内旋式纸浆浓度变送器的研究

摘要

纸浆是水中悬浮纸纤维等固体物质的两相流体，特性复杂，因而其浓度在线测量比其它浓度测量的难度更大。纸浆浓度的检测对生产过程的控制、运行的可靠性以及计量等方面都具有重大意义。目前纸浆浓度的检测方法主要以力学法为主。力学法又可产生外旋式、内旋式、静刀式和动刀式四种方法，这其中又以动刀式产品的性价比最高，但其只是中档产品，不适合用于生产过程中的计量和要求精度很高的场合。内旋式纸浆浓度变送器是一种闭环仪表，虽然结构较为复杂造价成本高，但其测量精度、灵敏度、稳定性都很高，适合用于计量等需要高精度的场合。本文首先简要介绍了力学法的测量原理，然后建立了变送器的动力学模型，并在此基础上对变送器的稳定性进行了仿真分析，得到了系统稳定的结论，接着详细介绍了二次仪表的硬件设计以及软件编程过程，最后对变送器的灵敏度、稳定性和响应速度等进行了定性分析。内旋式纸浆浓度变送器的性能除了体现在平衡机构上，而且还体现在系统控制算法的选择上。在平衡机构上，首先是敏感元件的选择，系统通过它检测测量信号即纸浆浓度信号，而检测到的信号准确与否是整个系统的关键；然后反映在反馈环节的选择上，这是闭环仪表的特性。对于仪表控制部分，控制算法的好坏直接影响系统的灵敏度，响应速度。本系统采用的是改进型数字PID控制算法，既消除了死区，也加快了响应速度，是一种适合该系统的控制算法。为了方便系统程序的下载以及系统软件升级，提出在线编程的思想。本系统根据目前社会上的采用的几种在线编程（ISP和IAP）的思路，并结合本系统的实际情况，选择采用单片机＋FLASH的结构实现在线编程，效果良好。试验表明：内旋式纸浆浓度变送器具有灵敏度高、测量精度高和稳定性好的特点，它必然会在工业生产中发挥巨大作用。