电导式烧结混合料专用水分仪的研究

摘要

烧结工艺中物料的水分测量对整个工艺流程有着非常重要的意义，本课题以烧结厂中烧结混合料的水分测量为研究对象，采用电导法进行测量。
　　本课题完成了对测量和显示仪表电路的优化设计，既实现了电导的测量，又解决了数据传送问题，更加适合转动混合筒的实际需要。同时，在软件方面实现了仪表的连续测量、显示和水分值的温度补偿。通过上位机软件可完成测量数据存储、分析、计算和显示，并绘制出水分变化的历史曲线。
　　为解决传统测量滞后问题，本课题将水分测量点设置于混合筒内部，从测量源头解决滞后问题。混合筒内料层厚度不断变化，因此必须要解决料层厚度对水分测量值的影响。对传感器模型优化设计，利用电场的理论进行仿真分析，最终选取了电极纵向排列的传感器测量模型。确定了纵向模型传感器最佳电极间距值，降低料层厚度对测量值的影响，提高了仪器的测量精度。
　　原理上采用的是电导法，温度对电导水分仪的影响较大，因此要对系统进行温度补偿。本文建立了回归分析的数学模型，利用逐步回归算法对实验结果进行分析，确定温度和电导的拟合公式，实现对水分值的温度补偿。
　　完成对新的系统测量模型进行性能测试，通过实际水分测量实验进行了严格的数据标定和重复性测试。仪器工作稳定性很好，经过误差的测试，测出仪器的测量精度为2.8％，因此水分仪的测量稳定性和精度满足实际工业现场的要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 烧结混合料水分仪研究的背景和意义

1．2 常用几类水分测量技术

1．3 国内外研究现状、发展与应用前景

1．4 本课题的主要工作内容

第2章 电导水分仪的测量原理和结构组成

2．1 烧结混合料水分仪的测量方案

2．2 电导水分仪的测量原理

2．2．1 电导法测量简介

2．2．2 电导法水分测量原理

2．2．3 电导法水分测量的影响因素

2．3 系统的结构组成

2．3．1 测量仪表的结构组成

2．3．2 显示仪表的结构组成

2．3．3 通信模块框架

第3章 传感器模型分析与优化设计

3．1 水分测量传感器介绍

3．2 传感器模型设计方案选取

3．2．1 横向传感器模型及测量通路

3．2．2 纵向传感器模型及测量通路

3．2．3 传感器最佳方案选取

3．3 最优电极间距设定

3．3．1 不同间距料层厚度实验

3．3．2 最佳间距结果分析

3．4 电极材料选择及后处理

3．5 传感器安装效果

第4章 系统电路及程序设计

4．1 测量仪表电路设计

4．1．1 主控MCU选取

4．1．2 激励信号发生电路

4．1．3 检测放大电路

4．1．4 信号调理电路

4．1．5 AD转换及数字隔离电路

4．1．6 测温电路

4．2 显示仪表电路设计

4．2．1 显示模块

4．2．2 串口通讯电路

4．3 CC1100通讯模块设计

4．4 系统程序设计

4．4．1 电导测量程序

4．4．2 温度测量程序

4．4．3 无线通信程序

4．4．4 温度补偿程序

4．4．5 水分值计算程序

4．5 上位机软件及系统实物

第5章 电导法水分测量的温度补偿

5．1 温度补偿的必要性

5．2 电导测量中常见的温度补偿方案

5．2．1 传统温度补偿方法

5．2．2 软件温度补偿原理

5．3 逐步回归法进行温度补偿

5．3．1 回归法水分检测模型

5．3．2 电导的温度特性实验

5．3．3 逐步回归法数学模型

5．3．4 逐步回归运算及分析

第6章 系统实验与误差分析

6．1 电导值标定

6．1．1 电导采样值初步标定

6．1．2 电导值标定

6．2 水分值标定

6．2．1 水分值标定过程

6．2．2 水分测量值数据拟合

6．3 水分仪性能测试

6．3．1 温度补偿效果实验

6．3．2 水分仪重复性测试

6．3．3 水分仪稳定性测试

6．4 误差分析

第7章 结论与展望

参考文献

致谢