基于冲量原理的智能固体物料计量装置的研制

　　在我国,对于固体物料质量流量的检测方法和相关计量装置的研究远不如液体和气体流量计量活跃,基于科里奥利原理的科氏质量流量计的研究和应用在管道输送工艺中比较常见。但目前,基于冲量原理的智能固体物料计量系统的研制较少,仅有上海等地的少数几个厂家在生产着数十年来一成不变的指针式固体流量计,很难满足日益发展的工业生产的计量装置智能化、高精度和多功能的要求。所以,对传统固体流量计进行智能化改造是一个很有意义的课题[1][2]。

　　1　固体流量计工作原理

　　当物料由高度h自由下落时,由于物料冲击力与检测板之间有一固定夹角α,如图1所示,检测板所受冲击力可以分解成一个水平分力FH和一个垂直分力FV,粉体的瞬时流量G,将与冲击检测板的冲击力的水平分力成正比关系[3]。

　　在实用中,有以下经验公式:

　　式中:α为落料角度,即料流与检测板之间夹角;β为水平分力FH与检测板之间夹角;h为常数。

　　由此看来,FH与瞬间流量G成正比例,这样一来,只要检测出水平分力FH,便可知道瞬间流量值了。

　　2　智能固体流量计的设计

　　鉴于传统固体流量计存在的问题,我们在保持一次仪表基本原理不变的基础上,引入性能价格比极高的MSC1210单片机和较大容量的可改写永久保持存储器E2PROMAT28C64,开发研制了一种智能化的二次仪表,即智能固体流量计,它不仅可永久保存流量累计数据,而且存储可修改的补偿数据表格,对瞬间流量值作非线性补偿,从而使动态精度大大改善。现对其软硬件设计作一简要介绍。

　　2·1　硬件设计

　　硬件系统功能就是将一次仪表输出的直流0~10mA信号采样,进行线性化变换,然后输出及进行累积运算等。为此,采用MCS1210单片机另选用E2PROM28C64、D/A转换芯片及键盘显示接口芯片等电路构成如图2所示的硬件结构,具体介绍如下:

　　(1)单片机MSC1210简介

　　MSC1210是美国TI公司新推出的8051微处理器为内核单片机,在片上比8051单片机增加许多新的外围功能。如下几项功能在该测控系统中得到了充分应用。

　　①8通道24位高精度积分型模数转换器;②32KB的Flash存储器和1280字节的RAM数据存储器;③可编程增益放大器(PGA);④2个UART和看门狗定时器。

　　(2) Intel 8279及多功能人机界面设计充分利用8279键盘显示器接口芯片的强大功能,设计成PC机式的人机界面。

　　①显示器设计:采用8279驱动8位显示器,利用8279RAM映象和自动刷新功能,只需改变RAM存储器内容,即可自动刷新相应位的显示器。其中第1、2位作为状态和参数修改功能下的参数号显示用,后6位用作数据显示。②键盘设计:扩展4×4的16位键盘及一个“SHIFT”按钮开关,形成多功能的键盘体系,以提供数十个组合键盘功能。