温度对铁精粉品位检测传感器的影响研究

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

铁精粉作为我国铁矿产品的主流产品，其入厂品质直接影响到所生产的钢铁产品的质量指标，然而，我国洋厂自动化的发展却远没有化工、电力等行业的发展迅速 ，更无法和发达国家相提并论，最终限制生产和销售的发展，究其原因就是落后的自动在线检测仪表严重制约了生产效率的提高。因此，铁精粉铁品位分析检测的自动化、实时化、快速化已经成为铁矿和钢铁生产企业的主要研究方向之-，更引起了国内外相关领域研究人员的广泛关注 。

本文采用铁精粉铁品位自感式传感器对信号进行采集，影响电感传感器性能的诸多因素中除传感器自身的设计参数外，温度对传感器性能的影响尤为不可忽视。因此，分析铁精粉铁品位传感器的3D温度场，确定其温度分布对于保证传感器工作状态的稳定有着极其重要的意义。

1 测试原理与传感器感应机理分析铁精粉铁品位测试原理框图如图1。

匿 昏 匾ftg- ： l· l ! l- L- 圈 - -圆 图1 铁精粉铁品位测试原理图Fig 1 Testing principle diagram of iron grade of收稿日期：2012-11-30$基金项目：黑龙江省自然科学基金资助项目(F201223)；黑龙江侍育厅科学技术研究项 目(12531142)第 6期 王丽杰 ，等：温度对铁精粉品位检测传感器的影响研究 51铁精粉铁品位测试系统采用 NE555作为三角波电压发生器，当给电感线圈施加三角波电流时，则在半个周期内，自感电动势与电感量呈正比。因此，可通过线圈自感电动势的变化反映铁品位的高低 J。

已知线圈体积为 r，单位长度匝数为n，真空磁导率为 。，通过线圈的传导电流强度为，，则线圈内部磁感应强度 B为Btz0n1. (1)若 S为线圈截面积 ，l为线圈的长度 ，则线圈的自感磁链为自 自n 自Ito 2s，. (2)因此，线圈的自感系数L 自/IIXon lS. (3)将励磁信号输入传感器后，输出电压为ULL n2lS. (4)当铁精粉铁芯样品置人传感器时，传感器等效为含铁芯的电感线圈。已知线圈的传导电流强度为 ，0，单位长度匝数为 n，磁介质的绝对磁导率为 ，充满磁介质后的线圈的自感系数是空心线圈的自感系数的 ，倍。

因此，电感线圈的 自感系数为L 自/loIXotz，n 1S. (5)将励磁信号输入传感器后，输出电压为ULL . (6)由式(4)和(6)可知，置入铁精粉样品的传感器的自感系数是空载传感器的自感系数的 ，倍，即置入铁精粉后自感系数变大，输出电压变大。当置入的铁精粉样品的品位不同时，肛，相应改变 ，输出电压随之变化，由此可测得铁矿粉品位。

由式(3)和式(5)可知，无论是否置人铁精粉，当确定了绕制传感器线圈的漆包线后，自感系数撒于传感器线圈自身。

2 ANSYS 3D温度场仿真分析由于圆柱型传感器具有轴对称性 ，所以，只需建立圆柱型传感器的1/4 ANSYS 3D温度场仿真模型。根据ANSYS12.0热分析理论，仿真分析的过程包括以下4个阶段，即：1)创建物理环境和建立3D几何模型：过滤菜单路径，以 SOLID70作为铁精粉、电感线圈、近痴气及远痴气单元类型建立ANSYS 3D温度掣何模型。模型建立过程中，尤其重要的是给模型各部分设置热特性。热特性设置正确与否直接影响仿真结果是否正确。热特性指热传导率，不同单元的热传导率是不同的，设置流程为：前助理-材料特性设置-温度设置-热传导率设置 。3D模型如图 2(a)。

2)划分网格：以网格密度为 3的自由划分方式对铁精粉、电感 线圈、近痴气 及远场 空气进行 网格划分，如图 2(b)。

3)加载温度载荷：给线圈加载-温度值 ，给远痴气单元外表面加小于 的温度值 ，使线圈和远场单元外表面之间形成温度差 △ ，如图2(c)。

4)求解：选择波前求解器进行求解，在通用后处理器中观察结果得到温度场分布图，如图2(d)。

(a)ANSYS 3D建模图(a)modeling figure ofANSYS 3D(b)ANSYS 3D网格划分图(b)meshling figure ofANSYS 3D(c)ANSYS 3D温度加载图 (d)ANSYS 3D温度场分布图(c)temperature load figure ofANSYS 3D (d)distribution oftemperaturefield ofANSYS 3D图2 含铁精粉传感器ANSYS 3D温度场仿真过程与结果示意图Fig 2 ANSYS 3D temperature field simulation process andresult for sensor containing iron fine powder由仿真结果可知，铁精粉铁品位传感器温度场呈图2(d)所示的球状分布，且越靠近铁精粉铁芯则温度值越高，越远离铁芯则温度值越低，且温度层越远离铁精粉铁芯越厚。

25赠 -40图 3 -4o℃温度贮存试验- Fig 3 -40℃ temperature storagetestt。：降(升)温阶段，可以根据温度箱的要求调整其温度降(升)速率，初始温度选择25℃，0.5 h后达到试验要求的温度；：保温阶段，传感器线圈处于试验设定的温度值，保持6h，在 5.5h以后测试该温度下的输出电压；t3：选择与t 相同的温度变化速率升(降)温至25℃，结束试验。

如图3所示：设置的其余温度值为 -20，0℃，室温毫---～ -i； -- -- -篓li～52 传 感 器 与 微 系 统 第32卷(20℃)，40，60，8O℃，试验过程与-40℃试验过程类似。

空心传感器输出电感值随温度变化试验结果与规律如图4所示；含铁精粉传感器输出电压随温度变化试验结果与规律如图 5所示。

垂锁之删丑 簿图4 空心传感器输出电感值随温度变化曲线Fig 4 Curve of output inductance change of hollowsep.sorwithtemperature variation温厦 /℃图5 含铁精粉传感器输出电压值随温度变化曲线Fig 5 Curve of output voltage change of sensor containingiron fine powder wi th tempera ture variation图4表明：空芯传感器输出电感值在-3030℃温度范围内，随温度绝对值的增加缓慢、均匀增大。当温度低于- 30℃时，输出电感值随温度降低明显增大。

图5表明：随温度绝对值的增加，传感器输出电感值在- 3030 温度范围内变化比较平缓 ；温度绝对值超出此范围时，电感值增加显著。

t t (上接第49页))表2 TRIBES算法和卡尔曼算法结果比较Tab 2 Results comparison of TRIBES and Ks]man algorithmx/z平均误差(m)x/z最大误差(m) 欧氏平均误差5 结 论本文提出了-种新的基于视听信息融合的 3D目标跟踪系统，以TRIBES为基础的融合方法的速度性能比现存最简单的卡尔曼跟踪更快。因此，它的速度性能更超越耗时的粒子滤波或贝叶斯推理等复杂方法。该算法的另-个优点是，当目标的速度和方向不断变化时，它的跟踪误差非常校