一种粉状物料输送流量和质量监测控制装置的制作方法

本发明属于粉状物料输送系统，涉及一种粉状物料输送流量和质量监测控制装置，利用静电传感器监测物料数量流量和质量，自动化控制物料输送系统。

背景技术：

1、散料输送系统作为钻井工程装备和油气开发的重要配套设施，散料输送系统在自升式平台、半潜式平台、钻井船、三用工作船、平台供应船、陆地平台及干混站等领域有着广泛应用。散料输送系统本质上是气力输送系统，是采用气力输送的方式对各类油气钻井作业所需的各类散装物料进行储存和输送的系统。现有散料输送系统一般通过压力称重传感器检测散料罐中剩余物料重量的方式对散料输送量进行估计；不仅计量误差大，而且压力称重传感器易受海风、船体横摇及海洋强腐蚀性环境的影响，使用寿命和精度大大降低，无形中增加了使用和维护成本。但是现有技术中缺少一种不受外界环境影响、非侵入、成本低、寿命长及精度高的散料质量流量测控系统。在现有技术中，中国专利cn202311674769.7公开了一种风煤粉静电传感器标定装置及方法，包括托架单元、托架升降机构、检测器单元、检测器推进机构和整机框架单元；托架升降机构与托架单元连接，用于驱动托架单元升降，托架单元用于测试时安置风煤粉静电传感器；检测器推进机构与检测器单元连接，用于驱动检测器单元水平往复移动；检测器单元包括支撑板以及安装在支撑板上的旋转驱动装置、第一带轮、第二带轮和摩擦轮，支撑板与检测器推进机构连接，旋转驱动装置与第一带轮传动连接，用于驱动第一带轮转动，第一带轮和第二带轮通过静电带传动连接，摩擦轮与静电带接触，用于与静电带接触摩擦生电。自动化程度高，标定时无需变动标定设备，标定一致性好。

2、中国专利cn202311528608.7公开了一种阵列式静电传感器、基于该传感器的弹丸速度测量装置和方法，阵列式静电传感器外形为设置在弹丸出口后的与炮身或膛身同轴设置的管，管内沿轴线的上、下游截面处均设有多个周向阵列设置的褶皱型—三角形结构的石墨电极。测量装置包括感应单元、信号调理单元和分析计算单元，获得属于弹丸的静电感应信号分量，然后根据不同弹丸型号的速度范围，选择不同截面内不同位置电极的静电感应信号重构电荷分布并建立互相关灵敏度矩阵，进而基于不同截面电极的相关聚焦原理，提出多个传感器电极的数据融合算法，最终测得炮口弹丸速度。明针对炮口高温高压的复杂环境，提出利用静电场感知测量作为弹丸测试的新的手段。

3、中国专利cn202311334774.3公开了一种煤粉颗粒度在线监测装置，该装置包括：工控机和沿一次性风管的同一圆周，按相等间隔分布设置三个静电传感器，工控机与每个静电传感器电连接；每个静电传感器的信号感测端设置在一次性风管的管壁内，用于获取一次性风管内流动的煤粉颗粒的静电信号，并将获取到的每个静电信号发送至工控机；工控机用于提取每个静电信号对应的特征频谱，并根据所有特征频谱，得到一次性风管的煤粉颗粒度大小的概率分布，基于概率分布确定一次性风管的煤粉颗粒度。提供的煤粉颗粒度在线监测装置能够实时测量煤粉颗粒度大小的概率分布情况。但是该现有的粉状物料输送流量及质量的传感器计量误差大，而且压力称重传感器易受海风、船体横摇及海洋强腐蚀性环境的影响，使用寿命和精度大大降低，无形中增加了使用和维护成本。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，解决上述粉状物料输送流量和质量的传感器计量误差大的技术问题，寻求设计一种采用静电感应电极及轴向保护电极的静电传感器，特别是粉状物料输送流量和质量监测用的静电传感器，以及利用该静电传感器的控制系统。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种粉状物料输送流量和质量监测控制装置，控制装置包括监控模块、静电传感器组合模块、阀门控制模块、plc控制模块；其中监控模块与plc控制模块连接，plc控制模块与静电传感器组合模块和阀门控制模块连接，静电传感器组合模块中包括多个环形静电传感器，多个环形静电传感器安装在物料输送管道中；阀门控制模块中包括与静电传感器数量对应的气动阀门；监控模块与plc控制模块连接。

3、本发明所述监控模块包括信号采集子模块、测量数据子模块、输出数据子模块及软件控制子模块；信号采集子模块通过接口与静电传感器组合模块连接，实时地获取传感器所测量的物料流量和质量相关的信号；测量数据子模块负责对从信号采集子模块获得的原始信号进行处理和转换，以得到准确的测量数据，包括数据滤波、放大、校正和标定等处理步骤，以确保测量结果的精确性和稳定性；输出数据子模块负责将经过处理的测量数据输出到外部设备或系统中，将数据以合适的格式和接口发送给用户界面、数据存储设备或其他监测和控制系统，以提供实时的监测结果和数据记录；软件控制子模块是整个监控模块的核心控制单元，负责控制和协调其他子模块的操作，接收来自用户界面或外部控制系统的指令，根据需求调度信号采集、数据处理和输出等功能模块的工作，实现对物料流量和质量监测的全面控制；

4、本发明所述静电传感器为环形，由外到内包括第一绝缘层、第二绝缘层和屏蔽层，第一绝缘层和第二绝缘层之间安装有8个静电感应电极，相邻的静电感应电极之间夹角为45°，相邻的静电感应电极之间均放置一个轴向保护电极，相邻的轴向保护电极之间夹角45°，第二绝缘层的内侧设置有屏蔽层；静电感应电极设计成平行的形式，形成电容间隙，电容间隙的尺寸可以根据具体的应用需求进行调整，以适应不同粉体流量的测量范围。轴向保护电极是用于减少或消除电容测量过程中的干扰；通常位于电容间隙的两侧，起到保护电容的作用，使测量更加稳定和准确。轴向保护电极通过降低外界环境的干扰电容值，提高测量信号的质量。

5、本发明所述静电传感器还包括电压调理模块，正输入端依次通过电阻r3、电阻r2与静电感应电极的电压输出端相连接，电压调理模块的负输入端依次通过电阻r8、电阻r7与静电感应电极的电压输入端相连接，电压调理模块的正、负输入端之间并联有电阻r5，电阻r3、电阻r2的连接节点通过开关s1与大地连接，电阻r8、电阻r7的连接节点通过开关s2与大地连接，电阻r2、电阻r3、电阻r5、电阻r7、电阻r8构成分压网络。

6、本发明与现有技术相比，相邻的静电感应电极之间和相邻的轴向保护电极之间均设置45°的夹角，使电极均匀地覆盖整个电容结构的周围区域；通过均匀分布的电极，能更好地感知和测量粉体流动时的电容变化，提高测量的准确性和稳定性；相邻的静电感应电极和轴向保护电极能起到相互抑制干扰的作用；由于静电感应电极和轴向保护电极之间的间隔，能减少电容测量过程中的相互干扰，提高测量信号的质量；轴向保护电极的设置能够保护静电感应电极免受外界环境的干扰，提高测量的稳定性；相邻的轴向保护电极之间间隔45°，能确保每个静电感应电极都受到充分的保护；通过电压调理模块的电阻网络分压原理和开关控制，能够实现对静电感应电极的信号进行调理，提高测量精度和稳定性，并适应不同的测量要求。该控制系统能实现对粉状物料输送流量和质量的实时监测和控制；监控模块负责数据处理和系统监控，静电传感器组合模块负责检测物料流量和质量，阀门控制模块负责调节物料流量，而plc控制模块作为核心控制单元协调各个模块之间的操作，实现整个装置系统的自动化控制。