一种流动性高浓度浆液密度测量装置及方法论文和设计-徐平

全文摘要

本发明涉及密度测量技术领域，特别涉及一种流动性高浓度浆液密度测量装置及方法，包括与智能仪表连接的压力模块、流量模块和温度模块，所述智能仪表包括CPU板卡模块和液晶屏，所述CPU板卡模块包括电源、信号采集回路、CPU、信号输出回路，所述电源分别与信号采集回路、CPU、信号输出回路电连接，所述CPU分别与信号采集回路和信号输出回路电连接。根据液体压强定律p=ρgh计算出原始密度数据ρ并通过智能仪表对温度和流量进行修正，采用滤波算法和自适应算法得到最终密度。本发明的测量装置抗干扰性能好、测量稳定准确。

主设计要求

1.一种流动性高浓度浆液密度测量装置，其特征在于：包括与智能仪表（4）连接的压力模块（1）、流量模块（3）和温度模块（2），所述智能仪表（4）包括CPU板卡模块和液晶屏，所述CPU板卡模块包括电源（5）、信号采集回路（6）、CPU（7）、信号输出回路（8），所述电源（5）分别与信号采集回路（6）、CPU（7）、信号输出回路（8）电连接，所述CPU（7）分别与信号采集回路（6）和信号输出回路（8）电连接；所述信号采集回路（6）由12V电压等级电源供电，电容C73、C75、C76组成的低通滤波回路为前置初级滤波，可滤除90%以上的高频干扰以及差动干扰；双绕线环形互感线圈T5为加强滤波单元，可进一步滤除高频干扰并能抑制共模干扰；串联L10、并联C80可为运算放大器提供更加稳定的供电电源；电阻器件与运算放大器构成负反馈回路完成信号变换与匹配；所述信号输出回路（8）包括0~5V和4~20mA信号变送电路，用于将最终信号变送输出实现信号长距离传送；信号输出回路外部接口由直流12V电源供电。

设计方案

1.一种流动性高浓度浆液密度测量装置，其特征在于：包括与智能仪表（4）连接的压力模块（1）、流量模块（3）和温度模块（2），所述智能仪表（4）包括CPU板卡模块和液晶屏，所述CPU板卡模块包括电源（5）、信号采集回路（6）、CPU（7）、信号输出回路（8），所述电源（5）分别与信号采集回路（6）、CPU（7）、信号输出回路（8）电连接，所述CPU（7）分别与信号采集回路（6）和信号输出回路（8）电连接；所述信号采集回路（6）由12V电压等级电源供电，电容C73、C75、C76组成的低通滤波回路为前置初级滤波，可滤除90%以上的高频干扰以及差动干扰；双绕线环形互感线圈T5为加强滤波单元，可进一步滤除高频干扰并能抑制共模干扰；串联L10、并联C80可为运算放大器提供更加稳定的供电电源；电阻器件与运算放大器构成负反馈回路完成信号变换与匹配；所述信号输出回路（8）包括0~5V和4~20mA信号变送电路，用于将最终信号变送输出实现信号长距离传送；信号输出回路外部接口由直流12V电源供电。

2.根据权利要求1所述的流动性高浓度浆液密度测量装置，其特征在于：所述压力模块（1）为压力传感器，所述流量模块（3）为流量计，所述温度模块（2）为温度传感器。

3.根据权利要求1所述的流动性高浓度浆液密度测量装置，其特征在于：所述电源（5）可滤除工频及谐波干扰，向整个系统提供可靠稳定的供电。

4.根据权利要求1所述的流动性高浓度浆液密度测量装置，其特征在于：所述CPU（7）采用STM32处理器，根据压力模块（1）信息计算并记录原始密度数据，根据流量模块信息计算并记录流量数据，根据温度模块信息计算并记录温度数据，利用智能算法得出最终密度。

5.根据权利要求4所述的流动性高浓度浆液密度测量装置，其特征在于：所述智能算法指的是滤波算法和自适应算法。

6.一种流动性高浓度浆液密度测量方法，其特征在于，应用权利要求1至5所述的流动性高浓度浆液密度测量装置进行测量，步骤如下：

（1）将浆液注入到测量装置，压力模块（1）采集压差信号p传输给智能仪表（4），智能仪表（4）根据液体压强定律p=ρg h，可计算出原始密度数据ρ；

（2）温度模块（2）采集浆液的实时温度传输给智能仪表（4），流量模块（3）采集浆液的实时流速传输给智能仪表（4），智能仪表（4）可根据温度数据和流速数据对密度测量结果进行修正，温度、流量修正后的密度计算公式可简写为ρ= f（F）* f（T）*P\/(gh)，f（T）为温度影响因子，f（F）为流量影响因子，代入上述公式得到最终密度值。

设计说明书

技术领域

本发明涉及密度测量技术领域，特别涉及一种流动性高浓度浆液密度测量装置及方法。

背景技术

无放射源差压密度计的测试原理为液体压强定律p=ρgh（已知重力加速度g， 和被测液体高度h，通过测量压力差值p，可计算出密度ρ）。以上原理如果在测量静止液体时会比较准确，但是，实际使用过程中，由于被测液体流动会产生较大的测量误差，现有的无放射源差压密度计现在多用于测量酒精等均一液体的密度，由于矿山高浓度浆液含泥浆较多，密度和流速不同而浆液特性也会不同，如浆液流动过程中会发生不同程度的沉降、浆液接触测量元件时会对其造成冲击干扰等等，现有的测量装置在浆液性质发生变化使不能及时感知适应，受冲击干扰影响较大，造成测量不稳定也不准确。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种流动性高浓度浆液密度测量装置及方法。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种流动性高浓度浆液密度测量装置，包括与智能仪表连接的压力模块、流量模块和温度模块，所述智能仪表包括CPU板卡模块和液晶屏，所述CPU板卡模块包括电源、信号采集回路、CPU、信号输出回路，所述电源分别与信号采集回路、CPU、信号输出回路电连接，所述CPU分别与信号采集回路和信号输出回路电连接。

作为优选方案，所述压力模块为压力传感器，所述流量模块为流量计，所述温度模块为温度传感器。

作为优选方案，所述电源可滤除工频及谐波干扰，向整个系统提供可靠稳定的供电。

作为优选方案，所述信号采集回路由12V电压等级电源供电，电容C73、C75、C76组成的低通滤波回路为前置初级滤波，可滤除90%以上的高频干扰以及差动干扰；双绕线环形互感线圈T5为加强滤波单元，可进一步滤除高频干扰并能抑制共模干扰；串联L10、并联C80可为运算放大器提供更加稳定的供电电源；电阻器件与运算放大器构成负反馈回路完成信号变换与匹配。

作为优选方案，所述CPU采用STM32处理器，根据压力模块信息计算并记录原始密度数据，根据流量模块信息计算并记录流量数据，根据温度模块信息计算并记录温度数据，利用智能算法得出最终密度。

作为优选方案，所述智能算法指的是滤波算法和自适应算法。

作为优选方案，所述信号输出回路包括0~5V和4~20mA信号变送电路，用于将最终信号变送输出实现信号长距离传送；信号输出回路外部接口由直流12V电源供电。

一种流动性高浓度浆液密度测量方法，步骤如下：

（1）将浆液注入到测量装置，压力模块采集压差信号p传输给智能仪表，智能仪表根据液体压强定律p=ρg h，可计算出原始密度数据ρ；

（2）温度模块采集浆液的实时温度传输给智能仪表，流量模块采集浆液的实时流速传输给智能仪表，智能仪表可根据温度数据和流速数据对密度测量结果进行修正，温度、流量修正后的密度计算公式可简写为ρ=f（F）* f（T）*P\/(gh)<\/i>，f（T）<\/i>为温度影响因子，f（F）<\/i>为流量影响因子，代入上述公式得到最终密度值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的测量装置，抗干扰性能好、测量稳定准确；压力模块、温度模块、流量模块保证数据源实时准确采集传送，电源通过各元器件参数配合后可滤除工频及谐波干扰，向整个系统提供可靠稳定的供电；信号采集回路，运算放大器前端电阻、电容、电感的特殊结构设计使得信号采集适应于工业生产中的恶劣环境，保证采集信号不失真无畸变；信号输出回路具有抗干扰能力强、传输距离远的优点，用于将最终信号变送输出实现信号长距离传送；CPU采用STM32处理器，功耗低、计算速度快，滤波曲线机制配合自适应算法使浓度信号拟合误差进一步缩小。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的CPU板卡结构示意图；

图3是本发明的电源的电路结构图；

图4是本发明的信号采集回路的电路结构图；

图5是本发明的信号输出回路的电路结构图；

图6是本发明的CPU的结构图；

图7是本发明软件算法的系统框图。

图中：1压力模块，2温度模块，3流量模块，4智能仪表，5电源，6信号采集回路，7信号输出回路，8CPU。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1至7所示，一种流动性高浓度浆液密度测量装置，包括与智能仪表4连接的压力模块1、流量模块3和温度模块2，所述压力模块1为压力传感器，所述流量模块3为流量计，所述温度模块2为温度传感器。

所述智能仪表4包括CPU板卡模块和液晶屏，所述CPU板卡模块包括电源5、信号采集回路6、CPU7、信号输出回路8，所述电源5分别与信号采集回路6、CPU7、信号输出回路8电连接，所述CPU7分别与信号采集回路6和信号输出回路8电连接；所述电源5通过各元器件参数配合后可滤除工频及谐波干扰，向整个系统提供可靠稳定的供电；所述信号采集回路6由12V电压等级电源供电，电容C73、C75、C76组成的低通滤波回路为前置初级滤波，可滤除90%以上的高频干扰以及差动干扰；双绕线环形互感线圈T5为加强滤波单元，可进一步滤除高频干扰并能抑制共模干扰；串联L10、并联C80可为运算放大器提供更加稳定的供电电源；电阻器件与运算放大器构成负反馈回路完成信号变换与匹配；所述CPU 7 采用STM32处理器，根据压力模块1信息计算并记录原始密度数据，根据流量模块信息计算并记录流量数据，根据温度模块信息计算并记录温度数据，利用智能算法（即滤波算法和自适应算法）得出最终密度；所述信号输出回路8包括0~5V和4~20mA信号变送电路，用于将最终信号变送输出实现信号长距离传送；信号输出回路外部接口由直流12V电源供电。

一种流动性高浓度浆液密度测量方法，步骤如下：

（1）将浆液注入到测量装置，压力模块1采集压差信号p传输给智能仪表4，智能仪表4根据液体压强定律p=ρg h，已知重力加速度g和压力模块传感器高度差h，可计算出原始密度数据ρ；

（2）不同温度下，被测介质和压力模块特性都会有所不同，温度模块2能够测量出被测浆液的实时温度传输给智能仪表4，智能仪表4可根据温度数据对密度测量结果进行修正；液体流动会对压力模块1测量造成动压影响，动压影响的程度与被测浆液流速有直接关系，流量模块3能够测量出被测浆液的实时流速传输给智能仪表4，智能仪表4可根据流速数据对密度测量结果进行修正；温度、流量修正后的密度计算公式可简写为ρ=f（F）* f（T）*<\/i>P\/(gh)<\/i>，f（T）<\/i>为温度影响因子，与被测浆液温度有函数关系，f（F）<\/i>为流量影响因子，与被测浆液温度有函数关系，代入上述公式利用智能算法得出最终密度在显示屏上显示出来。

利用智能算法计算最终密度的过程如下：

采用滤波算法即在CPU内部开辟三级堆栈区，各堆栈区内部按时间先后顺序将数据采用循环替换原则进行保存，新数据进栈头后原有数据依次后移，栈尾数据被自动舍弃，即仅保存时间最新的数据；CPU定时采集各信号模块的数据，按时间先后数据放入一级堆栈区；一级堆栈区数据经滤波算法后放入二级堆栈区；二级堆栈区数据经自适应算法处理后放入三级堆栈区；对三级堆栈区数据再次进行滤波处理后得到最终数值。

采用自适应算法可自动抑制干扰，将各信号模块实际运行情况和数据实时记录（如各模块检测值、变化偏差、变化率、变化间隔时间、相位角等），并按时间分段在智能仪表4内部形成运行曲线，根据运行曲线和智能仪表4内部的预设判定数据，智能仪表4自动判别当前数值是否正常，如果判定结果为不正常变化，智能仪4根据曲线偏移程度自动将数据调整或舍弃。

本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述具体实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述具体实施方式，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应落入本发明的保护范围。

设计图