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顆粒粒度檢測裝置

**產品研發背景介紹：

顆粒粒度傳統檢測方法如下：

1、微波法：利用微波在管內與流體顆粒相遇時所引起鐵氧體元素的自旋效應， 造成微波波束的衰減，測量其衰減值分析出管道中顆粒的粒度。缺點：安裝精度要求高，管內存在死區。

2、光電檢測法：用光纖探頭把光束引入測量區，測得運動微粒對光的感應信號，將該信號經計算機分析，*終得到微粒的粒度數據。缺點：準確性不高，維護成本昂貴。

3、溫度法：在一定假設的基礎上，根據流場多相混和后混和物的溫度與顆粒質量濃度之間的對應關系來求得相應的顆粒濃度。缺點：不精確，是建立在假設的基礎。

4、摩擦電法：運動的顆粒與插入流場的金屬電極之間摩擦產生等量符號相反的靜電荷，通過測量金屬電極對地的靜電流可以得到顆粒濃度。缺點：對人身的危害和環境的污染也比較嚴重。

5、能量法：流場混和物的總能量體現于混和物的流動動能和靜壓力之和。缺點：流場混和過程中的散熱損失和壓縮性被忽略。

傳統檢測方法的不足：非接觸式:技術復雜、操作性不好、設備精密、現場適應能力不強、有時對人體還有危害。接觸式：不能完全滿足氣固兩相流的測量要求傳統檢測的局限和不足

第二本裝置簡介：

1.產品使用原理

該實驗的進行主要是應用光脈動法的原理進行計算，利用函數表現，顆粒通過光源與接收元件之間引起接收器接收的光強發生變化，引起相應輸出的電壓變化，直觀的體現了光源與接收器間的顆粒濃度狀態。

實驗原理圖光束通過測量粒子，光照強度衰減如圖（I0-入射光強度、I-通過光路透射光強度）

2.核心材料——光源

光源是該實驗系統的重要組成部分，通過測試多款光源，我們發現激光具有集中度高、方向性好、亮度高、單色性好、相干性好等優點，是*為理想的光源選擇。在本產品中利用激光的強穿透性來分析管道內顆粒的流動狀態。通過對比我們選擇半導激光器作為系統光源。半導激光器具有波長范圍寬、效率高、體積較小、重量輕等優點被廣泛應用。

半導體參數表

半導體激光發射器

光電接受原件

考慮到激光發射器的激光是650nm的波長，選擇光電接收元件時必須包含此波段，所以光接收元件可以選用硅光二極管。光電二極管的設計中，PN結的面積也十分重要，本實驗需要選擇面積較大的PN結，這樣有利于接收入射光。

光電二極管結構圖半導體參數表

放大電路

由于我們所采用的硅光電二極管輸出的信號是NA級的電流信號，不方便采集，因此我們需要對它進行放大處理使其方便我們進行測量和采集，并對其進行降噪處理以降低其他因素造成的干擾光電傳感器在應用時必須配備合適的電路，通過Multism設計并模擬電路運行，成功將難以測量的NA級電流信號轉換為方便測量的V級電壓信號，并附帶降噪功能以減少干擾。

放大電路電路實物圖

對數電路

光脈動的公式I/I0=exp(-π/2LND²)可以通過變形發現濃度N與接收光強I為對數關系。成功設計出一個對數轉換電路。

對數轉換電路圖不使用對數電路信號使用對數電路信號

實物

產品分為桌面式儀器和便攜式儀器兩類。實驗室通過漏斗形成的顆粒流場，使用振動給料機輸送，形成顆粒“瀑布”流場，產品在流場發生區采用雙路激光測量，通過對數電路返回電流或電壓信號，通過單片機輸出。

裝置工作圖裝置實物圖

第二類為便攜式，基于現有基礎，進一步縮小了其尺寸，即設計為一個便攜式裝置，用于測量時可直接打開開關將其置于流場處，即可得到數據。

1-便攜式顆粒粒度檢測儀結構示意圖2-便攜式顆粒粒度檢測儀零件示意圖3-便攜式裝置實物圖

第三裝置特點：

1、流場發生器結構均勻，能使物料連續流動；振動頻率穩定，物料振散均勻

2、激光傳感器集中度高、亮度高、方向性好、并且是單色光。效率高、體積較小、重量輕、波長范圍寬

3、電路選用低溫漂型放大器；降噪功能以減少干擾；低復雜度提高穩定性

4、顯示和采集單片機：體積小可模塊化應用；集成度高 ；低能耗顯示器：體積小可顯示文字圖像；引腳對應單片機引腳

第四產品性能檢測（以0.55mm石英砂為例）

1.濃度

首先在采樣頻率1000Hz的條件下測得0.15、0.20、0.25、1nm粒徑情況下電壓信號，并根據電壓和電流的正比例方程U=0.505I ，以及電流和光強的方程關系 I=1.01171i-1.6929作出圖一（各粒徑接收光強的變化）

通過縱向對比，不同粒徑的顆粒所得到的濃度大不相同。橫向對比，實驗濃度為本裝置實驗所得濃度，后面的計算濃度，則是通過質量流量計算所得出。二者差值較小，說明本裝置實用可靠，可以做到測量出不同粒徑的顆粒濃度。

2.粒徑

通過質量流量Q=G*[(3.14*D3/6)*1.46*10-6]計算質量流量Q，則可通過此來列方程得到顆粒粒徑D，經過計算驗證兩道光的顆粒粒徑二者差值較小，都為0.55。如下表：

平均粒徑為0.55mm的石英砂的粒徑

由圖可以看出，用于檢測的石英砂大部分粒徑在0.45-0.55mm之間。又從顆粒粒徑占比圖4.23中可以看出，所有顆粒粒徑都在0.3-1.2mm的范圍內，80%的顆粒粒徑在0.3-0.6mm，其中大部分在0.5mm左右。可以看出本裝置可以正確測量得到顆粒粒徑信息。

石英砂的粒徑堆積圖顆粒粒徑占比圖

由粒徑堆積圖可以看出，用于檢測的石英砂大部分粒徑在0.45-0.55mm之間。又從顆粒粒徑占比圖4.23中可以看出，所有顆粒粒徑都在0.3-1.2mm的范圍內，80%的顆粒粒徑在0.3-0.6mm，其中大部分在0.5mm左右。可以看出本裝置可以正確測量得到顆粒粒徑信息。

3.質量流量

由上述Q=G*[(3.14*D3/6)*1.46*10-6]可得到流量曲線：

粒徑為0.55mm的石英砂所得到流量曲線顆粒特性信息表

由上述分析可知，通過消光法可以同時測得顆粒的濃度、粒徑、質量流量。同理可得其他顆粒的特性信息