一种螺旋定量加料机分料装置粉体填充率检测装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于粉体定量加料技术领域，尤其涉及一种螺旋定量加料机分料装置粉体 填充率检测装置及方法。
【背景技术】
[0002] 螺旋输送对粉体以及颗粒物料的输送有较好的可控制性和稳定性，广泛应用于工 业矿物、农用物料、化工、食品加工原料成品等运输、配料和包装生产过程中。要实现螺旋输 送的定量加料，粉体的填充率是特别重要的决定因素，但螺旋输送管道内粉体的运动情况 十分复杂，导致填充率波动大、不确定。所以及时掌握粉体的填充率是螺旋定量加料测控系 统的重要功能之一。
[0003] 目前国内外对输送管内粉体的填充率检测方法主要有电容法、电容层析成像法和 换热法。如:2013年崔自强等人在申请专利具有双层旋转电极的电容层析成像传感器（（授 权公告号：CN103454318B)中将检测电极附于旋转管壁上，可从任意角度测量电容值，存在 测量次数多，数据计算处理量大，处理复杂实时性差等缺点；2014年程俊利用换热原理检测 密闭循环系统中流体流量（申请公布号:CN103868558A)，存在受环境温度影响大，器件使用 寿命短等缺点。针对螺旋加料机输送管内的粉体参数检测，发明人2013年在专利一种螺旋 输送管内粉体流型检测装置及压缩感知流型辨识方法（申请公布号:CN103645029A)中，提 出了一种螺旋状的电极检测传感器，用于螺旋加料中间输送段物料流型的检测，改善了检 测传感器灵敏场的均匀程度。随后，发明人2014年在专利螺旋输送管内出料段粉体浓度分 布检测装置与检测方法（申请公布号:CN104316441A)中，提出了一种在管道内布置电容层 析成像电极的检测装置，利用图像重建获得了输送管内粉体浓度，但是由于受到料管内分 料装置存在以及分料装置各个空隙物料不均匀的影响，依据一般针对空心管体的电容层析 成像检测方法得到的图像，在物料与装置、物料与空隙之间界限模糊，成像质量差，同时由 于两电极之间距离太近，没有隔离装置，导致其他电极产生的杂散电容较大，各电极信号处 理电路之间寄生电容较大，对电容测量影响大，反映物料的填充率或者浓度误差大。
[0004] 对螺旋定量加料机分料装置研究发现，分料装置能够使粉体物料在出料段稳定平 移输送，可大大改善粉体物料的无序杂乱运动状态。由于分料装置位于出料段，物料经过分 料装置即出料，及时获取分料装置段的物料填充率，依据填充率调节螺旋加料角度对实现 定量加料非常关键。
【发明内容】
[0005] 为解决螺旋定量加料机分料装置内填充率检测难题，克服一般的针对空心管体的 电容层析成像检测方法得到的图像质量差、测量精度不高，以及测量数据计算处理复杂、实 时性差的不足，本发明提供一种测量简单、计算量小、实时性好、精度较高的螺旋定量加料 机分料装置粉体填充率检测装置及方法。
[0006] 本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0007] 一种螺旋定量加料机分料装置粉体填充率检测装置，包括分料装置、电容阵列传 感器、数据采集控制系统和上位机；
[0008] 所述分料装置包括η个薄板，所述η个薄板在所述绝缘螺旋输送管道周向均匀的固 定在所述绝缘螺旋输送管道内壁上，
[0009] 所述电容阵列传感器包括检测电极阵列、径向电极阵列、屏蔽罩，所述检测电极阵 列包括2η个检测电极，每两个检测电极为一对，粘贴于螺旋定量加料机分料装置η等分之一 处的圆柱绝缘管道外壁，且通过屏蔽线与数据采集和控制系统连接;所述径向电极阵列包 括2η个径向电极，每个径向电极竖直插入圆柱绝缘螺旋输送管道深4mm处、并位于相邻两个 检测电极之间，所述屏蔽罩固定在圆柱绝缘螺旋输送管道外，所述径向电极与屏蔽罩相连；
[0010] 所述数据采集控制系统包括电源模块、极板通道选择模块、电容/电压(C/V)转换 模块、单片机控制单元，
[0011]所述电源模块用于给C/V转换模块、极板通道选择模块、单片机控制单元提供电 源；
[0012] 所述极板通道选择模块与所述测量检测电极阵列中的每一个检测电极连接，用于 控制所述检测电极阵列中每一个检测电极的状态，通过极板通道选择模块使得检测电极阵 列中的一对极板分别为激励极板和检测极板，其他n-1对检测电极处于接地状态，通过电容 测量反映分料装置处相应的被叶片隔离的区域的物料的信息，将电容信号传输到C/V转换 丰旲块上；
[0013] 所述C/V转换模块，用于将激励极板和检测极板间的电容值转化为模拟电压值；
[0014] 所述单片机控制单元，通过异步串口与上位机相连，用于控制极板通道选择模块， 并将模拟电压值转换为数字电压信号，并传输至上位机；
[0015]所述的上位机，配置有RS232标准串行接口 COM，通过串行接口接收单片机控制单 元发送的一系列数字电压信号，并根据电压和填充率的关系，算得由分料装置叶片隔离的 各个小区间的填充率，进一步得到螺旋定量加料机分料装置粉体填充率。
[0016] 进一步地，所述检测电极为长方形检测电极，所述长方形检测电极张角是25°，相 邻长方形检测电极间的间隔角是5°，每一个检测电极的轴向长度为分料装置叶片的轴向长 度。
[0017] 进一步地，所述径向电极为长方形径向电极，所述径向电极的轴向长度为分料装 置叶片的轴向长度，宽度为检测电极宽度的0.8倍。
[0018] 进一步地，所述检测电极、径向电极均采用2mm厚的铜箱制成，表面镀敷绝缘层。
[0019] 进一步地，所述屏蔽罩轴向长度1励i=0.6d纟纳+1导，其中，d纟纳为圆柱绝缘螺旋输送 管道内径，1导为一个导程长度，所述屏蔽罩与圆柱绝缘螺旋输送管外的距离为1距=1径宽_ 4mm，其中，1撤为径向电极阵列中长方形电极的宽度，屏蔽罩采用2mm厚的铜箱制成。
[0020] 进一步地，连接电极的线均采用屏蔽线。
[0021 ]进一步地，所述N个薄板通过焊接固定在所述绝缘螺旋输送管道内壁上。
[0022] (1)单片机控制单元控制极板通道选择模块给检测电极阵列中的第1对检测电极 中的一个施加激励电压，其余n-Ι对检测电极接地，第1对检测电极中两个电极分别作为激 励极板和检测极板，测得第1对检测电极之间的电容&，并将电容信号传输到C/V转换模块； C/V转换模块将检测电极阵列传感器测得的电容&转化为电压值U1;单片机控制单元电压值 传输给单片机控制单元，由单片机控制单元进行存储处理；
[0023] (2)单片机控制单元控制极板通道选择模块给检测电极阵列第2对检测电极中的 一个检测电极施加激励电压，其余n-1对检测电极接地，测得第2对检测电极之间的电容C 2， 并将电容信号传输到C/V转换模块;C/V转换模块将检测电极阵列传感器测得的电容&转化 为电压值U 2;电压值传输给单片机，由单片机进行存储处理；
[0024] (3)单片机控制单元控制极板通道选择模块给检测电极阵列下一对检测电极中的 一个检测电极施加激励电压，其余n-1对检测电极接地，测得所述下一对对检测电极之间的 电容Q，并将电容信号传输到C/V转换模块;C/V转换模块将检测电极阵列传感器测得的电 容(^转化为电压值U 1;电压值传输给单片机，由单片机进行存储处理;直到完成第η对检测电 极间的电容测定、C/V转换及存储；
[0025] (4)所述单片机控制单元将Ν个电压值山，U2，…，Ui，…，Un经过归一化处理后，得到 电压测量值向量[U'l U'2…U'i…U'n]，传输至上位机；
[0026] (5)上位机依据得到的归一化电压测量值，以及其与填充率的关系t = KU'，分别计 算得到各分料装置叶片隔离的小区间的填充率[U t2…U…U]，依据
计算得到总的填充率t总，其中，t为填充率，K为填充率与 归一化的电压值关系系数，其与装置结构尺寸、物料特性等有关，通过标定试验确定，U'为 归一化的电压值，Vi，V2，…，Vi，…，V6分别为η个小区间的容积。
[0027] 本发明所述的螺旋定量加料机分料装置粉体填充率检测装置及方法具有如下优 占.
[0028] (1)由于分料装置的分料结