动态补偿在冲板流量计中的应用

　　0　引言

　　固体物料主要有粉状体,如水泥、煤粉、面粉等;粒状体,如大米、小麦、盐、化肥等;块(片)状体,如煤炭、矿石、烟草、茶叶等。要想对这些物料的流量进行快速有效的测量,应该选用动态的测量仪表。动态测量是一种在不中断被测物料输送的状态下,进行精确计量的测量方法[1]。冲板流量计就是一种进行动态测量的散状固体颗粒流量测量仪表,现在已经广泛地应用在食品、医药、化工、水泥和采矿等生产过程。但在实际应用中有时效果很好,而有时应用却不理想[2~4]。本文建立的冲板流量计动态模型,用smi ulink工具箱对冲板流量计的测量过程进行模拟,在实验室条件下进行了验证。在模拟和实验的基础上,研究了冲板流量计的测量特性,发现流量的不连续性是导致测量误差较大的主要因素。提出了对冲板流量计的测量结果用动态补偿进行校正,得到了良好的测量效果。

　　1　冲板流量计原理

　　冲板流量计是基于动量原理测量自由下落的粒状固体介质的流量计。当被测介质距检测板一定高度自由下落时,产生一个作用在检测板上的冲力。冲板式流量计的工作状况和力的分析如图1所示,可以看出,物料对冲板的作用力可以分解为垂直分力和水平分力。其水平分力的合力与被测介质的质量流量成正比。测量该水平分力可实现流量的测量。

　　经推导,作用在检测板上的水平分力FH为:

　　式中:qm为单位时间质量流量,;g为重力加速度;h为自由下落高度;α为物料对冲板的冲击角;β为冲板与水平线夹角。

　　由式(1)可以看出当落料角α、冲板与水平夹角β和高度h一定时,水平分力FH与流量qm成正比,因此,通过对水平分力的测量即可得出物料的流量值[5]。

　　2　流量计模拟研究

　　因为颗粒流动的不规则性,流量测量实验中要研究物料各种流动状态下测量系统的表现是很困难的,因此建立冲板流量计的模拟系统是十分必要的。

　　在模拟前,我们做了单个物料冲击实验,实验曲线表现类似阻尼振动曲线。我们可以从动力学角度把冲板流量计看作类似带阻尼器的弹簧振子,因此考虑用二阶振子模拟冲板流量计的特性。从实验结果辨识出该冲板流量计的传递函数G (s)=,由此建立了冲板流量计的动态数学模型。具体方法及计算步骤参见文献[6~7]。

　　在模拟之前,我们先要检验该模型是否具有可行性。单个物料冲击流量计时,与流量计接触时间很短,在模拟中我们可以理解为一个脉冲信号。我们选择时间为0.01 s,幅度为10V的脉冲信号来模拟单个物料的冲击。因为波形的幅度受冲击力度的影响,所以,为了比较模拟出来的波形和实验所得到的波形之间的差别,我们把实验所得数据乘以10倍,进行比较,所得图形如图2所示。