电导式烧结混合料专用水分仪的研究

论文摘要

烧结工艺中物料的水分测量对整个工艺流程有着非常重要的意义,本课题以烧结厂中烧结混合料的水分测量为研究对象,采用电导法进行测量。本课题完成了对测量和显示仪表电路的优化设计,既实现了电导的测量,又解决了数据传送问题,更加适合转动混合筒的实际需要。同时,在软件方面实现了仪表的连续测量、显示和水分值的温度补偿。通过上位机软件可完成测量数据存储、分析、计算和显示,并绘制出水分变化的历史曲线。为解决传统测量滞后问题,本课题将水分测量点设置于混合筒内部,从测量源头解决滞后问题。混合筒内料层厚度不断变化,因此必须要解决料层厚度对水分测量值的影响。对传感器模型优化设计,利用电场的理论进行仿真分析,最终选取了电极纵向排列的传感器测量模型。确定了纵向模型传感器最佳电极间距值,降低料层厚度对测量值的影响,提高了仪器的测量精度。原理上采用的是电导法,温度对电导水分仪的影响较大,因此要对系统进行温度补偿。本文建立了回归分析的数学模型,利用逐步回归算法对实验结果进行分析,确定温度和电导的拟合公式,实现对水分值的温度补偿。完成对新的系统测量模型进行性能测试,通过实际水分测量实验进行了严格的数据标定和重复性测试。仪器工作稳定性很好,经过误差的测试,测出仪器的测量精度为2.8%,因此水分仪的测量稳定性和精度满足实际工业现场的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 烧结混合料水分仪研究的背景和意义
• 1.2 常用几类水分测量技术
• 1.3 国内外研究现状、发展与应用前景
• 1.4 本课题的主要工作内容
• 第2章 电导水分仪的测量原理和结构组成
• 2.1 烧结混合料水分仪的测量方案
• 2.2 电导水分仪的测量原理
• 2.2.1 电导法测量简介
• 2.2.2 电导法水分测量原理
• 2.2.3 电导法水分测量的影响因素
• 2.3 系统的结构组成
• 2.3.1 测量仪表的结构组成
• 2.3.2 显示仪表的结构组成
• 2.3.3 通信模块框架
• 第3章 传感器模型分析与优化设计
• 3.1 水分测量传感器介绍
• 3.2 传感器模型设计方案选取
• 3.2.1 横向传感器模型及测量通路
• 3.2.2 纵向传感器模型及测量通路
• 3.2.3 传感器最佳方案选取
• 3.3 最优电极间距设定
• 3.3.1 不同间距料层厚度实验
• 3.3.2 最佳间距结果分析
• 3.4 电极材料选择及后处理
• 3.5 传感器安装效果
• 第4章 系统电路及程序设计
• 4.1 测量仪表电路设计
• 4.1.1 主控MCU选取
• 4.1.2 激励信号发生电路
• 4.1.3 检测放大电路
• 4.1.4 信号调理电路
• 4.1.5 AD转换及数字隔离电路
• 4.1.6 测温电路
• 4.2 显示仪表电路设计
• 4.2.1 显示模块
• 4.2.2 串口通讯电路
• 4.3 CC1100通讯模块设计
• 4.4 系统程序设计
• 4.4.1 电导测量程序
• 4.4.2 温度测量程序
• 4.4.3 无线通信程序
• 4.4.4 温度补偿程序
• 4.4.5 水分值计算程序
• 4.5 上位机软件及系统实物
• 第5章 电导法水分测量的温度补偿
• 5.1 温度补偿的必要性
• 5.2 电导测量中常见的温度补偿方案
• 5.2.1 传统温度补偿方法
• 5.2.2 软件温度补偿原理
• 5.3 逐步回归法进行温度补偿
• 5.3.1 回归法水分检测模型
• 5.3.2 电导的温度特性实验
• 5.3.3 逐步回归法数学模型
• 5.3.4 逐步回归运算及分析
• 第6章 系统实验与误差分析
• 6.1 电导值标定
• 6.1.1 电导采样值初步标定
• 6.1.2 电导值标定
• 6.2 水分值标定
• 6.2.1 水分值标定过程
• 6.2.2 水分测量值数据拟合
• 6.3 水分仪性能测试
• 6.3.1 温度补偿效果实验
• 6.3.2 水分仪重复性测试
• 6.3.3 水分仪稳定性测试
• 6.4 误差分析
• 第7章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢