被测介质流量进行指示,积算并可与其它仪表配套进行记录和定量控制等操作,流量计特别适用于计算机控制的场合,结构简单可靠性强。
冲量式固体流量计能在密封条件下对粉粒状介质的流量进行连续测量,可在石油化工、水泥、电力、采矿、粮食、治炼、轻工等领域得到广泛应用。
冲量式固体流量计测量的介质温度在>150℃及-20℃以下的物料进行测量可以定制。
  

3、结论:
    通过冲板式固体流量计的设计,图:挂序框图我们知道,并行接口芯片8155,8255等较之8031CPU,其复位时间比较长,当8 031开始运行程序时,如果马上对其进行初始化,8155,8255等根本没有来得及接受这些初始化数据,因而它们根本无法工作。只有在初始化前程序延时一段时间,待8155,8255复位完毕后再行初始化,才能起到真正作用。此外,该仪表的设计完成,填补了国内对颖粒或粉末状物质进行计量的仪表的空白。而且,它必将推动更加先进,更加智能的同类产品的迅速问世。


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