基于动态称重的颗粒物料分类装置和方法与流程

本发明涉及一种颗粒物料的分类方法，特别涉及一种基于动态称重的颗粒物料分类装置和方法。

背景技术：

颗粒态在自然界广泛存在，尺度在1～10⁴μm范围的物质都可以称为颗粒物质，沙石、尘埃、粮食以及药品等都可以称为颗粒物质。颗粒问题涉及到国民经济的各行各业，颗粒材料的许多重要特性是由颗粒的平均粒度和密度等参数所决定的。例如化工生产过程中的粉碎、研磨、流化反应或干燥、结晶、过滤、吸附等工序都要涉及颗粒的平均粒度和密度等问题。因此颗粒物料分类方法一直是生产者和研究者关注的热点。

Geldart根据颗粒大小对流化床流化特性的研究，以及颗粒的流化特性与颗粒平均粒径和气固密度差的关系，将颗粒分为A类、B类、C类和D类。A类颗细颗粒或充气颗粒，粒度较小一般为：30～100μm，颗粒密度小于1400kg/m3,FCC(催化劣化催化剂)是典型的A类颗粒；B类颗粒称为粗颗粒或鼓泡颗粒，粒度较大一般为：100～600μm，颗粒密度为：1400kg/m3～4000kg/m3，砂粒是典型的B类颗粒；C类颗粒属于粘性颗粒或超细颗粒，平均粒径在30μm以下；D类颗粒属于过粗颗粒或喷动用颗粒，一般平均粒度在600μm以上。

目前，标准的颗粒分类方法是首先对颗粒物料采样，然后测量颗粒的平均粒径和密度，最后查Geldart分类表对物料分类。显然这种离线检测的方法分类速度较慢，且不能在物料加工过程中在线判断物料变化情况，就迫切需要开发一种能在线、准确判断物料颗粒类别变化的装置和方法，进而知道颗粒粒度的变化情况。

本发明基本原理

如图1所示：

根据杠杆平衡原理知道：

Wy＝Mg(z-x)+M_Dgp (1)

这里的W是称重传感器测出的压力，y是整个装置平台枢轴一端到称重传感器的水平距离，也就是W的力矩；M是滚筒中颗粒物料的质量；g是重力加速度；z是平台枢轴一端到滚筒轴心与平台垂线之间的距离；x是轴心与颗粒物重心之间的水平距离；M_D是平台上方整个装置的质量；p是整个装置的重力作用在平台上的点到枢轴一端的水平距离；

综上，得到了物料颗粒重心G距轴心的距离x与称重传感器所测的力W的关系式(1)，那么启动滚筒装置，随着滚筒的旋转，物料颗粒重心G的位置发生了变化，进而导致力矩x的变化。如图2所示，颗粒物料的重心位置由G₂处变为G₁处，进而力矩由x₂变为x₁,所以称重传感器能够测出力的变化。

其中，水平滚筒中颗粒物料从侧面由人工装入，填充率为20％。启动电机，通过皮带和齿轮传动装置带动滚筒转动。

技术实现要素：

本发明是针对目前颗粒物料在加工过程中，无法在线检测颗粒物料类别变化的问题，提出了一种基于动态称重的颗粒物料分类装置和方法，可以在线、实时和快速地判断出颗粒物料类别的变化，从而判断颗粒粒度的变化。

本发明的技术方案为：

一种基于动态称重的颗粒物料分类装置，其特征在于该装置包括滚筒、枢轴、水平平台、计算机、称重传感器和直流电机；滚筒安装在水平平台的水平框架上，枢轴置于水平平台的一端，水平平台的另一端下面安装有称重传感器，滚筒装置依靠直流电机通过传动齿轮和皮带给滚筒提供稳定转速；称重传感器测得力的变化送入计算机进行计算。

一种利用如上述装置的颗粒物料分类方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)将整个滚筒装置安装在一个水平平台上，平台的一端是一个枢轴，另一端下面安装一个霍尼韦尔的Sensotec称重传感器，型号为：13/2443-06，滚筒呈透明，其直径为：130mm,长为：25mm,其中滚筒置于水平框架上，依靠直流电机通过传动齿轮和皮带给滚筒提供稳定转速；

2)开始之前，对称重传感器进行校准，校准的方法：用一个已知的力直接施加在称重传感器上，观察称重传感器输出的力是否等于这个已知力，误差不超过0.5％即可；

3)消除噪声信号：在实际操作中称重传感器输出信号中总是包含正弦信号噪声，这个正弦信号就是由于滚筒的旋转不能完全平衡所导致的，并且频率与滚筒的旋转角速度相同，这里用幅度与噪声信号幅值相同和相位相反的正弦信号进行叠加来消除；

4)在滚筒内装入颗粒物料，启动滚筒，随着滚筒的旋转，物料颗粒的重心位置发生变化，导致力矩发生变化，称重传感器测得力的变化送入计算机进行方差计算；

5)在滚筒旋转速度为0～5rpm范围内时，每隔0.5rpm记录1组方差数据，在5～14rpm范围内时，每隔2rpm记录1组方差数据，然后根据方差数据绘制如图5、6、7和8的方差随滚筒转速的曲线图；

6)分析称重传感器输出信号的方差随滚筒转速变化的曲线图，这里根据方差曲线图对物料颗粒进行分类，其分类方法如下：

①随着滚筒转速的增大，方差在低转速时就从很小的值慢慢地平稳上升，那就是A类颗粒或者C类颗粒，如图5和6；进一步，如果转速继续增大，如果方差达到一个最大值后减小，那么此类颗粒为A类颗粒，如图5，如果一直单调上升，则为C类颗粒，如图6；

②在低转速时有相对较高的方差值，并且随着转速增大，方差在增大之前会减小，那就是B类颗粒或者D类颗粒，如图7和8；进一步，如果转速继续增大，如果方差达到一个最大值后减小，那么此类颗粒为B类颗粒，如图7，否则为D类颗粒，如图8。

本发明的有益效果在于：本发明基于动态称重的颗粒物料分类方法，通过称重传感器输出信号方差值的变化情况对物料颗粒进行分类，避免了受条件和操作的影响，可以在无法观测到物料颗粒的情况下进行分类，并且可以在无法直接测量颗粒平均粒径和密度的情况下，在线、实时和快速地对物料颗粒进行分类，进而知道颗粒物料粒度的变化。

附图说明

图1为本发明整个装置的平面原理图；

图2为本发明滚筒中颗粒物重心变化图；

图3为本发明中颗粒物料加工过程中，称重传感器测量值随时间变化曲线；

图4为本发明基于动态称重的颗粒物料分类方法的装置图；

图5为本发明判断为A类颗粒的方差随转速变化图；

图6为本发明判断为C类颗粒的方差随转速变化图；

图7为本发明判断为D类颗粒的方差随转速变化图；

图8为本发明判断为B类颗粒的方差随转速变化图。

具体实施方式

根据说明书附图对本发明作进一步说明：由图4所示，一种基于动态称重的颗粒物料分类装置，其特点是，该装置包括滚筒1、枢轴2、水平平台3、计算机4、称重传感器5和直流电机6；滚筒1安装在水平平台3的水平框架上，枢轴2置于水平平台3的一端，水平平台3的另一端下面安装有称重传感器5，滚筒装置1依靠直流电机6通过传动齿轮和皮带给滚筒1提供稳定转速；称重传感器5测得力的变化送入计算机4进行计算。

一种利用上述装置的颗粒物料分类方法，由图4-8所示，其特点是，该方法包括以下步骤：

1)如图4所示，将整个滚筒装置安装在一个水平平台3上，水平平台3的一端是一个枢轴2，另一端下面安装一个霍尼韦尔的Sensotec称重传感器5，型号为：13/2443-06，滚筒1呈透明，其直径为：130mm,长为：25mm,其中滚筒1置于水平框架上，依靠直流电机6通过传动齿轮和皮带给滚筒提供稳定转速；

2)开始之前，对称重传感器5进行校准，校准的方法：用一个已知的力直接施加在称重传感器5上，观察称重传感器5输出的力是否等于这个已知力，误差不超过0.5％即可；

3)消除噪声信号：在实际操作中称重传感器5输出信号中总是包含正弦信号噪声，这个正弦信号就是由于滚筒1的旋转不能完全平衡所导致的，并且频率与滚筒1的旋转角速度相同，这里用幅度与噪声信号幅值相同和相位相反的正弦信号进行叠加来消除；

4)在滚筒1内装入颗粒物料，启动滚筒1，随着滚筒1的旋转，物料颗粒的重心位置发生变化，导致力矩发生变化，称重传感器5测得力的变化送入计算机进行方差计算；

5)在滚筒1旋转速度为0～5rpm范围内时，每隔0.5rpm记录1组方差数据，在5～14rpm范围内时，每隔2rpm记录1组方差数据，然后根据方差数据绘制方差随滚筒转速的曲线图5、6、7和8；

6)分析称重传感器5输出信号的方差随滚筒转速变化的曲线图，这里根据方差曲线图对物料颗粒进行分类，其分类方法如下：

①随着滚筒1转速的增大，方差在低转速时就从很小的值慢慢地平稳上升，那就是A类颗粒或者C类颗粒，如图5和6；进一步，如果转速继续增大，如果方差达到一个最大值后减小，那么此类颗粒为A类颗粒，如图5，如果一直单调上升，则为C类颗粒，如图6；

②在低转速时有相对较高的方差值，并且随着转速增大，方差在增大之前会减小，那就是B类颗粒或者D类颗粒，如图7和8；进一步，如果转速继续增大，如果方差达到一个最大值后减小，那么此类颗粒为B类颗粒，如图7，否则为D类颗粒，如图8。

综上所述，我们可以对颗粒物料进行分类。本发明提出的基于动态称重的颗粒物料分类

方法解决了原有不能直接测量颗粒平均粒径和密度的条件下的分类问题，可以不受条件和操作的影响对颗粒物料实时、在线和快速地分类。