收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

固体颗粒料质量流量检测方法的研究

丁永前  
【摘要】:流量的检测和计量广泛应用于国民经济的各个领域,是发展工农业生产、节约能源、改善产品质量、提高经济效益和管理水平的重要手段,与人民的日常生活息息相关,在国民经济中占有重要的地位。相对而言,关于流体的流量检测技术发展较早技术已相对完善,固体颗粒物料的质量流量检测方法的研究起步晚,技术相对落后,一些典型检测方法的广泛研究和应用主要开始于20世纪90年代后期,目前尚存在诸如应用条件相对苛刻、制作成本高、实时测量精度难以评价等方面的问题。随着工农业的发展,对固体颗粒物料流量检测技术的需求越来越多也越来越高,尤其是近些年来,精确农业在农作物测产传感器需求方面的迅速增加对颗粒物料质量流量检测技术提出了新的要求和挑战,开展该领域的相关研究具有重要的现实意义和战略意义。 本文首先对当前普遍应用的失重式、皮带秤式、科里奥利式和冲量式等四种主要固体颗粒物料质量流量检测技术的研究发展现状作出了综述和分析,在此基础上对皮带秤式、科里奥利式和冲量式等三种测量方法的测量特点和存在的问题进行了理论分析,从理论分析可以获知:冲量式从测量原理上讲要求物料打击测量板时具有一致的运动速度,同时测量精度受到物料打击速度大小和方向的影响,实际测量过程中需要物料能保持恒定的运动速度(包括大小和方向)以保证测量精度,对于不同的被测对象和不同的流量范围,冲量式质量流量传感器的输出信号和输入信号之间的比列关系是不同的,对于特定的被测对象需要经过多次标定才能确定出输入输出之间合适的比例关系;皮带秤质量流量测量值实际上是有效测量长度范围内的平均值,其与物料输出口质量流量之间的差异与物料在皮带上方分布的均匀程度有关;科里奥利质量流量计的测量精度与物料流经测量装置的运动状态无关,具有很高的理论测量精度,但一般需要在高速状态下运转,设备运行要求较高。同时根据理论分析的结果,对皮带秤和科里奥利质量流量计的实时质量流量计算公式作出了修正,使之具有更高的测量精度。总体上讲,该三种方法存在一个共同的特点:测量过程都需要维持恒定的物料运动速度或转速,这就需要对测量装置增加额外的控制设备,增加了装置的复杂程度。 本文针对目前测量方法存在的一些问题,提出两种新的间接式测量方法:基于速度检测的冲量法和基于总质量检测的标记法。该两种测量方法均不需要被测物料具有恒定的运动速度,依据称重传感器的实时测量数据,可以同时计算出物料运动速度、物料质量流量和物料总质量等待测物理量;同时针对当前流量测量方法普遍缺乏实时测量精度评价办法的现状,对冲量法给出了一种误差估算方法评价其实时测量精度,该方法能用来估算实时测量值的误差范围。为了提高实验效率,所设计的实验装置在单次实验中可以同时完成两种测量方法的验证实验。文中对每种测量方法在理论推导和分析的基础上,从仿真实验和实际实验验证两个方面对测量精度和影响测量精度的因素给出了详细的分析。 冲量法的理论分析表明影响冲量法测量精度的主要因素是测量板的宽度,测量板宽度越窄测量精度越高,而质量流量的测量精度要高于速度的测量精度。 冲量法的仿真针对1.5cm、3cm和6cm三种测量板宽度进行了仿真实验,仿真实验结果表明:影响测量精度的主要因素是测量板的宽度,随着测量板宽度的增加,平均速度偏差、速度标准差和速度偏差的最大值均在增大,测量板越宽速度偏差越大,偏差的波动幅度也越大,质量流量的相关指标也表现出同样的趋势,说明测量板宽度越窄,速度和质量流量的测量精度越高;当测量板宽度相同时,速度相对误差的平均值、标准差和最大值均大于质量流量相对误差的各项指标值,这表明在相同测量条件下,质量流量的测量精度要高于速度的测量精度,和理论分析的结果一致;三种不同宽度测量板仿真测量所得的总质量测量精度差异不明显,总质量的测量精度对测量板宽度和测量的持续时间长度不敏感,总体上来讲冲量法具有较高的总质量计量精度。 冲量法的实际验证实验采用40kg大豆作为实验材料,针对3cm和6cm两种不同宽度的测量板进行了实验,由于实验装置中没有设计物料在滑道中的助流装置,实际实验时下料口开度为1/3ˉ2/3时能形成比较稳定物料流,下料口开度大于2/3时容易造成物料堵塞,而开度小于1/3时物料反弹碰撞和飞溅现象比较严重,明显影响测量精度。形成稳定物料流的实验结果表明:3.Ocm和6.Ocm的测量板测得的总质量平均相对测量误差分别为3.18%和6.19%,这与仿真实验得出的关于总质量测量精度对测量板宽度不敏感的结论有差异,其原因是实际过程中物料反弹碰撞和飞溅、物料不是完全作整体运动等因素所造成。在各次实验中,6.Ocm宽度测量板测得的总质量值波动较3cm测量板大,而3.Ocm和6.Ocm宽度测量板测得的平均总质量分别为39.79kg和39.87kg,两数值是比较接近的,没有显著差异。这说明在实际实验中,测量板越宽受到的随机干扰可能性越大。因此,就总质量测的测量精度而言,实际实验和仿真实验的结果是一致的,即总质量的测量精度对测量板的宽度不敏感。在置信度为95%的误差估算中,3cm测量板估算的质量流量相对误差最大值为4.00%,平均相对误差为1.44%;估算的速度相对误差最大值为9.69%,平均相对误差为5.03%。估算的质量流量相对误差较估算的速度相对误差小,说明质量流量具有更高的测量精度,这与理论分析和仿真分析的结果是一致的。通过对3cm测量板测得的速度和质量流量进行误差估算的结果表明:总质量测量精度与速度和质量流量测量精度之间存在因果关系,速度和质量流量的相对测量误差越小,总质量的测量精度就越高,而根据实际测量结果表明,3cm测量板的总质量测量精度较6cm测量板高,由此可以推断3cm测量板速度和质量流量的测量精度也较6cm测量板高。结合理论分析的结果可以获知:测量板宽度越窄,速度、质量流量和总质量的测量精度越高。实际实验中虽然无法获知速度和质量流量的真值,但根据理论分析、仿真实验和误差估算结果,测量板越窄时测量所得的实时速度和实时质量流量具有更高的测量精度。另外,通过对实际测量信号的频谱分析表明,称重传感器测得的信号是缓变信号,其有用信息可以通过低通滤波后有效提取。 和冲量法仿真实验相类似,标记法仿真也针对1.5cm、3cm和6cm三种不同宽度的测量板进行了仿真实验,仿真实验结果表明:直接应用标记法获得的速度曲线和质量流量曲线相对真值而言体现出一致的趋势,但在真值上下有较大的波动,通过加权处理可以获得与真值吻合较好的速度曲线和质量流量曲线。加权处理与否对物料总质量的测量值没有影响。1.5cm、3.Ocm和6.Ocm测量板测量时所对应的总质量相对测量误差分别为:0.19%,2.35%和2.48%。速度和质量流量与各自相应真值之间的拟合程度与参与加权组合点个数有关,组合点个数越多,所得的结果平滑性越好,但实时性差;组合点个数越少,实时性越好,但测量值波动幅度偏大,瞬时误差增加。在文中所进行的仿真实验条件下,当加权组合个数取为20时,1.5cm、3.Ocm和6.Ocm测量板测量时所对应的速度拟合度分别为:97.2%,96.67%和93.85%;质量流量拟合度分别为:96.09%,95.49%和91.24%。加权组合个数变化时,加权速度和加权质量流量的拟合度有变化,但相应测量结果趋势相同,即测量板越窄,加权速度和质量流量的测量精度越高。 采用3cm测量板进行了标记法的实际实验验证,实验结果表明:总质量的平均相对测量误差为4.83%,最大相对测量误差为7.97%,总质量具有较高的测量精度;将测得的加权速度和冲量法测得的加权速度相比较,发现有大概相似的走势,但相对冲量法测得的数据有较大的波动;总体上讲,标记法测量物料累积总质量是可行的,具有较高测量精度。但速度和质量流量的实时测量精度容易受到测量过程中物料飞溅碰撞、物料间的相对运动、传感器的静、动态特性差异等因素的影响,导致速度和质量流量等瞬时测量值存在较大的测量误差。 通过理论分析和实验验证,冲量法在仿真实验和实际实验中均达到了较好的测量效果,具有实际应用价值;标记法仿真的仿真结果比较理想,实际实验结果中总质量具有较高测量精度,但速度和质量流量等实时值有较大误差,实际应用尚需进一步研究改进。本文最后指出了论文的不足之处和今后的改进方向。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 王金玲;;一种电力系统频率实时测量的新方法[J];数字技术与应用;2011年06期
2 李刚;孙光辉;邵晓良;高恭娴;;有功功率的实时测量及快速功率变送器[J];电力系统自动化;1988年06期
3 谭兴文;何国田;;实时测量表面形貌的正弦调制半导体激光干涉仪[J];西南师范大学学报(自然科学版);2009年02期
4 陈启梦;马辰昊;李赫男;桂阳;徐熙平;;基于光纤传感器的液面高度测量技术研究[J];长春理工大学学报(自然科学版);2009年04期
5 宗光华;邓鲁华;王巍;;基于激光扫描的移动机器人实时轨迹测量系统[J];航空学报;2007年04期
6 韦良;田建设;韦景;;配电网电容电流测量仪的研制[J];中国电力教育;2008年S1期
7 印祥;卢博友;钟以崇;杨薇;;拖拉机滑转率实时测量中的车速测量方法[J];农机化研究;2009年04期
8 徐杜;基于实时测量系统的误差离散值修正方法[J];实用测试技术;1995年02期
9 徐初力;唐传忠;;某型喷嘴流量特性的数值模拟[J];节能技术;2006年03期
10 杨铁宁;张金中;;直线电机驱动往复泵流量压力变化规律试验研究[J];石油矿场机械;2009年04期
11 钟丽萍;;柴油机热平衡冷却液流量测量方法[J];机械设计;2010年09期
12 张了;黄伟钢;;330MW汽轮机组汽动给水泵热力性能实例分析[J];科技信息;2011年01期
13 王新宇;;有关汛期预防溃坝的有效措施的研究[J];科技传播;2011年18期
14 А.Г特列斯特曼 ,克非;在流量与水位間的关系不穩定的情况下繪制流量曲线及計算徑流的一些問題[J];水文;1957年01期
15 严静华;;井中水流方向的判别[J];地下水;1986年03期
16 贾瑛;张怀文;张洁;王景斌;;包头第三热电厂1号机组2号轴承振动原因分析及处理措施[J];内蒙古电力技术;2006年S3期
17 高鹏;穆兴民;王炜;;长江支流嘉陵江水沙变化趋势及其驱动因素分析[J];水土保持研究;2010年04期
18 余爱华;;带钢厂收集区液压系统改造[J];液压与气动;2006年04期
19 徐志斌;李立人;王宽;;缩放喷管应用现状及研究方向[J];工业仪表与自动化装置;2006年06期
20 张少吾 ,王翔 ,孙其坚;视觉相关运动检测及其模拟[J];兵工学报;1985年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 韦良;韦景;张洪瑾;;配电网电容电流测量仪的研制[A];中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十四届学术年会论文集(中册)[C];2008年
2 赵立秋;贺耀辉;;工程测量在市政工程施工中的应用[A];土木建筑学术文库(第7卷)[C];2007年
3 石景元;;如何提高外业水深测量的精度[A];中国航海学会航标专业委员会测绘学组学术研讨会学术交流论文集[C];2009年
4 邹春华;张坚琳;;三相交流相角的高精度测量[A];第八届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2010年
5 张为民;王勇;;FG5/112近年来在中国大陆高精度绝对重力测量[A];湖北省测绘学会2004年度科学技术交流会论文集[C];2005年
6 徐立;;高速铁道工程测量精度和测量模式[A];铁路客运专线建设技术交流会论文集[C];2005年
7 丁喜冬;熊小敏;黄元士;林国淙;张进修;;共振吸收谱仪测量系统的研制[A];全国第六届固体内耗与超声衰减学术会议论文集[C];2001年
8 梁敏华;陈涛;;CMOS相机取代高速摄影机应用研究[A];第六届全国信息获取与处理学术会议论文集(1)[C];2008年
9 毛君峰;张世宏;;孔板流量计节流件孔口前缘锐度变化对其测量精度的影响[A];江苏省计量测试学术论文集(2010)[C];2010年
10 赵岳生;邓正隆;林玉荣;;使用低精度光学陀螺进行地速测量的实验研究[A];惯性技术发展动能发展方向研讨会论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 丁永前;固体颗粒料质量流量检测方法的研究[D];南京农业大学;2009年
2 高振江;气体射流冲击颗粒物料干燥机理与参数试验研究[D];中国农业大学;2000年
3 李杰;APS星敏感器关键技术的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2005年
4 韩中合;汽轮机排汽湿度微波谐振腔测量技术的研究[D];华北电力大学(河北);2006年
5 黄志刚;转筒干燥器中颗粒物料流动和传热传质过程的研究[D];中国农业大学;2004年
6 宋丽梅;基于单幅实时测量图像三维形貌恢复的研究[D];天津大学;2004年
7 赵钧;飞行器动平衡测试技术的实验研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
8 黄咏梅;基于差压原理的涡街质量流量测量方法研究[D];浙江大学;2005年
9 刘静;挖掘机器人虚拟样机建模技术及其应用研究[D];浙江大学;2005年
10 郭有贵;交—交矩阵变换器控制策略及提高电压传输比研究[D];中南大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周培聪;基于X3D的网络仿真实验系统[D];同济大学;2006年
2 陈烘陶;盾构土压平衡系统的建模与仿真研究[D];广东工业大学;2007年
3 林朝爱;Intranet安全体系结构模型的研究与仿真[D];重庆大学;2007年
4 崔维涛;换热站监控系统开发与智能控制的研究[D];大连理工大学;2008年
5 黄孝伦;基于Agent的动态路径诱导系统模型及自适应选路方法研究[D];武汉理工大学;2008年
6 孙玮;智能算法在系统辨识中的研究应用[D];华北电力大学(河北);2008年
7 陈亚辉;基于模糊控制的工程车辆自动变速系统研究[D];长安大学;2008年
8 赵艳云;机器人手臂下棋运动的逆运动学分析与仿真[D];青岛大学;2009年
9 解仲坤;饱和蒸汽干度软测量方法研究[D];大连理工大学;2009年
10 张红光;流量计量中密度补偿的研究[D];四川大学;2003年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 陈超;日“大地”号卫星测量精度不足[N];科技日报;2008年
2 姚睿;田家庵发电厂QC成果喜获省级一等奖[N];淮南日报;2008年
3 张雷;王安民 思则变的实践[N];中国航天报;2006年
4 刘海燕陈国玲 记者 于莘明;远望五号航天测量船海上校飞完成[N];科技日报;2007年
5 记者 王进;德公司来华推介激光测量技术[N];中国船舶报;2008年
6 江苏 高贺一;Protel 99 SE软件仿真实验中应注意的问题[N];电子报;2008年
7 广西 欧伟民;用EWB进行电子电路设计和仿真实验[N];电子报;2001年
8 广州 耿德根;最小的嵌入式在线编程、仿真实验器SL-K51L[N];电子报;2001年
9 中国劳动保障科学研究院 张一名;国内外社会科学领域仿真实验系统应用情况[N];中国劳动保障报;2010年
10 谌付刚 刘海燕 记者  于莘明;远望三号船综合技能全面提高[N];科技日报;2006年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978