冲板流量计测量特性分析

　　1　引　言

　　冲板流量计是一种散状固体颗粒流量测量仪表,广泛应用于食品、医药、化工、水泥和采矿等生产过程中。本文建立了冲板流量计的动态模型,用smi ulink工具箱对冲板流量计的测量过程进行模拟,并在实验室条件下进行了验证。在实验和模拟的基础上,对冲板流量计的测量特性进行了详细的分析。

　　2　冲板流量计原理

　　冲板流量计是基于动量原理测量自由下落的粒状固体介质的流量计。当被测介质距检测板一定高度自由下落时,产生一个作用在检测板上的冲力。

　　冲板式流量计的工作状况和力的分析如图1,物料对冲板的作用力可以分解为垂直分力和水平分力。其水平分力的合力与被测介质的质量流量成正比。测量该水平分力可实现流量的测量。

　　由式(1)可以看出当α、β和h一定时,FH与qm成正比,因此,通过对水平分力的测量即可得出物料的流量值[3]。

　　3　实验结果分析①

　　3.1　单个物料冲击实验

　　在实验条件下,在冲板流量计的水平方向连接一位移传感器,传感器所得信号由labjackU12数据采集仪采集,并将数据保存在计算机里。图2由无阻尼液和阻尼液分别为水、甘油时单个物料冲击后所形成的震荡波。

　由波形发现,阻尼液为甘油时曲线振荡时间比阻尼液为水和无阻尼时要短得多,也比较符合我们的实验要求。因此,在连续物料冲击的实验中,我们只用甘油为阻尼液;在下述的试验模拟中,只针对用甘油为阻尼液时的系统作模拟。

　　3.2　连续物料冲击实验

　　在实验中,固体物料很难做到完全连续冲击,而液体却可以很容易地做到连续冲击和控制流量,因而我们选择水代替连续冲击的物料。图3为水流连续冲击时的实测结果。从图中可以明显看出,水流冲击前和水流冲击时,波形明显有一个阶跃。这个阶跃反映连续冲击的水流作用在冲板上的力,对应系统流过的流量。当水流开始冲击和关断,冲板的震荡就是衰减振荡曲线。这表明在测量流体发生间断时测量结果中发生类似的震荡。

　　4　冲板流量计动态模型

　　因为实际颗粒流动是很不规则的,流量测量实验中要重现物料各种流动状态下测量系统的表现是很困难的,因此建立冲板流量计的模拟系统就十分必要。从动力学角度分析,我们可以把冲板流量计看作类似带阻尼器的弹簧振子。因此考虑用二阶振子模拟冲板流量计的特性。

     二阶系统的传递函数为

　　5　模型验证