[發明專利]一種基于溫度檢測的間歇攪拌加熱裝置的料位在線識別系統及方法

有效

• 申請號: 201110161047.2
• 申請日: 2011-06-15
• 公開（公告）號: CN102829840A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 趙眾;胡川;劉志立
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: G01F23/22
• 分類號: G01F23/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于溫度檢測的間歇攪拌加熱裝置的料位在線識別系統，包括與裝置連接的溫度傳感器，溫度變送器，微處理器，料位顯示液晶屏，監控計算機，其特征在于：

(1)溫度傳感器由一排等距離分布的鉑電阻組成，利用鉑電阻的阻值隨溫度線性變化的特性，將鉑電阻的阻值信號傳送給溫度變送器；

(2)溫度變送器將溫度傳感器采集到的阻值信號經過差分放大轉換為溫度信號并傳送至微處理器；

(3)微處理器接收來自溫度變送器得到的溫度信號，并經過A/D轉換器轉換為數字信號，基于氣液物質的熱傳導率不同以及加熱裝置內部物理過程的特點，實時識別料位的高度；

(4)料位顯示液晶屏用于接收微處理器處理得到的料位信號，并實時顯示在現場的液晶屏上，方便操作工現場了解裝置內部料位高度情況；

(5)監控計算機與微處理器用RS-485總線連接，用于在監控室實時監控料位高度及人工驗證，顯示及存儲實時及歷史趨勢，并可在監控計算機上對溫度傳感器安裝位置及間歇攪拌加熱裝置的幾何參數進行設定與修改。

2.一種用于權利要求1所述的間歇攪拌加熱裝置的料位在線識別方法，其特征在于：所述的在線識別方法包括以下步驟：

(1)利用溫度傳感器從間歇攪拌加熱裝置中采集一系列等距離分布的實時溫度檢測數據，并通過RS-485發送至微處理器中；

(2)利用氣液物質的熱傳導率不同的特性，對溫度數據進行分析識別料位高度；

(3)將識別得到的料位高度進行記錄與顯示及人工驗證，并對溫度傳感器安裝位置及間歇攪拌加熱裝置的幾何參數進行設定與修改。

3.如權利2所述的間歇攪拌加熱裝置的料位在線識別方法，其特征在于：

(1)標定測溫點代表的料位高度：根據溫度傳感器安裝位置及間歇攪拌加熱裝置的幾何參數，分別對最高的測溫點與最低的測溫點所對應的料位高度進行標定，并以此對中間的各個點所處的料位高度進行標定；

(2)當裝置內部處于穩定狀態，整個裝置從上到下各測溫點處于穩定狀態，各測溫點溫度差別不大，下方的液體與上方的氣體處于相同的加熱或自然冷卻的情況下，由于液體的熱傳導率比氣體的熱傳導率大得多，當在相同的溫度條件下，熱阻代表著在單位厚度材料內阻止熱量流動的度量，熱阻R是與熱傳導率k成反比的，因此氣體的熱阻遠大于液體的熱阻，即氣體中的熱量傳播會更加有難度，因此在實際加熱裝置中，在相同的加熱條件下，上方的氣體的升溫會比下方的液體慢，同時由于加熱過程伴隨著汽化吸熱反應，在料位附近溫度會有所降低，此時裝置內料位高度處的溫度特征為上方氣體與下方液體的溫度都比料位處溫度略高，因此可以通過判斷溫度的拐點來識別料位所在的區間；

(3)定義n個測量點從下到上分別為A(t，1)，L，A(t，n)，t代表t時刻，對得到的測量值采用滑動平均濾波的方法來去除測量時的噪聲及溫度抖動，滑動平均濾波為線性濾波方法，可以在適當的小區間上對采樣數據進行平滑和濾波，可以很好的消除溫度測量中所存在的噪聲信號帶來的影響，濾波后得到的值為T(k，1)，L，T(k，n)，T(k，i)表示50(k-1)+1～50k時刻的經均值濾波后的溫度值，即每50個點取均值，由于A為3秒取一個值，因此T的循環采樣區間為150秒滑動求取均值，取dT(k，i)＝T(k，i+1)-T(k，i)，i＝1～n-1，得到的dT為各時刻相鄰測量點的溫度差；

(4)間歇攪拌加熱裝置中分為進料過程、升溫過程、出料過程，以及裝置停加熱停蒸汽的過程，在進料過程中，由于加入的物料溫度與裝置內部溫度有較大的溫差，因此在進料過程時，裝置內部溫度會有較大的下降，此時可以通過分析sum(k)＝T(k，1)+L+T(k，n)，當sum(k)較前一時刻有較大的下降時，判斷為進料過程，在進料過程中液面部分與進料最先接觸，溫度下降最明顯，與周圍測溫點的溫度差也最大，因此此時可以通過判斷相鄰測溫點溫度差值的大小來判斷料位高度，相鄰測溫點溫度差值最大的區間即為料位高度所在區間；

(5)升溫過程，在進料過程結束后，隨著夾套蒸汽的加熱，裝置內部總體溫度呈現緩慢上升的趨勢，此時通過分析sum(k)與前一時刻的溫度sum(k-1)的關系，當sum(k)上升時即可判斷為升溫過程，當剛進入升溫過程時，由于料位附近與周圍溫差仍較大，所以仍可通過判斷相鄰測溫點溫度差值的大小來判斷料位高度，當裝置內部進入穩定狀態，此時內部各測溫點溫差較小，不適合利用溫差最大值來判斷料位高度，由于進入穩定升溫狀態，液體的熱傳導率比氣體的要大得多，因此相同的加熱條件下，液體的溫度升高會快一些，裝置內部下方液體的溫度會比上方的氣體溫度高一些，同時由于料位附近存在著汽化吸熱過程，在料位附近溫度會低一些，因此在料位附近的溫度會出現一個拐點，此時判斷料位高度的方法是首先通過從之前進料過程時記錄的料位最高高度m開始，然后自m到最下方的1依次判斷dT(k，m)，L，dT(k，1)，當出現dT(k，s)＜0時，s即為料位附近，然后判斷dT(k，s)與dT(k，s+1)的絕對值大小，取絕對值大的為料位所在區間；

(6)出料過程與料位過低情況，在出料過程時，需要及時判斷料位是否過低，即低于最低測溫點，這種情況與加熱過程中的料位過低情況一樣，當料位逐步下降至測溫點1以下時，料位附近溫度較低，因此測溫點2比測溫點1的溫度會高一些，而當料位高于1時，由于加熱過程中，氣液體導熱率的差別，下方液體部分溫度比上方氣體部分溫度要高一些，因此測溫點從下往上應呈現逐步下降的總體趨勢，測溫點1的溫度較測溫點2要高一些，此時通過判斷T(k，1)是否大于0來判斷料位是否過低，當T(k，1)＞0即說明此時料位達到或低于測溫點1，需要及時進行加料或停蒸汽等操作；

(7)停蒸汽狀態，在實際生產操作中，有時由于裝置或其他原因，需要將蒸汽停掉，此時裝置溫度緩慢下降，通過判斷sum(k)來判斷，當sum(k)變化不大或微小下降時判斷為停蒸汽，此時判斷料位高度的方法與升溫過程的穩定狀態是一樣的，由于液體的溫度要大于氣體溫度，因此通過判斷溫度的拐點來判斷料位區間。