光学技术在浆料流量测量中的应用

　　浆料定义为液体和固体的混合物,浆料存于许多工艺过程中。由于浆料具有堵塞和表面粘附等倾向,再加上其它特性如粘度、比重、电导率、湍流等,使得本来测量就很困难的过程变　　得更复杂。

　　光波式流量计就是专门为测量含有悬浮纤维或颗粒的流体的流量而研制的,它是用光导来传递信号的,因而抗干扰能力极强。对电场、磁场及流体自身的电导率等的变化均不敏感。　它易于安装和调校,测量精度高,没有压力损失,特别适合造纸工业中纸浆流量的测量。

　　1　检测原理

　　如果能测出流体内某一质点通过定长距离的时间,那么也就等于测出了该流体的流速。光波式流量计就是基于这样的思路构成的。

　　1.1　信号的生成

　　在测量管路的内壁表面沿流动的方向顺次安放两个光学探头(AB、CD),它们之间的距离是已知的,每个探头由光导纤维连接到发光管A和C及受光管B和D。发光管发出的光射入到流体里并被那里的任何一个纤维或颗粒反射回来并沿光导纤维送回到光敏二极管,见图1。

　　两路反射回来的光信号是随机的,但彼此之间的波形是相似的而且在相位上有一个差。当上游侧探头(AB)的信号再次出现在下游侧探头(CD)上的时候就必定经历了一个时间延迟“Δt”,而两个探头间的间隔“d”是精确地确定的,所以流速v也就由公式v=d/Δt所精确地确定见图2。

　　1.2　浆料的流动形态——流塞

　　由流体力学可知,液体一般表现为两种类型的流动形态:层流和湍流。这两种形态的临界点是由所谓“雷诺数”决定的。沿管子轴向截面呈对称流线形的速度轮廓曲线表示了层流的特性。当速度继续加大,则流速曲线的轮廓将被湍流而扰乱,这种速度轮廓曲线的变化直接影响着测量精度因此这样的流态是不能被测量的。

　　但是含有悬浮纤维的流体的流动形态却具有这样的特性,它能在一个很宽的流速范围内以一种形似柱塞的状态均匀地通过管道截面。由于样子像一个均质流动的塞子,所以把它称为“流塞”,它以不变的速度(指经向)整齐地穿过管道截面。这就意味着它的速度轮廓曲线是平直的,而在管壁附近将是一个没有纤维的薄薄的水层,其速度近似为零如图3。

　　这就是可测量的流态,准确的测出“塞”的流速也就是准确地测出了该流体的流量。

　　2　信号的处理及电路结构

　　全部电子电路均由工作可靠的集成元件组成。

　　传感器部分包括发光二极管及其驱动电路,光敏二极管及其放大电路。来自光敏二极管的信号由前置放大器先行放大,放大后经过全波检波再送给具有AGC功能的可变增益放大器再次放大。这种增益控制可以改变放大倍数1000倍,也就是说是一个具有深度负反馈的放大电路。即使输入信号受到某种外来信号的干扰,其输出基本不变。这可使其免除了对来自污物、颜色以及光源的变化等诸方面的干扰。转换器是实现信号转换与计算的关键部位。它应用了锁相技术,由一个所谓的“延迟跟踪”电路来完成。