负压气流干燥下水分在线检测系统的设计研究

摘要

在现代企业的粮食干燥生产过程中，淀粉干燥问题一直是一个备受广泛关注的问题，淀粉干燥作为一个连续的生产过程，在粮食的安全储藏中发挥着举足轻重的作用。淀粉干燥的主要生产流程是:第一步，将淀粉浆鼓入离心机进行离心脱水;第二步，将经过离心脱水处理后的含一定水分的淀粉浆传送进干燥器;第三步，对干燥器内的淀粉浆经过预热、干燥、待冷等处理后将其冷却至常温，接近安全标准水分14％左右后通过干燥塔排除。在此整个工艺流程中，如何实现淀粉水分含量的实时在线检测与控制一直是限制淀粉干燥系统向前发展的核心问题。由于影响水分含量检测的因子众多，目前国内市场上国内企业还难以寻得一种常规方法实现淀粉水分的实时在线快速测量。
　　结合当前国内淀粉干燥行业的发展现状，对于淀粉水分含量的测试方法除却某种程度上相对落后的人工测量方式以外，大多都是依赖于进口设备。综合分析对于其他粮食作物水分仪器的研制与开发过程可以发现，相关产品实验室测试仪器及便携式测试仪器占据较大比例，至今国产还没有一种可以完全应用于实现淀粉干燥过程自动控制的自动检测系统。
　　现有国内市场上使用的大多为传感器、水分检测仪等独立产品，他们应用的水分检测方法一般可归纳为两种:间接法和直接法。测量原理则包含有电阻式、电容式、微波式、中子源法、称重法等。列举的这些现存方法中，水分含量的离线式检测方式一般精度较高，但其大多测量方式目前只适用于实验室;在线式测量方式由于未能及时提供相关数据的采集及控制功能，因而未被广泛应用。
　　为了应对目前的淀粉水分测试方法及其干燥设备相对落后的实际情况，本文对粉末状淀粉水分的在线检测方法的路线设定，淀粉水分测量传感器的选型，数据采集控制器开发、计算机应用软件及部分数据库系统等进行了初步的设计应用研究。
　　通过与目前工厂实际采用测量系统的性能测试比较，本文明确了一种适用于粉末状淀粉水分的在线测量控制系统。通过将圆柱状外形结构的淀粉水分检测传感器置于整套干燥设备的进口和出口处，淀粉的水分含量的变化将直接引起相关传感器电容量的高低起伏变化，通过一系列的精密的信号采集、信号转换及其信号处理，来实现淀粉水分的在线实时检测与控制。采用的传感器还可通过微处理器来对测量信号进行非线性与温湿度漂移的数字化修正及其补偿。通过输出相关的反馈信号来控制螺旋进料的变频器，因而来实现对螺旋进料机构的运行转速的控制。结合相关的实际生产需要，系统还可以增加打印机等其他多个工作参数，以求对热风温度的控制及自动预警等辅助功能的实现。
　　本课题阶段主要进行了淀粉水分在线检测方法的制定和传感器及相关数据采集控制器的设计研究，采用双闭环结构还对气流干燥前的离心脱水机的相关应该参数进行了优化设计分析，计算机相关应用软件的开发及对进料转速的自动实时分级控制是下一步需要后进者深入探索研究的重点内容。

目录

摘要

1．1 选题的背景

1．2 选题的目的和意义

1．3 国内外粮食水分检测方式发展研究现状

1．3．1 国内淀粉水分检测方式发展现状

1．3．2 国外淀粉水分检测方式研究发展现状

1．4 论文研究的大体内容及主要章节安排

2 负压气流干燥下淀粉水分在线检测方式研究

2．1 负压气流干燥设备简介

2．2 淀粉水分在线检测方法研究

2．2．1 淀粉中水分存在形式

2．2．2 淀粉中水分检测原理

2．2．3 水分检测方法

2．2．4 电容式传感器的结构选型

2．3 离心脱水机参数优化设计

2．3．1 离心机脱水原理

2．3．2 离心机运行参数实验优化设计

2．3．3 离心机运行参数程序优化设计

2．4 本章小结

3 淀粉水分在线检测软硬件设计研究

3．1 淀粉水分在线检测控制系统工作原理

3．2 电容检测电路设计

3．2．1 常见的电容检测电路

3．2．2 电容检测系统

3．2．3 电容信号转化成标准电压(电流)输出接口电路设计

3．3 数据采集控制器开发

3．3．1 微处理器的选择

3．3．2 AD转换器的选择

3．4 数模转换电路设计

3．4．1 AD421芯片基本特征

3．4．2 AD421电压调整理论

3．4．3 AD421工作原理

3．5 本章小结

4 实验验证及误差分析

4．1 实验方法和设备

4．2 实验内容

4．2．1 理论参数设定

4．2．2 实验结果

4．3 误差分析

4．3．1 误差来源分析

4．3．2 粗大误差的剔除

4．3．3 重复性实验

4．4 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

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