数字化磁性物质含量计

　　磁性物质含量计是重介质洗煤厂必备的在线检测介质变化的测量仪器,用于监测磁性物质的含量,由此可推算出介质中非磁性物质的含量,从而在悬浮液密度一定的情况下调整其黏度,以提高产品质量和分选效率。

　　1　设计原理

　　根据电磁场理论,线圈的电感量可由下式计算:L=μ0μrn2S/l,其中,μ0为真空磁导率,μr为线圈管内介质相对磁导率,n为线圈匝数,S是线圈横截面积,l为线圈长度。当线圈的匝数、横截面积、长度确定后,线圈的电感量与其中介质的磁导率成正比。重介质选煤时的悬浮液由磁铁矿粉与水配制而成,并拌有洗选过程中的煤泥,其中水和煤泥是非磁性物质,其磁导率接近真空磁导率,亦即μr≈1;而磁铁矿粉是磁性物质,其磁导率比真空磁导率高两个数量级以上,即μr 1。因此,当重介质悬浮液流经一个感应线圈时,其磁导率μr将随且仅随磁性物质的含量而变化,故线圈的电感量也将与铁磁物质的含量成正比。同时,电感的伏安特性为线圈的自感电动势ε=-L(di/dt),若采用三角波电流源,那么(di/dt)为同周期的方波,则在半个周期内,(di/dt)为常数,则ε与L成正比。若设任意时刻线圈上的自感电动势为ε,悬浮液中铁磁物质的含量为h,则它们之间的关系如图1所示。

　　其中,ε0、h0为线圈空心时产生的自感电动势及悬浮液中铁磁物质的含量,此状态为含量计铁磁物质含量的零状态,即h0=0,相应的ε0为非零值,称零度值;εm、hm为线圈中充满铁磁物质时产生的自感电动势及悬浮液中铁磁物质的含量,此状态为含量计铁磁物质含量的满量程状态,相应的εm称为满度值。任意时刻均有h0<h<hm,而相应ε0<ε<εm。

　　由图1可知:

　　为了计算方便,可使hm=1 000 kg/m3,即当线圈中充满铁磁物质时,通过线圈绕制控制每排的匝数,使其所包围的体积中含铁磁物质为1 000 kg/m3,则磁性物质含量计可以直接显示出悬浮液中铁磁物质的含量,量程为0~1 000 kg/m3

　　2　硬件组成

　　2·1　变送器

　　变送器由导管及电感线圈构成。导管采用非磁性的耐磨材料不锈钢制成,直径可依据现场要求而做变更。

　　线圈的匝数与直径依电感量要求而定,用平排密绕方式绕制其上,绕制宽度由导管直径及其量程来确定。线圈外部用非磁性材料封装定位。变送器两端与外部被测管道用法兰盘连接固定。

　　2·2　显示器

　　显示器采用LCM045型4位8段带小数点通用仪器仪表液晶显示模块,可与单片机接口,内置显示RAM,使用编程简单,低功耗,显示清晰,稳定可靠。