CN109225490A - 基于静电法的管磨机料位检测系统及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于管磨机料位检测领域，具体涉及一种基于静电法的管磨机料位检测系统，包括管磨机的磨筒体以及静电荷测量单元；静电荷测量单元包括设置在磨筒体长度方向上的测量磨筒体内料静电荷的多个静电传感器、与多个静电传感器连接的信号采集和处理装置以及为静电传感器供电的供电单元。本申请利用管磨机运转过程中，每转动一周，检测器能够检测到料从无到有，通过计算检测器和料接近的时间，信号周期，测算出磨筒体内物料的料位情况，以及磨转速。

Description

基于静电法的管磨机料位检测系统及其使用方法
技术领域
本发明属于管磨机料位检测领域，具体涉及一种基于静电法的管磨机料位检测系统及其使用方法。
背景技术
在建材、矿山、冶金、化工等行业的管磨机系统中，磨内的物料数量和粉磨效率是相关的，物料太多或太少粉磨效率都会下降，从而导致电耗增加，而管磨机内物料量的检测一直是个难题，通常采用经验判断或者基于声音和磨筒体震动的电耳技术进行判断，判断管磨机是否处于饱磨或空磨状态，通过传感器测试钢球与管磨机之间碰撞摩擦发出的声音信号(或者磨筒体震动信号)，并经过信号处理得到磨筒体内物料状态，但是磨音检测系统也有其弊端，干扰信号较多，测量很不准确。另一种是将音频检测器安装在管磨机上，情况有所改善但仍然属于磨音检测，存在弊端。也有根据物料压力带给磨筒体的形变信号检测磨筒体内料位的方法,但是因为物料的重量(研磨体+衬板+壳体)与磨筒体内物料的重量相差巨大,测量其信号对应力传感器的精度要求非常高，不利于推广应用。因此，设计一种可以精确测量磨筒体内的物料数量的检测系统意义重大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种基于静电法的管磨机料位检测系统及其使用方法。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：
一种基于静电法的管磨机料位检测系统，包括管磨机的磨筒体以及静电荷测量单元；静电荷测量单元包括设置在磨筒体长度方向上的测量磨筒体内料静电荷的多个静电传感器、与多个静电传感器连接的信号采集和处理装置以及为静电传感器供电的供电单元。
静电传感器设置在磨筒体与衬板连接处并低于衬板，或者设置在隔仓板夹层内。
供电单元为电池或者发电机中的一种；发电机依靠磨筒体转动发电。
静电传感器与钻孔螺栓把信号引出磨体；静电传感器与螺栓接触处设置绝缘体。
本申请的检测系统的原理主要是基于磨筒体内物料带有静电，通过检测磨筒体内部的静电信号便可得知是否有物料和检测器接近，信号采集和处理装置的放大电路等部分在磨筒体外部安装固定，并随磨筒体一起旋转，静电传感器的探棒通过磨筒体与衬板连接螺栓上的预设钻孔，深入磨筒体内，探棒前端有检测帽来提高灵敏度，高度低于螺栓头部或衬板外层2-3mm，防止被磨损。
磨筒体每旋转一周都会经历静电传感器和料接触(信号表示为1)，然后再分离(信号表示为0)的周期，磨筒体不停的旋转就得到1，0交替的周期信号。Tr的计算方式为磨筒体磨旋转一周的时间刚好信号的周期,可以用计时或对信号做FFT方式求得，Ts为静电传感器与料接近的时间也可以用计时的方式得到，最后计算出Ts/Tr再经过滤波消除噪声。磨机转速(周期倒数)也同时精确测量。
磨筒体内的料位的计算公式可为(％)＝h2/r；其中r:磨筒体内的有效半径；h1:料面到磨筒体轴心的距离h1＝r*cos((π*Ts/Tr))；h2＝r–h1。
磨筒体内的料位的计算公式也可表示为：(％)＝当前磨筒体内物料占有的体积(包含研磨体)/磨筒体内总空间。由于磨筒体可以看作圆柱体所以磨筒体内物料的体积正比于截面面积，截面面积S＝π*(Ts/Tr)*r2-a*h1/2，其中，a:料面的弦长＝2*r*s in(π*Ts/Tr)。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本申请中静电传感器只检测是否有料靠近传感器，把静电传感器的电场强度信号做一个范围(具体的阈值可以自动动态调整)判断，得到是否有料开关量信号，静电传感器的精度与最终料位测量精度无关，静电传感器只要能区分有无料信号两种状态即可,所以用低精度低成本的传感放大以及转换器件。
同时,本申请中利用静电传感器还可以精确测量磨机转速。
附图说明
图1为本发明基于静电法的管磨机料位检测系统的结构示意图；
图2为本发明磨筒体旋转示意图；
图3示出r＝3时的仿真数据图。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1示出一种基于静电法的管磨机料位检测系统的传感器部分，包括管磨机的磨筒体1以及静电荷测量单元；静电荷测量单元包括设置在磨筒体长度方向上的测量磨筒体内料静电荷的多个静电传感器4、与多个静电传感器连接的信号采集和处理装置5以及为静电传感器供电的供电单元。
静电传感器设置在磨筒体与衬板连接处并低于衬板2，或者设置在隔仓板夹层内。本申请中衬板与磨筒体通过螺栓3连接；静电传感器设置在螺栓预设的钻孔内，静电传感器与螺栓接触处设置绝缘层。静电传感器的前端为金属探棒帽(图中黑色半球形)，针对管磨机型号，提前布置静电传感器的安装部位，主要在固定衬板的螺栓上进行固定，也可以在其他衬板夹层部位进行固定(可以防止磨损)。固定前需要在螺栓上打一个通孔，然后把包有绝缘层的顶部有金属探棒帽(增大灵敏度)的金属探棒从内部穿过磨体外部，金属探棒帽的高度略低于螺栓头部或者衬板外层2-3mm,防止静电传感器的金属探棒帽被研磨体磨损。
供电单元为电池或者发电机中的一种；发电机依靠磨筒体转动发电。静电传感器可以采用长效电池(10年左右的)供电，也可以采用摆锤发电机供电。在磨磨筒体转动过程中，依靠摆锤的重力作用带动发电机发电。
信号采集和处理装置的电路放大器设置在磨筒体的外部，并随管磨机一起旋转,检测信号ADC后通过无线芯片和地面接收器通信,实时把静电信号传给地面接收器。地面接收器收到实时的静电电场强度的信号，做一个范围(具体的阈值可以自动动态调整)判断，随着磨不停的旋转得到周期性的0(和料无接触),1(传感器和料接触)交替开信号，通过分析这个信号得到Ts/Tr(Ts：静电传感器与料接近的时间也可以用计时的方式得到，Tr的计算方式为筒体磨旋转一周的时间刚好信号的周期,可以用计时或对信号做FFT方式求得，最后计算出Ts/Tr再经过滤波消除噪声。磨机转速(周期倒数)也同时精确测量。
磨筒体内的料位的计算公式可以采用(％)＝h2/r；图2为本发明磨筒体旋转示意图；其中r:磨筒体内的有效半径；h1:料面到磨筒体轴心的距离；h1＝r*cos((π*Ts/Tr))；h2＝r–h1。
磨筒体内的料位的计算公式也可以采用：(％)＝当前磨筒体内物料占有的体积(包含研磨体)/磨筒体内总空间。由于磨筒体可以看作圆柱体所以磨筒体内物料的体积正比于截面面积，截面面积S＝π*(Ts/Tr)*r2-a*h1/2，其中，a:料面的弦长＝2*r*s in(π*Ts/Tr)，基于以上公式可知据Ts/Tr计算磨内料位。
从的公式看,料位和直接测得接触物料的时长与一周总时长比是非线性函数，但下边的图3表明在实际可能的磨的工况内,此方法具有很好的分辨力。图3示出假设r＝3，实际磨筒体内料位和磨筒体直径r无关。因此通过静电传感器测的接触时间，从而计算出磨筒体内料位，简单方便，且误差小。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种基于静电法的管磨机料位检测系统，其特征在于，包括管磨机的磨筒体以及静电荷测量单元；静电荷测量单元包括设置在磨筒体长度方向上的测量磨筒体内料静电荷的多个静电传感器、与多个静电传感器连接的信号采集和处理装置以及为静电传感器供电的供电单元。
2.根据权利要求1所述的基于静电法的管磨机料位检测系统，其特征在于，静电传感器设置在磨筒体与衬板连接处并低于衬板，或者设置在隔仓板夹层内。
3.根据权利要求2所述的基于静电法的管磨机料位检测系统，其特征在于，衬板与磨筒体通过螺栓连接；静电传感器设置在螺栓预设的钻孔内，静电传感器与螺栓接触处设置绝缘体。
4.根据权利要求1所述的基于静电法的管磨机料位检测系统，其特征在于，供电单元为电池或者发电机中的一种；发电机依靠磨筒体转动发电。
5.根据权利要求1所述的基于静电法的管磨机料位检测系统，其特征在于，磨筒体内的料位的计算公式为:(％)＝h2/r；其中r:磨筒体内的有效半径；Ts:静电传感器与料接近的时间；Tr:筒体磨旋转一周的时间；h1:料面到磨筒体轴心的距离h1＝r*cos((π*Ts/Tr)；h2＝r–h1。
6.根据权利要求1所述的基于静电法的管磨机料位检测系统，其特征在于，磨筒体内的料位的计算公式为：(％)＝当前磨筒体内料占有的体积/磨筒体内总空间,磨筒体可以看作圆柱体时,磨筒体内料占有的体积正比于截面面积；截面面积S＝π*(Ts/Tr)*r2-a*h1/2，料面的弦长a＝2*r*sin(π*Ts/Tr)；其中r:磨筒体内的有效半径；Ts:静电传感器与料接近的时间；Tr:筒体磨旋转一周的时间；h1:料面到磨筒体轴心的距离h1＝r*cos((π*Ts/Tr)。
7.根据权利要求1-6任一项所述的基于静电法的管磨机料位检测系统的使用方法，其特征在于，静电传感器只检测是否有料靠近传感器，把静电传感器的电场强度信号做一个范围判断，得到是否有料开关量信号，静电传感器的精度与最终料位测量精度无关，静电传感器只要能区分有无料信号两种状态即可。
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