铁磁粉含量检测仪的设计

资源类型:pdf 资源大小:292.00KB 文档分类:工业技术 上传者:朱冉冉

文档信息

【作者】 安颖  周志坚  张丽慧 

【关键词】重介质 ADC DAC 多通道 数据采集 

【出版日期】2005-04-25

【摘要】铁磁粉含量检测仪是重介质选煤工艺过程中测量铁磁粉含量的重要装置。以ADμC812转换器为核心的结构设计, 实现了模拟仪器的数字化, 可以快速、实时地检测重介质中铁磁粉的含量, 精度高, 抗干扰性强。

【刊名】选煤技术

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  铁磁粉含量检测仪是重介质选煤工艺过程中极其重要的装置之一。内嵌单片机的AD转换器ADμC812可以代替传统的单片机实现多通道数据采集, 该检测仪主板体积小, 转换速度快, 测量精度高, 是重介质选煤工艺的选煤厂的最佳选择。1 铁磁粉含量检测仪的硬件组成1 1 变送器变送器是铁磁粉含量检测仪的主要组成部分,由导管及电感线圈构成,两端与外部被测管道通过法兰盘连接固定。当重介质悬浮液流经变送器时,其磁导率μ随铁磁粉含量的变化而变化,则线圈的电感量(L=μn2S/l)与铁磁粉含量成正比。又由于线圈的自感电动势ε=-L(di/dt),当采用三角波电流源时, (di/dt)为同周期的方波,则在半个周期内,(di/dt)为常数,即ε与L成正比。由此可知,若设任意时刻线圈上的自感电动势为ε,重悬浮液中铁磁粉含量为n,则有n/nm = (ε-ε0 ) /(εm -ε0 )成立,其中,ε0、n0为线圈空心时自感电动势及重悬浮液中铁磁粉的含量,此状态为检测仪铁磁粉含量的零状态,即n0 =0,相应的ε0 为非零值,称零度值;εm、nm为线圈中充满铁磁粉时的自感电动势及悬浮液中铁磁粉的含量,此状态为检测仪满量程状态,相应的εm称为满度值。任意时刻均有n0 <n<nm,而相应的ε0 <ε<εm。为了计算方便,可使nm为整数,则铁磁粉含量检测仪的量程为 0~nmkg/m3。1 2 主板主板是铁磁粉含量检测仪的核心, 其功能是完成三角波电流源的产生及数据的采样处理。电路的组成框图如图 1所示。图 1 电路组成框图1 2 1 电源现场有±24V电源, 需生成 +5V与±12V电源, 采用DC-DC电源变换器完成。1 2 2 数据的采集处理ADμC812是全集成的 12位数据采集系统, 在单个芯片内包含了高性能的自校准多通道ADC,两个 12位DAC以及可编程的 8位 (与 8051兼容)MCU。片内有 8K字节闪速 /电擦除程序存储器,64字节闪速 /电擦除数据存储器以及 256字节片内数据RAM。MCU支持的功能包括看门狗定时器、电源监视器以及ADC的DMA功能, 为多处理接口和I/O扩展提供了 32条可编程的I/O线, I2C兼容的SPI和标准UART串行端口I/O。A、B、C三点的电压经通道 0、1、2分别被采样进来, MCU对数据进行处理。ADμC812的通信接口利用MAX232芯片做成RS-232标准串行接口, 具有在线调试功能。1 2 3 数据存储AT24C04是ATMEI公司生产的带有I2C接口的EEPROM器件, 容量为 512×8, 具有 16字节页写功能, 自同步写周期 <10ms, 擦写循环次数为100 000次, 数据保存 100年, 用于存储计算中较重要的数据, 以防止掉电及各种意外丢失。1 2 4 电流源产生由ADμC812通过DAC0, 即DAC转换 0通道生成三角波, 作电感线圈的信号源。1 2 5 零度与满度控制变送器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ADμC812的通用I/O引脚外接两个按键, 即可控制数值的读入, 并送入 24C04中存储。1 2 6 4~20mA电流的产生由ADμC812通过DAC1, 即DAC转换 1通道送出检测处理后的数据, 以便与其他设备相连, 为选煤系统的自动控制提供原始数据。1 2 7 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, 它可与单片机接口, 并内置显示RAM区, 使用时编程简单, 功耗低, 显示清晰, 工作稳定可靠。2 软件设计2 1 三角波的生成检测信号由ADμC812采用T0中断, 定时给D/A转换器送入阶梯变化的数值, 最小值(0000H), 最大值 (0FFFH), 生成三角波。定时的时间由三角波的周期而定。2 2 自动处理功能系统采用T1作 16位定时器, 分别送出 0 2s、0 6s及 1h的标志, 主程序依据这些标志自动执行计算自感电动势, 送显示及计算直流电压的操作。2 3 校准主程序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, 计算此时的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。2 4 数值处理用多通道完成A、B、C三点电压的读取。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5ms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个数取平均,存储待用。2 5 完成显示将依据公式h= [ (ε-ε0 ) /(εm-ε0 ) ]×hm计算出的铁磁物含量转换成 10进制数后,送显示器显示,显示数值范围是 0 ~1 000kg/m3。3 结束语基于ADμC812的铁磁粉含量检测仪的设计,由于采用了新型的高速AD转换器, 使得仪器集成度高, 电路简单, 成本较低。此外, 它还具有实时监控的功能, 并能使测量精度在 1%以内, 由此推算出的介质中非磁性物的含量更为准确, 从而在重悬浮液的密度一定的情况下可以更好地调整其粘度, 有益于产品质量和分选效率的提高, 其应用前景广阔。铁磁粉含量检测仪的设计@安颖$河北理工大学信息学院!河北唐山063009 @周志坚$河北理工大学信息学院!河北唐山063009 @张丽慧$河北理工大学信息学院!河北唐山063009重介质;;ADC;;DAC;;多通道;;数据采集铁磁粉含量检测仪是重介质选煤工艺过程中测量铁磁粉含量的重要装置。以ADμC812转换器为核心的结构设计, 实现了模拟仪器的数字化, 可以快速、实时地检测重介质中铁磁粉的含量, 精度高, 抗干扰性强。[1] 薛维东,殷海宁选煤自动化实用技术[M]北京:煤炭工业出版社,1996 [2] 李刚ADμC8XX系列单片机原理与应用技术[M]北京:北京航空航天大学出版社,2002 [3] 何利民I2C总线应用系统设计[M]北京:北京航空航天大学出版社,1995 [4] 谢瑞和串行技术大全[M]北京:清华大学出版社,2003

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