专利名称：微颗粒物质浓度变送器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于自动化仪表与装置制造技术领域，特别涉及一种用于测量气固两相流中固相浓度的检测装置。
背景技术：
气固两相流动广泛存在于工业生产的许多领域，如火电厂锅炉的煤粉输送及喷吹系统、水泥厂水泥粉料的输送系统，钢铁厂炼铁喷煤系统等等。现有的能在线连续测量相浓度的方法主要有光学测试方法(适于稀相情况下的相浓度测量)、电学测试方法(适用固相浓度高的系统)等。采用以上方法的测量装置存在受液体流动性影响大且测量误差大的缺点。

发明内容
本实用新型的目的就是要提供一种非接触式的，不受液体流动性的影响，而且测量精度高的微颗粒物质浓度变送器。本实用新型的以上目的是通过以下的技术方案来实现的一种微颗粒物质浓度变送器，其特征在于所述的变送器由电荷探测头A和信号处理电路组成，电荷探测头A为一个串联在被测气固两相流管道中的测量管，该测量管包括高密度瓷环以及套在高密度瓷环外的屏蔽不锈钢外壳，在高密度瓷环的两端面设有与端面相适配的密封隔离环，在高密度瓷环与不锈钢外壳之间、紧贴高密度瓷环的外壁上设置有电场感应钢环，高密度瓷环与不锈钢外壳之间填加有绝缘密封填料，电场感应钢环上连接有信号输出线，其穿过绝缘密封填料及不锈钢外壳侧壁而引出，电荷探测头A的信号输出端与信号处理电路的输入端相连接。
上述的微颗粒物质浓度变送器，信号处理电路由相互串接的运算放大器B、电压放大器C、交直流变换器D以及隔离转换放大器E组成，其信号处理电路封装在一个金属屏蔽盒中，其运算放大器B的输入端与电荷探测头A的信号输出线相连，隔离转换放大器E的输出引线通过远程电缆与控制室相连。
作为本实用新型的进一步改进，上述的微颗粒物质浓度变送器的运算放大器B由电阻R1～R5、电容C1与C2、放大器F1组成，电荷探测头A的信号输出端接电阻R1、R3串联后，与放大器F1的同相输入端IN+端相连，电荷探测头的接地端接电阻R2、R4串联后，与放大器F1的反相输入端IN-端相连，电阻R1、R3的节点与电阻R2、R4的节点之间接有电容C1，电阻R5与电容C2串联后并接在放大器F1的Z+、Z-端，放大器F1的输出端I0+端与I0-端分别与电压放大器C相接。
以上微颗粒物质浓度变送器，所述的电压放大器C由一级放大电路C′和二级放大电路C″组成。
所述的一级放大电路C′由电阻R9′及R6～R10、滑动变阻器RT1、电容C3～C7及放大器F2组成，电容C3与电阻R6串联后接在放大器F1的输出端I0+端与放大器F2的反相输入端之间，电容C4与电阻R7串联后接在放大器F1的输出端I0-端与放大器F2的同相输入端之间，电容C3、电阻R6的节点与电容C4、电阻R7的节点间接有接地滑动电阻RT1，电容C5与电阻R8并联后两端分别与放大器F2的反相输入端、输出端相连，接地电阻R9接于电阻R7与放大器F2的同相输入端的节点上，放大器F2的输出端通过串接电阻R9′、R10与一级放大电路相连，电阻R9′与电阻R10之间的节点处接有接地电容C6，电阻R10与一级放大电路C′之间的节点处接有接地电容C7。
所述的二级放大电路C″由电阻R11～R20、开关K1～K8、电容C8与C9、放大器F3组成，放大器F3的同相输入端与第一级放大电路C′相接，电阻R12～R19与开关K1～K8一一对应串联后，相互并联，再将一端接地，另一端与放大器F3的反相输入端相接，电容C8与电阻R11并联后并接在放大器F3的反相输入端与输出端之间，电阻R20一端与放大器F3的输出端相接，另一端接于交直流变换器D的输入端，电容C9接于交直流转换器D的输入端和电阻R20的节点之间。
所述的微颗粒物质浓度变送器的交直流变换器D由电阻R21～R25、电容C10～C120、二极管D1、D2、滑动变阻器RT2以及放大器F4组成，放大器F4的同相输入端与二级放大电路C″的输出端相连接，电阻R21与电容C10并联后接于放大器F4的反相输入端和输出端之间，二极管D1阳极串接电阻R22后与二极管D2的阴极串接电阻R23后相互并联，两二极管D1、D2的节点经电容C12与放大器F4的输出端相连，两电阻R22、R23的节点其一路经电容C11接于放大器F4的反相输入端，另一路与滑动电阻RT2相连，二极管D2与电阻R23的节点为交直流变换器D的输出端，其输出端经电阻R24、R25与隔离转换放大器E的同相输入端相连，电容C13接于电阻R24、R25的节点处。
所述的微颗粒物质浓度变送器的隔离转换放大器E的输入端与电阻R25相接，输出端与远程控制室相连。
本实用新型所提供的以上结构的微颗粒物质浓度变送器，在使用时将电荷探测头的测量管的外壳的两端用法兰与被测工业管道相连，所测的信号通过屏蔽电缆远传到控制室进行处理显示。其工作原理如下在流动粉体中，颗粒与颗粒之间由于磨擦碰撞产生静电荷，并形成静电场，其电场强度的大小反映了流动粉体的介质含量。电荷探测头A是检测微颗粒物质介质和载气混合物所带静电信号即浓度信号的传感器，其产生的电场强度(电荷量)很小，并且输出阻抗很大，运算放大器了B除了信号放大以外还要使电路与探测头A之间的阻抗匹配。从电荷探测头输送过来的静电信号经过运算放大器的放大后，再经过调零RT1后进入电压放大器C的一级放大C′。然后经过由电容C6与C7、电阻R9′与R10所组成的高频滤波电路，进入可编程的电压放大器C的二级放大C″，并根据不同介质和标定条件通过调节开关K1～K8来选择放大倍数。接着进入交直流变换器D进行交直流变换，在C12上产生一直流电压信号；然后经过隔离转换放大器E的隔离转换放大输出一标准的直流电压信号V0，此电压值与微颗粒物质的浓度成单调的曲线关系。
本实用新型结构简单，体积小，安装方便，检测精度高，具有较强的抗干扰性，在各种工作现场均能稳定工作，可适用于冶金高炉、电站锅炉、化工流化床等浓度诸多领域中粉体微颗粒介质和载气混合物中固相物质浓度的检测。
本实用新型在下面将结合说明书附图和具体实施例进行进一步的说明。


图1是本实用新型的电原理方框图；图2是本实用新型的电荷探测头A的结构示意图；图3是本实用新型的实施例的电路图。
具体实施方式
如图1、图2所示的一种由电荷探测头A和信号处理电路组成的微颗粒物质浓度变送器，图2中所示的电荷探测头A为一个串联在被测气固两相流管道中的测量管，测量管包括高密度瓷环3以及套在高密度瓷环3外的屏蔽不锈钢外壳1，在高密度瓷环3的两端面设有与端面相适配的密封隔离环2，在高密度瓷环3与不锈钢外壳1之间、紧贴高密度瓷环3的外壁上设置有电场感应钢环4，高密度瓷环3与不锈钢外壳1之间填加有绝缘密封填料6，电场感应钢环4上连接有信号输出线5，其穿过绝缘密封填料6及不锈钢外壳1侧壁而引出。电荷探测头A信号输出端与信号处理电路的输入端相连接。
运算放大器B、电压放大器C、交直流变换器D以及隔离转换放大器E相互串接后形成信号处理电路。整个信号处理电路封装在一个金属屏蔽盒中，运算放大器B的输入端与电荷探测头A的信号输出线相接，其隔离转换放大器D的输出引线通过远程电缆与控制室相连。
如图3所示，运算放大器B由电阻R1～R5、电容C1与C2以及MAX435型放大器F1组成，电荷探测头A的信号输出端接电阻R1、R3串联后，与F1的同相输入端IN+相连，接地端接电阻R2、R4串联后，与F1的反相输入端IN-端相连，电阻R1、R3的节点与电阻R2、R4的节点之间接有电容C1，电阻R5与电容C2串联后并接在F1的Z+、Z-端，F1的输出端I0+端与I0-端分别与电压放大器C相接。
由一级放大电路C′和二级放大电路C″串接组成电压放大器C。
一级放大电路C′由电阻R9′及R6～R10、滑动变阻器RT1、电容C3～C7以及OPA111BM型放大器F2组成，电容C3与电阻R6串联后接在MAX435型放大器F1的输出端I0+端与F2的反相输入端之间，电容C4与电阻R7串联后接在F1的输出端I0-端与F2的同相输入端之间，电容C3、电阻R6的节点与电容C4、电阻R7的节点之间接有接地滑动电阻RT1，电容C5与电阻R8并联后两端分别与放大器F2的反相输入端、输出端相连，接地电阻R9接于电阻R7与F2的同相输入端的节点上，F2的输出端通过串接电阻R9′、R10与一级放大电路相连，电阻R9′与电阻R10之间的节点处接有接地电容C6，电阻R10与一级放大电路C′之间的节点处接有接地电容C7；二级放大电路C″由电阻R11～R20、开关K1～K8、电容C8与C9、CA3140型放大器F3组成，F3的同相输入端与第一级放大电路C′相接，电阻R12～R19与开关K1～K8一一对应串联后，相互并联，再将一端接地，另一端与F3的反相输入端相接，电容C8与电阻R11并联后再并接在F3的反相输入端与输出端之间，电阻R20一端与F3的输出端相接，另一端接于交直流变换器D的输入端，电容C9接于交直流转换器D的输入端和电阻R20的节点之间。交直流变换器D由电阻R21～R25、电容C10～C12、二极管D1与D2、滑动变阻器RT2以及1NA101AG型放大器F4组成，F4的同相输入端与电压二级放大电路C″的输出端相连接，电阻R21与电容C10并联后接于F4的反相输入端和输出端之间，二极管D1阳极串接电阻R22后与二极管D2阴极串接电阻R23后相并联，两二极管D1、D2的节点经电容C12与放大器F4的输出端相连，两电阻R22、R23的节点其一路经电容C11接于放大F4的反相输入端，另一路与滑动电阻RT2相连，二极管D2与电阻R23的节点为交直流变换器D的输出端，其输出端经电阻R24、R25与隔离转换放大器E的正相端相连相，电容C13接于电阻R24、R25的节点处。
隔离转换放大器E为ISO103型产品，其IN1+端与交直流变换器D中的电阻R25相接相接，IN1-端与V01相接，IN2-端接V02端后作为输出端V0+输出到远程控制室，V0-端接地。
使用时，将电荷探测头A的测量管的外壳的两端用法兰与被测工业管道相连，流动粉体中的微颗粒由之间由于磨擦碰撞产生静电荷，并形成静电场，电场感应钢环上产生的电场强度的信号经过MAX435的放大后，再经过调零电阻RT1后进入OPA11BM进行一级放大。然后，经过由电容C6与C7、电阻R9′与R10所组成的高频滤波电路，进入可编程的CA3140进行二级放大(在实际应用中根据不同介质和标定条件，通过调节开关K1～K8来选择放大倍数)。接着，信号进入1NA101AG进行交直流变换，在C12上产生一直流电压信号；然后经过ISO103进行隔离转换放大，输出一标准的直流电压信号V0(电压信号V0与微颗粒物质的浓度成单调的曲线关系)，此信号通过屏蔽电缆远传到控制室进行显示。
权利要求1.一种微颗粒物质浓度变送器，其特征在于所述的变送器由电荷探测头(A)和信号处理电路组成，所述的电荷探测头(A)为一个串联在被测气固两相流管道中的测量管，该测量管包括高密度瓷环(3)以及套在高密度瓷环(3)外的屏蔽不锈钢外壳(1)，在高密度瓷环(3)的两端面设有与端面相适配的密封隔离环(2)，在高密度瓷环(3)与不锈钢外壳(1)之间、紧贴高密度瓷环(3)的外壁上设置有电场感应钢环(4)，高密度瓷环(3)与不锈钢外壳(1)之间填加有绝缘密封填料(6)，电场感应钢环(4)上连接有信号输出线(5)，其穿过绝缘密封填料(6)及不锈钢外壳(1)侧壁而引出，电荷探测头(A)信号输出端与信号处理电路的输入端相连接。
2.根据权利要求1所述的微颗粒物质浓度变送器，其特征在于所述的信号处理电路由相互串接的运算放大器(B)、电压放大器(C)、交直流变换器(D)以及隔离转换放大器(E)组成，其运算放大器(B)的输入端与电荷探测头(A)的信号输出线相接，其隔离转换放大器(D)的输出引线通过远程电缆与控制室相连。
3.根据权利要求2所述的微颗粒物质浓度变送器，其特征在于所述的运算放大器(B)由电阻(R1～R5)、电容(C1、C2)、放大器(F1)组成，电荷探测头(A)的信号输出端接电阻(R1、R3)串联后，与放大器(F1)的同相输入端(IN+)相连，接地端接电阻(R2、R4)串联后，与放大器(F1)的反相输入端(IN-)相连，电阻(R1、R3)的节点与电阻(R2、R4)的节点之间接有电容(C1)，电阻(R5)与电容(C2)串联后并接在放大器(F1)的Z+、Z-端，放大器(F1)的输出端(I0+、I0-)分别与电压放大器(C)相接。
4.根据权利要求2所述的微颗粒物质浓度变送器，其特征在于所述的电压放大器(C)由一级放大电路(C′)和二级放大电路(C″)串联后组成。
5.根据权利要求4所述的微颗粒物质浓度变送器，其特征在于所述的一级放大电路(C′)由电阻(R9′、R6～R10)、滑动变阻器(RT1)、电容(C3～C7)组以及放大器(F2)成，电容(C3)与电阻(R6)串联后接在放大器(F1)的输出端(I0+)与放大器(F2)的反相输入端之间，电容(C4)与电阻(R7)串联后接在放大器(F1)的输出端(I0-)端与放大器(F2)的同相输入端之间，电容(C3)、电阻(R6)的节点与电容(C4)、电阻(R7)的节点之间接有接地滑动电阻(RT1)，电容(C5)与电阻(R8)并联后两端分别与放大器(F2)的反相输入端、输出端相连，接地电阻(R9)接于电阻(R7)与放大器(F2)的同相输入端的节点上，放大器(F2)的输出端通过串接电阻(R9′、R10)与一级放大电路相连，电阻(R9′)与电阻(R10)之间的节点处接有接地电容(C6)，电阻(R10)与一级放大电路(C′)之间的节点处接有接地电容(C7)。
6.根据权利要求4所述的微颗粒物质浓度变送器，其特征在于所述的二级放大电路(C″)由电阻(R11～R20)、开关(K1～K8)、电容(C8)与(C9)、放大器(F3)组成，放大器(F3)的同相输入端与第一级放大电路(C′)相接，电阻(R12～R19)与开关(K1～K8)一一对应串联后，相互并联，再将一端接地，另一端与放大器(F3)的反相输入端相接，电容(C8)与电阻(R11)并联后并接在放大器(F3)的反相输入端与输出端之间，电阻(R20)一端与放大器(F3)的输出端相接，另一端接于交直流变换器(D)的输入端，电容(C9)接于交直流转换器(D)的输入端和电阻(R20)的节点之间。
7.根据权利要求2所述的微颗粒物质浓度变送器，其特征在于所述的交直流变换器(D)由电阻(R21～R25)、电容(C10～C12)、二极管(D1、D2)、滑动变阻器(RT2)以及放大器(F4)组成，放大器(F4)的同相输入端与二级放大电路(C″)的输出端相连接，电阻(R21)与电容(C10)并联后接于放大器(F4)的反相输入端和输出端之间，二极管(D1)阳极串接电阻(R22)后与二极管(D2)的阴极串接电阻(R23)后相互并联，两二极管(D1、D2)的节点经电容(C12)与放大器(F4)的输出端相连，两电阻(R22、R23)的节点其一路经电容(C11)接于放大(F4)的反相输入端，另一路与滑动电阻(RT2)相连，二极管(D2)与电阻(R23)的节点为交直流变换器(D)的输出端，其输出端经电阻(R24、R25)与隔离转换放大器(E)的正相端相连相，电容(C13)接于电阻(R24、R25)的节点处。
8.根据权利要求2所述的微颗粒物质浓度变送器，其特征在于所述的隔离转换放大器(E)的输入端与电阻(R25)相接，输出端与远程控制室相连。
专利摘要本实用新型涉及一种微颗粒物质浓度变送器，由电荷探测头和信号处理电路组成。由电荷探测头检测到的微颗粒物质介质和载气混合物所带静电信号，经过信号处理电路转换成与浓度信号呈单调曲线关系的电压信号，从而检测固相物质的浓度。本实用新型结构简单，体积小，安装方便，检测精度高，具有较强的抗干扰性，在各种工作现场均能稳定工作，可适用于冶金高炉、电站锅炉、化工流化床等浓度诸多领域中粉体微颗粒介质和载气混合物中固相物质浓度的检测。
文档编号G01N27/60GK2679679SQ20042001593
公开日2005年2月16日 申请日期2004年3月19日 优先权日2004年3月19日
发明者李志强, 王青, 魏平利, 何思满, 史现印 申请人:李志强