CN104338624B - 一种离心机转子状态自动识别系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离心机转子状态自动识别系统，包括单片机、霍尔传感器、传感器支架、磁钢组件和报警组件，所述的单片机分别连接霍尔传感器和报警组件，所述的磁钢组件固定在转子底部，并随转子转动，所述的传感器支架设在转子下方，所述的霍尔传感器设在传感器支架上；转子带动磁钢组件旋转，霍尔传感器根据磁钢组件发出高低电平信号，并传输给单片机，单片机根据接收到的信号对转子进行识别，根据识别结果向报警组件发送报警信号，报警组件根据报警信号发出报警。与现有技术相比，本发明可对转子进行识别，提高整机的安全性，让操作者了解转子的预期寿命，更换或延续使用转子。

Description

一种离心机转子状态自动识别系统

技术领域

本发明涉及一种转子运行监测装置，尤其是涉及一种离心机转子状态自动识别系统。

背景技术

转子是离心机的核心部件，一个多功能离心机通常可以配多个转子，靠不同型号的转子来满足不同的需要来实现其“多功能”的，常见的转子按其结构不同可分为水平转子和固定角转子，另外还有连续流转子、区带转子、淘洗转子、垂直转子等等。固定角转子的材料一般是调质LY12、LC4或碳纤维；水平转子常见的为铸铝或铸造不锈钢，其成分也可按强度或其它要求作调整。转子不仅直接影响分离效果，它也是离心机技术中的主要受力部件，对离心机的安全极为重要，可以说离心机中所有系统的配置都是为了确保转子在一定条件下安全运转。现在大部分离心机都没有转子识别系统，如果设定转速超过它的最高转速或在其临界转速范围甚至以更高的速度运行，会影响离心机整体性能，如果有转子材料缺陷、使用中被腐蚀、转子超过使用寿命而发生转子缺陷、转轴缺陷等原因存在就会引起意想不到的故障和危险，严重时会发生重大事故，有的造成转子开裂，甚至碎成几块，砸向内腔，使离心机机体发生扭转，破坏机构，严重时碎片会撞开盖门，高速逸出，转子个数越多，这种危险性越大，转速在30000rpm以上的超速离心机，危险性更大，若能采用转子识别技术就能使避免转子最高转速的误设，使其在最高转速范围内运行，防止转子超过其最高转速，对转子的运转进行统计，对整机的运行转速进行统计，最大程度避免操作人员和实验室设备受到人身伤害和财产损失。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可对转子进行识别、提高离心机运行稳定性的离心机转子状态自动识别系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种离心机转子状态自动识别系统，包括单片机、霍尔传感器、传感器支架、磁钢组件和报警组件，所述的单片机分别连接霍尔传感器和报警组件，所述的磁钢组件固定在转子底部，并随转子转动，所述的传感器支架设在转子下方，所述的霍尔传感器设在传感器支架上；

转子带动磁钢组件旋转，霍尔传感器根据磁钢组件发出高低电平信号，并传输给单片机，单片机根据接收到的信号对转子进行识别，根据识别结果向报警组件发送报警信号，报警组件根据报警信号发出报警。

所述的霍尔传感器与磁钢组件的距离为3-5mm。

所述的磁钢组件至少设有一组。

所述的磁钢组件包括第一基准磁钢、第二基准磁钢和多个编号磁钢，各磁钢分布设置在同一圆的圆周上。

所述的第二基准磁钢位于第一基准磁钢逆时针方向间隔30度处，逆时针方向与第二基准磁钢间隔60度处为第一个编号磁钢，其余编号磁钢依次与第一个编号磁钢逆时针方向间隔30度设置。

所述的识别结果包括转子类型、磁钢组件是否正常及转子旋转圈数。

所述的多个编号磁钢与各转子类型一一对应。

所述的单片机对转子类型进行识别具体包括以下步骤：

1)根据霍尔传感器发出的相邻两个高低电平信号的时间比，判断该时间比是否超出正常范围，若是，则磁钢组件失常，执行步骤4)，若否，则执行步骤2)；

2)根据时间比判定转子类型，并判断当前设定的转子转速是否超出该转子类型的最高转速，若是，则执行步骤4)，若否，则执行步骤3)；

3)根据转子运转时间和转速，得到转子旋转圈数，并对该转子的旋转圈数据进行累积，判断累积值是否超出设定值，若是，则执行步骤4)；

4)发送相应报警信号至报警组件，并断电。

所述的报警组件包括分别与单片机连接的数码管和蜂鸣器，所述的数码管用于显示报警类型，所述的蜂鸣器用于发出蜂鸣声。

所述的转子连接有主轴，所述的主轴外套设有轴套，所述的传感器支架与该轴套连接。

与现有技术相比，本发明通过对多个转子进行识别，起到安全防护作用，也可以分别记录各个转子的运行时间等的历史记录，累积运行转数达到转子事先设定的额定寿命转数，可以发出提示和报警信息，提高整机的安全性，让操作者了解转子的预期寿命，更换或延续使用该转子，让离心机的使用者更安心。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中磁钢片的分布示意图；

图3为本发明采用的霍尔传感器的结构示意图；

图4为霍尔传感器输出高低电平时间示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，一种离心机转子状态自动识别系统，包括单片机、霍尔传感器3、传感器支架4、磁钢组件2和报警组件，所述的单片机分别连接霍尔传感器3和报警组件，所述的磁钢组件2固定在转子1底部，并随转子1转动，所述的传感器支架4设在转子1下方，所述的霍尔传感器3设在传感器支架4上；转子1带动磁钢组件2低速旋转，霍尔传感器3根据磁钢组件发出高低电平信号，并传输给单片机，单片机根据接收到的信号对转子进行识别，根据识别结果向报警组件发送报警信号，报警组件根据报警信号发出报警。

上述识别系统的识别原理为：每种转子在低速(500rpm)时进行转子识别，即通过检测参数和事前存储的参数的比较，确认转子型号，存储的转子的最高转速，如果设定转速超出了最高转速，系统会自动修正操作人员设定的转速，使其在安全的速度下运行，并提醒操作人员设置的转速错误；还可对每种转子的运行时间进行自动累加，超过允许运行时间，就会提醒操作人员更换新转子，从而可取代以往操作人员的手工记录，保证离心机正常运行和工作人员的人身安全。

所述的转子1连接有主轴5，所述的主轴5外套设有轴套，所述的传感器支架4与该轴套连接，通过轴套安装在轴的外部、临近转子下端面的中心孔的60度的斜面上。所述的霍尔传感器与磁钢组件的距离为3-5mm。

所述的磁钢组件至少设有一组。如图2所示，磁钢组件包括第一基准磁钢A、第二基准磁钢B和多个编号磁钢，各磁钢分布设置在同一圆的圆周上。所述的第二基准磁钢B位于第一基准磁钢A逆时针方向间隔30度处，逆时针方向与第二基准磁钢B间隔60度处为第一个编号磁钢C，其余编号磁钢依次与第一个编号磁钢C逆时针方向间隔30度设置，即第二个编号磁钢与第一个编号磁钢间隔30度，第三个编号磁钢与第二个编号磁钢间隔30度，依此类推。所述的多个编号磁钢与各转子类型一一对应，第一个编号磁钢对应一号转子，第二个编号磁钢对应二号转子，依此类推。

如图3所示，本实施例的霍尔传感器采用ALLEGRO公司的A1102霍尔传感器，该传感器是314X传感器的替代品，具有独特的结构和低偏置放大器，使信号噪声最小，并减少来自温度漂移，热应力等剩余电压偏移。供电电压5V，可在恶劣条件下使用。三根线只占用单片机一个接口和一个电源线。

所述的识别结果包括转子类型、磁钢组件是否正常及转子旋转圈数。所述的单片机对转子类型进行识别具体包括以下步骤：

1)根据霍尔传感器发出的相邻两个高低电平信号的时间比，判断该时间比是否超出正常范围(超过±15％)，若是，则磁钢组件失常，执行步骤4)，若否，则执行步骤2)；

2)根据时间比判定转子类型，并判断当前设定的转子转速是否超出该转子类型的最高转速，若是，则执行步骤4)，若否，则执行步骤3)；

3)根据转子运转时间和转速，得到转子旋转圈数，并对该转子的旋转圈数据进行累积，判断累积值是否超出设定值，若是，则执行步骤4)；

4)发送相应报警信号至报警组件，并断电。

所述的报警组件包括分别与单片机连接的数码管和蜂鸣器，所述的数码管用于显示报警类型，所述的蜂鸣器用于发出蜂鸣声。

针对离心机产品的特点和转子的容量、大小规格，选择转子配置最多的成熟产品高速冷冻离心机，采用霍尔传感器和磁钢编码固定在转子底部，进行转子识别的试验，来识别它的九个固定角度转头，详细参数如下表1：

表1

由于离心管形状、尺寸和其他原因，见转子高度和直径相差很大，直径最大相差160mm，高度最多相差89mm，最高转速最高是21000rpm，最低是6000rpm。

根据转子的机械外形特点，把9个转子分为2组，第一组5个转子的磁钢安装位置基本在同一个平面上，磁钢固定在一个同心圆上，如图2所示：

带阴影线的两个磁钢为基准位置，相隔30度，逆时针方向第一个间隔60度为一号转子的标志，第二个增加30度是二号转子的标志，依次第三个在增加30度是三号转子，第四个是四号转子…，这个平面上可以识别8个转子(在本高速冷冻离心机上有5个转子在这一平面上)，在另外一个平面上也用同样的方法：固定两个夹角固定的基准磁钢，然后是作为标志的那个磁钢，也可以做八个转子的标志(这台机型上有四个转子再次平面上)。这样就解决了这台机器上9个转子的编码问题。因为这台机器是转子数最多的，所以在其他机型上也可以用同样的方法进行编码，然后识别，比较。

在500rpm的转速时，通过两个基准磁钢的时间是

T＝(30/360)*6.28/W，其中角速度W＝500×6.28/60＝52.33弧度/S

T＝0.01S，磁钢直径为5mm，

单片机比较相邻两个高电平T2和T4的时间，如果N＝T4/T2，如果N＝2(±15％)则判定为是1号转子，如果N＝3则判定为2号转子，N＝4为三号转子，以此类推。然后将设定的转子转速和存储的最高转速相比较，如果超出了最高转速，则在数码管上显示R ERR，并发出滴滴的蜂鸣，停止运行，如果监测到倍数超过正常范围，说明磁钢片掉了，也会发出报警提示：数码管显示M ERR和蜂鸣声。单片机也可以取运转时间和转速的参数相乘，得到旋转圈数，累积到每种转子的记录中，超过预先设定的值发出LERR的报警和蜂鸣声，提示转子的预期寿命已到，应进行转子的检修或确定正常安全使用。

Claims (6)

1.一种离心机转子状态自动识别系统，其特征在于，包括单片机、霍尔传感器、传感器支架、磁钢组件和报警组件，所述的单片机分别连接霍尔传感器和报警组件，所述的磁钢组件固定在转子底部，并随转子转动，所述的传感器支架设在转子下方，所述的霍尔传感器设在传感器支架上；

所述的磁钢组件包括第一基准磁钢、第二基准磁钢和多个编号磁钢，各磁钢分布设置在同一圆的圆周上；

转子带动磁钢组件旋转，霍尔传感器根据磁钢组件发出高低电平信号，并传输给单片机，单片机根据接收到的信号对转子进行识别，根据识别结果向报警组件发送报警信号，报警组件根据报警信号发出报警，所述的识别结果包括转子类型、磁钢组件是否正常及转子旋转圈数；

所述的多个编号磁钢与各转子类型一一对应；

所述的单片机对转子类型进行识别具体包括以下步骤：

1)根据霍尔传感器发出的相邻两个高低电平信号的时间比，判断该时间比是否超出正常范围，若是，则磁钢组件失常，执行步骤4)，若否，则执行步骤2)；

2)根据时间比判定转子类型，并判断当前设定的转子转速是否超出该转子类型的最高转速，若是，则执行步骤4)，若否，则执行步骤3)；

3)根据转子运转时间和转速，得到转子旋转圈数，并对该转子的旋转圈数据进行累积，判断累积值是否超出设定值，若是，则执行步骤4)；

4)发送相应报警信号至报警组件，并断电。

2.根据权利要求1所述的一种离心机转子状态自动识别系统，其特征在于，所述的霍尔传感器与磁钢组件的距离为3-5mm。

3.根据权利要求1所述的一种离心机转子状态自动识别系统，其特征在于，所述的磁钢组件至少设有一组。

4.根据权利要求1所述的一种离心机转子状态自动识别系统，其特征在于，所述的第二基准磁钢位于第一基准磁钢逆时针方向间隔30度处，逆时针方向与第二基准磁钢间隔60度处为第一个编号磁钢，其余编号磁钢依次与第一个编号磁钢逆时针方向间隔30度设置。

5.根据权利要求1所述的一种离心机转子状态自动识别系统，其特征在于，所述的报警组件包括分别与单片机连接的数码管和蜂鸣器，所述的数码管用于显示报警类型，所述的蜂鸣器用于发出蜂鸣声。

6.根据权利要求1所述的一种离心机转子状态自动识别系统，其特征在于，所述的转子连接有主轴，所述的主轴外套设有轴套，所述的传感器支架与该轴套连接。