CN107121403A - 一种软磁铁氧体颗粒料喷雾含水量在线检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种软磁铁氧体颗粒料喷雾含水量在线检测装置及方法，属于软磁铁氧体生产技术领域。它包括近红外水分仪和控制器，所述近红外水分仪设置在喷雾干燥塔的出料口与振动筛的进料口上方的任意位置，控制器分别与近红外水分仪、喷雾干燥塔电气连接。本发明的软磁铁氧体颗粒料喷雾含水量在线检测装置，解决了喷雾时颗粒料含水量由喷雾塔的风量、负压以及出口温度等关联参数控制，实际水含量离线检测，不能及时反馈过程调整，造成颗粒料批次性不良；采用本发明的装置，可以在线实时测量含水量，即时调整，反馈控制参数的合理性，现场控制趋于直白化，便于智能化生产线的构建，颗粒料的含水量控制在0.1～0.3％。
Description
技术领域
本发明属于软磁铁氧体生产技术领域，更具体地说，涉及一种软磁铁氧体颗粒料喷雾含水量在线检测装置，还涉及一种该装置的检测方法。
背景技术
软磁铁氧体由铁等氧化物及其盐类，采用陶瓷工艺制成，具有高的起始导磁率，一般在1千赫至10兆赫的频率范围内使用，可制作电感器、变压器、滤波器的磁芯、磁头及天线棒。随着消费类产品向数字化和高性能发展，对磁性材料产品提出了更高的要求，如高清晰、数字化彩电、平板电视的电源电路、开关电源、笔记型电脑配接器及CCFL、LCD背光照明，就对软磁铁氧体的功率损耗、磁导率、使用频率提出了比模拟机更高的要求。此外，数字摄录机、音响设备、变频空调，以及国内计算机、办公自动化产品、通讯设备等领域的高速发展，对于开关电源、变压器、滤波器、扼流线圈、抗电磁干扰、宽频带变压器、脉冲变压器等元件需求激增，这些都是高档次软磁铁氧体的重要应用领域。
软磁铁氧体材料通过配料、预烧、研磨粉碎、喷雾造粒、混料、成型、烧结等工艺过程制作而成，由于喷雾造粒过程中因料浆水分挥发及设备的影响，造成喷雾颗粒料的含水量、松紧比重、流动性及粒度分布状态产生阶段性的变化，通过混料工艺可消除喷雾造粒过程所造成的不稳定，使颗粒料的一致性得到保证；在软磁铁氧体粉体制备过程中，最后雾化干燥后的成品料的物理特性中，含水量是很重要的参数，对后道压制工序有很大的影响，过高、过低或不均匀都会造成毛坯起层粘膜，影响坯件的密度和收缩率等，因此软磁铁氧体成型用颗粒料的混料工艺只能将颗粒料的含水量控制在0.1～0.3％。其中如中国专利申请号为201010600517.6，申请公布日为2012年7月11日的专利申请文件公开了一种锰锌铁氧体料粉的干燥方法，料粉经过喷雾造粒完成制造后，再进入干燥机，先进行加热干燥，后进行冷却干燥。本发明的方案将喷雾造粒后的料粉再进行干燥并冷却，可以使料粉的含水量一致性更好，一般喷雾干燥出来的料粉含水量只能控制在±0.1％，通过进一步加热干燥可以控制在±0.03％，而在加热干燥之后对料粉进行冷却，但是含水量为±0.03％太低了，不利于后续的成型压制。
对于软磁铁氧体成型用颗粒料的含水量检测，一般采用烘箱法以及现在普遍采用快速水分测试仪，均是运用烘干测试重量变化的原理，烘干时间比较长；加上喷雾出来的颗粒料含水量在0.1～0.3％，两种方法的测量精度无法满足要求；此外上述两种方法均是采用离线测试的方式，与智能化生产线理念不符合。
为了实现对料粉的含水量在线检测，中国专利申请号为201520289319.0，申请公布日为2015年8月26日的专利申请文件公开了一种带有在线含水量测量功能的喷雾干燥机，包括塔体、风机、热风加热器、浆料泵、雾化装置、出料口，在干燥机的出料部位还设置有在线含水量测量装置，含水量测量装置为电容式含水量测量装置，电容式含水量测量装置包括在线取样测量桶、测量探极和测量电路，测量探极同轴安装在在线取样测量桶中心位置，测量探极通过探极引线与测量电路连接。该装置的含水量测定时间长，无法实现连续性含水量检测。
此外，中国专利申请号为201520598717.0，申请公布日为2016年4月27日的专利申请文件公开了一种粉料食品水分在线检测装置，该装置采用透射式微波信号检测方法，通常微波透射被测介质时产生衰减、相位改变，微波发射探头从一侧发射能量，透过物料后在另一侧的检波器接收剩余能量，根据微波功率的衰减和相位移的改变，可计算出物料的含水量。该装置用于粉料食品水分在线检测，由于食品与软磁铁氧体之间以及生产工艺上存在巨大的差异，两者并不能互相替换使用，更不能简单的直接进行应用。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有采用烘箱法以及现在普遍采用快速水分测试仪，均是运用烘干测试重量变化的原理，烘干时间比较长，测量精度无法满足要求，以及采用离线测试的方式，与智能化生产线理念不符合的问题，本发明提供一种软磁铁氧体颗粒料喷雾含水量在线检测装置及方法，实现在线实时检测颗粒料的含水量，含水量检测精确，并且及时反馈给喷雾塔进行参数调整，含水量调整快速。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明的工作原理是：在线近红外水分仪根据水分子对某些波长的近红外光吸收特别强烈的原理工作的，水分子在近红外光域内有特征吸收峰，水分子对附近的近红外光吸收强烈，如果用这两个波长的近红外光照射被测物质，就可以通过测量透射光或反射光的衰减程度来测量物质的水分。
本发明的一种软磁铁氧体颗粒料喷雾含水量在线检测装置，包括近红外水分仪和控制器，所述近红外水分仪设置在喷雾干燥塔的出料口与振动筛的进料口之间，控制器分别与近红外水分仪、喷雾干燥塔电气连接。
作为本发明的进一步改进，所述近红外水分仪包括探测器和发射器，发射器发射出一道参照光和一道测量光，探测器用于接受参照光和测量光的反射光，并依次转换为电信号，传输至控制器，由控制器输出控制信号给喷雾干燥塔。
作为本发明的进一步改进，所述喷雾干燥塔的出料口外侧设置固定支架，近红外水分仪安装在固定支架上，其头部正对颗粒料的下落方向。
作为本发明的进一步改进，所述还包括空压机，空压机与控制器电气连接，固定支架呈中空状，空压机的出气管与固定支架连接连通，整个固定支架内呈微正压状态。
作为本发明的进一步改进，所述固定支架由连接部及与连接部一体的安装部构成L形，连接部上设置有外螺纹与喷雾干燥塔的出料口外侧的预设螺孔配合，连接部与空压机的出气管相接连通；近红外水分仪置于安装部内，且形成有间隙。
作为本发明的进一步改进，所述安装部的头部为缩口状，内部气流由头部喷出时，形成一个锥形的正压空间。
作为本发明的进一步改进，所述出气管上设置有电动阀门，电动阀门与控制器电气连接，通过控制电动阀门，使得固定支架内始终处于微正压状态。
作为本发明的进一步改进，所述控制器为中控计算机，中控计算机通过DCS控制线路分别与喷雾干燥塔、振动筛、近红外水分仪、空压机进行连接。
本发明的另一目的是提供了一种软磁铁氧体颗粒料喷雾含水量在线检测方法，包括以下具体步骤：
1)、开启电动阀门，空压机工作，固定支架内处于微正压状态；
2)、控制器输出信号，控制喷雾干燥塔、振动筛开始工作，近红外水分仪的发射器先后发射出一道参照光和一道测量光，参照光和测量光的波长为1940nm，先后时间间隔0.05-0.1s，近红外水分仪使用安装在转轮上的高精密红外滤光片，允许参照光和测量光交替地通过滤光片，被保留的光束会聚焦在颗粒料上，首先是参照光被投影在颗粒料上，然后是测量光被投影在颗粒料上，这两个具有时序的光能脉冲会被反射回到一个探测器，依次转换成两个电信号，输送至控制器；
3)、通过在控制器上预设颗粒料水分含量与信号强弱的对应关系，两个电信号结合形成一个比例，对比相关数据，可以得出颗粒料的含水量。
在该检测方法中，所述控制器通过控制电动阀门，使得固定支架内始终处于微正压状态，微正压的范围值为0～2500pa。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的软磁铁氧体颗粒料喷雾含水量在线检测装置，解决了喷雾时颗粒料含水量由喷雾塔的风量、负压以及出口温度等关联参数控制，实际水含量离线检测，不能及时反馈过程调整，造成颗粒料批次性不良；采用本发明的装置，可以在线实时测量含水量，即时调整，反馈控制参数的合理性，现场控制趋于直白化，便于智能化生产线的构建，颗粒料的含水量控制在0.1～0.3％；
(2)本发明的软磁铁氧体颗粒料喷雾含水量在线检测装置，体积小，在振动筛的振动环境中，近红外水分仪不受影响，且固定支架不易形变弯曲，工作稳定性及好；
(3)本发明的软磁铁氧体颗粒料喷雾含水量在线检测装置，采用空压机为固定支架提供气源，并由电动阀门进行气量控制，使得固定支架内呈0～2500pa的微正压，由于振动筛的振动工作，造成颗粒料中的小颗粒粉料产生扬尘，且小颗粒粉料具有一定磁性，固定支架的微正压，避免小颗粒粉料进入固定支架内，防止堵塞固定支架；
(4)本发明的软磁铁氧体颗粒料喷雾含水量在线检测装置的各个部件采用DCS控制线路，信号传输稳定、及时，便于生产的控制，保障企业的生产顺利进行；
(5)本发明结构简单，设计合理，易于制造。
附图说明
图1为本发明软磁铁氧体颗粒料喷雾含水量在线检测装置的结构示意图；
图2为本发明软磁铁氧体颗粒料喷雾含水量在线检测装置固定支架的结构示意图；
图3为本发明近红外水分仪的光强度与含水量曲线。
图中：1、喷雾干燥塔；2、振动筛；3、近红外水分仪；4、控制器；5、固定支架；5-1、连接部；5-2、安装部；6、空压机。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
如图1和图2所示，本发明的一种软磁铁氧体颗粒料喷雾含水量在线检测装置，包括近红外水分仪3和控制器4，近红外水分仪3设置在喷雾干燥塔1的出料口与振动筛2的进料口之间的任意位置，控制器4分别与近红外水分仪3、喷雾干燥塔1电气连接。本发明所述的任意位置应理解为：喷雾干燥塔1的出料口与振动筛2的进料口之间的空间，但是近红外水分仪3的安装距离不超过其有效的工作范围内。
本发明的工作原理是：在线近红外水分仪根据水分子对某些波长的近红外光吸收特别强烈的原理工作的，水分子在近红外光域内有特征吸收峰，水分子对附近的近红外光吸收强烈，如果用这两个波长的近红外光照射被测物质，就可以通过测量透射光或反射光的衰减程度来测量物质的水分。因此，近红外水分仪3包括探测器和发射器，发射器发射出一道参照光和一道测量光，探测器用于接受参照光和测量光的反射光，并依次转换为电信号，传输至控制器4，由控制器4输出控制信号给喷雾干燥塔1。
请参见附图2，喷雾干燥塔1的出料口与振动筛2的进料口相连接，喷雾干燥的颗粒料进入振动筛2内，获得合理颗粒分布的料粉，喷雾干燥塔1的出料口外侧设置固定支架5，近红外水分仪3安装在固定支架5上，其头部正对颗粒料的下落方向。
实施例2
在实施例1的基础上，本发明的一种软磁铁氧体颗粒料喷雾含水量在线检测装置，还包括空压机6，空压机6与控制器4电气连接，固定支架5呈中空状，空压机6的出气管与固定支架5连接连通，固定支架5由连接部5-1及与连接部5-1一体的安装部5-2构成L形，连接部5-1上设置有外螺纹与喷雾干燥塔1的出料口外侧的预设螺孔配合，连接部5-1与空压机6的出气管相接连通；近红外水分仪3置于安装部5-2内，且形成有间隙，整个固定支架5内呈微正压状态。此外，安装部5-2的头部为缩口状，内部气流由头部喷出时，形成一个锥形的正压空间。出气管上设置有电动阀门，电动阀门与控制器4电气连接，通过控制电动阀门，使得固定支架5内始终处于微正压状态。控制器4为中控计算机，中控计算机通过DCS控制线路分别与喷雾干燥塔1、振动筛2、近红外水分仪3、空压机6进行连接，信号传输稳定、及时，便于生产的控制，保障企业的生产顺利进行。
本发明的装置，体积小，在振动筛2的振动环境中，近红外水分仪3不受影响，且固定支架5不易形变弯曲，工作稳定性及好。
采用空压机6为固定支架5提供气源，并由电动阀门进行气量控制，使得固定支架2内呈0～2500pa的微正压，由于振动筛2的振动工作，造成颗粒料中的小颗粒粉料产生扬尘，且小颗粒粉料具有一定磁性，固定支架5的微正压，避免小颗粒粉料进入固定支架5内，防止堵塞固定支架5。
实施例3
本发明的一种软磁铁氧体颗粒料喷雾含水量在线检测方法，包括以下具体步骤：
1)、开启电动阀门，空压机6工作，固定支架5内处于微正压状态，清除部分附着在固定支架头部的小颗粒粉料；
2)、控制器4输出信号，控制喷雾干燥塔1、振动筛2开始工作，近红外水分仪3的发射器先后发射出一道参照光和一道测量光，参照光和测量光的波长为1940nm，先后时间间隔0.05-0.1s，在这个时间范围内，均可实现两束光的对比，近红外水分仪3使用安装在转轮上的高精密红外滤光片，允许参照光和测量光交替地通过滤光片，被保留的光束会聚焦在颗粒料上，首先是参照光被投影在颗粒料上，然后是测量光被投影在颗粒料上，这两个具有时序的光能脉冲会被反射回到一个探测器，依次转换成两个电信号，输送至控制器4；
3)、通过在控制器4上预设颗粒料水分含量与信号强弱的对应关系，两个电信号结合形成一个比例，对比相关数据，可以得出颗粒料的含水量。
在该检测方法中，控制器4通过控制电动阀门，使得固定支架5内始终处于微正压状态，微正压的范围值为0～2500pa。
在提出本发明之前，由于软磁铁氧体颗粒料的成分较为复杂，同时，软磁铁氧体颗粒料含有大量的金属元素及金属氧化物，极容易吸附空气中的水汽，常用的方法是烘箱法或快速水分测试仪，运用烘干测试重量变化的原理，烘干时间比较长，且无法实现含水量的连续检测，调整不及时，颗粒料的含水量无法得到精确的控制。
相比较而言，对于食品领域而言，检测装置采用的是微波信号，相同的物料，其含水率升高，检波器收集得到的微波信号降低，两者接近线性关系；但物料含水率的检测结果会受物料本身温度影响，因此需建立微波信号与温度变化影响关系曲线，并对其信号进行温度补偿。但是该装置不适合本发明的铁氧体，原因是微波信号极容易被金属元素吸收或屏蔽掉。
值得说明的是，虽然近红外水分仪已被广泛应用到生活中的很多方面，但是，在铁氧体生产领域，采用近红外水分仪对颗粒料进行应用，并未有国内外进行报道。除非有充足的证据支持，否则这里的说明并不意味着承认这些现有技术在本申请的申请日之前为本发明所涉及领域的普通技术人员公知。
此外，水分子对波长为1940nm、1450nm、1190nm、970nm、760nm有较强的吸收。在水的近红外吸收峰中，1190nm波长处的吸收率小，一般用于大于50％的湿度测量；2950nm波长处的吸收率过大，测湿的范围窄，一般用于小范围高精度的测量；1450nm、1940nm波长的吸收率较为适当，可用于工业领域的测湿。发明人正是通过大量的试验和研究，分析近红外水分仪和软磁铁氧体颗粒料的性能，选择了参照光和测量光的波长为1940nm。近红外水分仪的光强度与含水量计算数据如表1及如图2所示的曲线。
表1近红外水分仪的光强度与含水量计算数据
本发明的实践证明，在铁氧体生产领域，1940nm波长比1450nm波长的灵敏度更高，线性更好，线性关系为-0.99971，测量的颗粒料的含水量精度更高，表2为本发明与传统的快速水分测试仪IR35测量含水量的对比结果。
表2本发明与传统的快速水分测试仪IR35测量含水量的对比
由上表数据对比可知，与传统的快速水分测试仪比照，数据偏差满足生产的需求。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种软磁铁氧体颗粒料喷雾含水量在线检测装置，其特征在于，包括近红外水分仪(3)和控制器(4)，所述近红外水分仪(3)设置在喷雾干燥塔(1)的出料口与振动筛(2)的进料口之间，控制器(4)分别与近红外水分仪(3)、喷雾干燥塔(1)电气连接。
2.根据权利要求1所述的软磁铁氧体颗粒料喷雾含水量在线检测装置，其特征在于，所述近红外水分仪(3)包括探测器和发射器，发射器发射出一道参照光和一道测量光，探测器用于接受参照光和测量光的反射光，并依次转换为电信号，传输至控制器(4)，由控制器(4)输出控制信号给喷雾干燥塔(1)。
3.根据权利要求1或2所述的软磁铁氧体颗粒料喷雾含水量在线检测装置，其特征在于，所述喷雾干燥塔(1)的出料口外侧设置固定支架(5)，近红外水分仪(3)安装在固定支架(5)上，其头部正对颗粒料的下落方向。
4.根据权利要求3所述的软磁铁氧体颗粒料喷雾含水量在线检测装置，其特征在于，所述还包括空压机(6)，空压机(6)与控制器(4)电气连接，固定支架(5)呈中空状，空压机(6)的出气管与固定支架(5)连接连通，整个固定支架(5)内呈微正压状态。
5.根据权利要求4所述的软磁铁氧体颗粒料喷雾含水量在线检测装置，其特征在于，所述固定支架(5)由连接部(5-1)及与连接部(5-1)一体的安装部(5-2)构成L形，连接部(5-1)上设置有外螺纹与喷雾干燥塔(1)的出料口外侧的预设螺孔配合，连接部(5-1)与空压机(6)的出气管相接连通；近红外水分仪(3)置于安装部(5-2)内，且形成有间隙。
6.根据权利要求5所述的软磁铁氧体颗粒料喷雾含水量在线检测装置，其特征在于，所述安装部(5-2)的头部为缩口状，内部气流由头部喷出时，形成一个锥形的正压空间。
7.根据权利要求5所述的软磁铁氧体颗粒料喷雾含水量在线检测装置，其特征在于，所述出气管上设置有电动阀门，电动阀门与控制器(4)电气连接，通过控制电动阀门，使得固定支架(5)内始终处于微正压状态。
8.根据权利要求1所述的软磁铁氧体颗粒料喷雾含水量在线检测装置，其特征在于，所述控制器(4)为中控计算机，中控计算机通过DCS控制线路分别与喷雾干燥塔(1)、振动筛(2)、近红外水分仪(3)、空压机(6)进行连接。
9.一种软磁铁氧体颗粒料喷雾含水量在线检测方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
1)、开启电动阀门，空压机(6)工作，固定支架(5)内处于微正压状态；
2)、控制器(4)输出信号，控制喷雾干燥塔(1)、振动筛(2)开始工作，近红外水分仪(3)的发射器先后发射出一道参照光和一道测量光，参照光和测量光的波长为1940nm，先后时间间隔0.05-0.1s，近红外水分仪(3)使用安装在转轮上的高精密红外滤光片，允许参照光和测量光交替地通过滤光片，被保留的光束会聚焦在颗粒料上，首先是参照光被投影在颗粒料上，然后是测量光被投影在颗粒料上，这两个具有时序的光能脉冲会被反射回到一个探测器，依次转换成两个电信号，输送至控制器(4)；
3)、通过在控制器(4)上预设颗粒料水分含量与信号强弱的对应关系，两个电信号结合形成一个比例，对比相关数据，可以得出颗粒料的含水量。
10.根据权利要求9所述的软磁铁氧体颗粒料喷雾含水量在线检测方法，其特征在于，所述控制器(4)通过控制电动阀门，使得固定支架(5)内始终处于微正压状态，微正压的范围值为0～2500pa。
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