窑仓料面自动检测装置的研究与开发

摘要

随着现代大工业化进程的不断深入发展，工业生产当中出现了许多巨型窑仓，因此对窑仓内的物料高度进行测量则成为了一个技术难题。由于窑仓所处的工况条件的不同，物料的形状也各异，还牵涉到物料的材质、物理特性等因素的干扰，使得在工业上物料测量很难做到一个准确可靠且通用性较广的测量方式。现在工业上应用的测量装置有重锤式、雷达式、压力传感式料位计，但这些料位计都存在一些测量缺陷，比如不能实时测量，价格昂贵、安装维修的不便等。由于超声波式料位计可以克服上述缺陷，在工业上应用广泛，但是也存在测量盲区大而造成“溢仓”的缺点。因此研制出一种能够实时测量，盲区小且成本较小的料面自动检测装置具有重要的现实意义。 本文在充分分析当前工况条件下应用的料位计优缺点的基础上，提出了一种适合于高温条件下物料测量的重锤式料位计。而本文的重点是研制出一种基于超声波的料面检测装置，该装置能够较好地解决各料位计的缺陷，并且具有小盲区，成本低，测量距离较大等特点。本文具体完成了以下研究工作： （1）设计出一种能够适用于高温、高粉尘等恶劣工况下的重锤式料位计。该料位计采用了一种独特的圆盘结构，优化了传统重锤式料位计结构尺寸大，设备笨重等不足。该测量装置已经应用于工业现场。 （2）在了解超声波物理特性以及换能器的性能的基础上，并选取了压电陶瓷作为本文超声波发射与接受用装置。并挑选出一种测量盲区较小，测量距离较大的超声换能器。 （3）综合分析超声测量方法和性能的基础上，设计了超声波发射电路、超声波接受电路。由于要保证测距系统的盲区不能太大，因此在电路中加入了AGC电路用以调节电路系统增益、系统中加入温度测量电路可以提高测量精度。 （4）在设计好电路后对设计的电路进行了基于Proteus和Multisim的电路仿真。在仿真中验证了设计电路的正确性以及设计的预期性能，这样可以节省设计时间和后期调试时间。 （5）对调试好的测距系统装置进行了模拟实验研究，具体实验包括有无温度补偿实验，盲区测量实验、精度测量实验。并对测量结果进行分析处理。 通过对系统的实验结果表明，系统精度可以达到厘米级，测量盲区为16cm，最大测量距离为6m。完全可以满足一般工业性测量要求，而且该装置具有应用性较广，生产成本低廉等优点。可以广泛应用于石油、化工、自来水、污水处理和交通运输行业。同时该结果也验证了系统方案的正确性和可行性，但也存在一定的不足，比如环境恶劣的情况可能会影响其测量性能以及如何增大测量距离和精度问题，这都是今后研究工作的方向之一。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2国内外研究及应用概况

1.2.1国内外研究概况

1.2.2料面检测装置的应用概况

1.3课题来源及研究内容

1.4本章小结

第二章超声换能器与测距方案分析

2.1超声波物理特性和换能器主要性能指标

2.1.1超声波的物理特性

2.1.2超声换能器的性能指标

2.2检测装置超声换能器的设计

2.2.1超声换能器概述

2.2.2压电陶瓷振子的谐振特性和机电阻抗匹配

2.2.3压电陶瓷换能器的设计

2.3超声测距方法和减小盲区的方法

2.3.1超声测距方法

2.3.2减小盲区的方法

2.4本章小节

第三章料面检测装置的软硬件设计

3.1 AT89C52的微处理器简介

3.2超声波发射电路方案

3.2.1超声波发射电路方案一

3.2.3超声波发射电路方案二

3.3超声波接受电路

3.3.1放大电路设计

3.3.2带通滤波电路

3.3.3电压比较器电路

3.4自动增益电路的设计

3.4.1自动增益电路简介

3.4.2自动增益电路结构与分析

3.5辅助电路

3.5.1温度测量电路

3.5.2数码管显示电路

3.6检测装置系统软件结构

3.7本章小结

第四章基于Proteus和Multisim的电路仿真

4.1基于Proteus的超声波发射电路仿真

4.1.1 Proteus仿真软件简介

4.1.2超声波发射电路的Proteus仿真

4.1.3温度传感器的Proteus仿真

4.2基于Multisim的超声波接受电路仿真

4.2.1 Multisim 10仿真软件简介

4.2.2带通滤波电路的仿真

4.2.3 AGC电路仿真

4.2.4超声波接受电路仿真

4.3本章小结

第五章实验结果分析及改进

5.1模拟实验的建立说明

5.2实验过程与分析

5.3误差分析与改进

5.4本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致谢

附录