数字化磁性物质含量计商洛

数字化磁性物质含量计

数字化磁性物质含量计 2011： 磁性物质含量计是重介质洗煤厂必备的在线检测介质变化的测量仪器，用于监测磁性物质的含量，由此可推算出介质中非磁性物质的含量，从而在悬浮液密度一定的情况下调整其黏度，以提高产品质量和分选效率。

1设计原理　　根据电磁场理论，线圈的电感量可由下式计算：L＝μ0μrn2S／l，其中，μ0为真空磁导率，μr为线圈管内介质相对磁导率，n为线圈匝数，S是线圈横截面积，l为线圈长度。当线圈的匝数、横截面积、长度确定后，线圈的电感量与其中介质的磁导率成正比。重介质选煤时的悬浮液由磁铁矿粉与水配制而成，并拌有洗选过程中的煤泥，其中水和煤泥是非磁性物质，其磁导率接近真空磁导率，亦即μr≈1；而磁铁矿粉是磁性物质，其磁导率比真空磁导率高两个数量级以上，即。因此，当重介质悬 浮液流经一个感应线圈时，其磁导率μr将随且仅随磁性物质的含量而变化，故线圈的电 感量也将与铁磁物质的含量成正比。同时，电感的伏安特性为线圈的自感电动势ε＝－L(di／dt)，若采用三角波电流源，那么(di／dt)为同周期的方波，则在半个周期内，(di／dt)为常数，则ε与L成正比。若设任意时刻线圈上的自感电动势为ε，悬浮液中铁磁物质的含量为h，则它们之间的关系如图1所示。 　　其中，ε0、h0为线圈空心时产生的自感电动势及悬浮液中铁磁物质的含量，此状态为含量计铁磁物质含量的零状态，即h0＝1，相应的ε0为非零值，称零度值；εm、hm为线圈中充满铁磁物质时产生的自感电动势及悬浮液中铁磁物质的含量，此状态为含量计铁磁物质含量的满量程状态，相应的εm称为满度值。任意时刻均有h0＜h＜hm，而相应的ε0＜ε＜εm。　　由图1可知：　　　　为了计算方便，可使hm=1 000 kg／m3，即当线圈中充满铁磁物质时，通过线圈绕制控制每排的匝数，使其所包围的体积中含铁磁物质为1 000 kg／m3，则磁性物质含量计可以直接显示出悬浮液中铁磁物质的含量，量程为0～1 000 kg／m3 2硬件组成2.1变送器　　变送器由导管及电感线圈构成。　　导管采用非磁性的耐磨材料不锈钢制成，直径可依据现场要求而做变更。　　线圈的匝数与直径依电感量要求而定，用平排密绕方式绕制其上，绕制宽度由导管直径及其量程来确定。线圈外部用非磁性材料封装定位。　　变送器两端与外部被测管道用法兰盘连接固定。2.2显示器　　显示器采用LCM045型4位8段带小数点通用仪器仪表液晶显示模块，可与单片机接口，内置显示RAM，使用编程简单，低功耗，显示清晰，稳定可靠。2.3转换器　　转换器的核心是一块主板，完成三角波电流源的产生及数据处理功能。如图2所示。2.3.1电源　　现场有±24 V电源，需生成＋5 V与±12 V电源，采用电源变换器完成。2.3.2数据处理及存储　　采用89C52单片机，其256字节的数据存储区为数据的运算处理提供了充足的空间，8K字的FL ASH内存也较适合程序的长度。为提高运算速度，采用24 M晶体。　　数据处理后，为防止掉电丢失，防备工作现场的意外情况，采用了I2C接口的EEPROM24C04。24C04是带有I2C接口的存储器，掉电数据不丢失。用单片机的两个通用I／O引脚模拟I2C接口。2.3.3电流源产生　　由三角波发生器及电流源电路组成。首先采用D／A转换芯片产生方波，经积分器生成三角波输出，在设计中，D／A转换器采用的是12位双通道的AD7537。当D／A转换器输出固定数值时，若延时足够时间，使电容完成充电过程，即能输出直流电。2.3.4数据输入　　电路中设置了3个采样点，为简化电路，只用了一片A／D转换器，故增加了一片电子开关芯片。A／D转换器采用的是AD574，12位单通道，转换速率为25μs，电子开关采用的是CD405 1，8路，输入范围为12～＋12 V。2.3.5零度、满度控制　　选煤时，混合液流经的管道中，磁感应强度μ介于管子中空芯与充满铁磁粉之间，空芯时电感上的纯交流电压为下限，即零度值；充满铁磁粉时电感上的纯交流电压为上限，即满度值。用单片机的通用I／Ｏ引脚外接2个按键，即可控制数值的读入，并送入24C04中存储。 3软件设计3.1检测信号的生成　　检测信号由AD7537在单片机的控制下生成，为此，采用了T0中断，定时给D／A转换器交替送 入最小值(0000H)、最大值(0FFFH)，结合硬件电路即能生成±2.5 V的方波。3.2自动计算及显示　　系统应自动检测电压变化并及时显示。故采用T1做16位定时器，分别送出0.2 s、0.6 s及1 h的标志，主程序依据这些标志分别执行计算自感电动势、送显示及计算直流电压的操作。3.3零度值及满度值的校准　　零度值及满度值的校准是在现场由调试人员进行的。主程序中不断检测是 否有按键操作，按键被按下时，区分被按下的是零度键还是满度键，计算此时线圈两端的纯交流电压，存入单片机相应的存储单元，并计算满度值与零度值的差，将零度值与差值存入24C04中，以防在生产中掉电丢失。3.4自感电动势ε的计算　　为了提高自感电动势的计算精度，需考虑电感中的电阻效应，线圈的交、直流等效电路如图3所示。其中A，B，C为采样点，即单片机能取得A，B，C 3点的电位，由此计算出UAB与UBC的值。 　　其中r为电感中的电阻效应，R为电路板上采样电阻。若U′ r，UAB分别是电感电阻的交、直流等效电压，U′BC，UBC分别为采样 电阻上的交、直流电压，则有即交流时电 感电阻的等效电压而交流时A，B两点电 压U′AB是自感电动势ε与U′r的矢量和，即程序中完成相应计算。3.5数值读入　　驱动AD574完成A，B，C3点电压的读取。交流时，在连续5个周 期的同一时刻读 取数值；直流时，要充分延时以使积分器完成瞬变过程，每隔5 ms取一个数，共取5次。每 次取得的5个数值中，去掉最大值和最小值，余下的3数取平均值，存储待用。3.6直流电压的计算　　为克服线圈中直流电阻的温漂，每隔一段时间检测直流电压，以使自感电动势更准确，同 时应将计算后的直流电压保存至24C04中，以免掉电丢失。3.7完成显示　　将依据公式计算出的铁磁 物质含量转换成十进制数显示，显示数值范围是0.0～1000。

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