浆体浓度检测技术研究开题报告

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1、毕业设计开题报告1．结合毕业设计课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文献综述1.1设计目的和意义在工业生产过程中，浆体是一种常见的流体类型，其种类有矿浆、泥浆、纸浆和煤浆等，它是一种固、液两相混合流体。固、液各相的流体动力学特性极其复杂，其形成机理和运动规律尚未完全明了，故以浆体为代表的固、液两相流体及其它的多相混合流体均被称为“难测流体”。而浓度则是描述浆体性质的一个极其重要的物性参数。浆体浓度是指一定量的浆体中固相成分占整个浆体的百分数，有质量百分数（质量浓度）和体积百分数（体积浓度）。浆体的浓度在大多数

2、工业生产过程中是一个极其重要的技术指标，如在造纸工业的生产过程中，纸浆的浓度直接决定了成品纸张的质量；在矿业开采过程中，矿浆的浓度也是一个很重要的测量指标等。为了提高产品质量和满足生产过程自动化的要求，必须对浆体浓度进行准确、及时、连续的在线测量和控制。因此，一个满足要求的、性能优良的浆体浓度检测系统，可以给管理者提供准确、及时的现场信息，提高企业管理水平、产品质量，降低生产成本，具有巨大的社会效益和经济效益。1.2国内外研究现状和发展前景在工业生产过程中，传统的浆体浓度分析方法常采用间隙采样、称量、电解、化学滴定等离线测量的方法。由

3、于连续过程监控和对浆体浓度分析的要求日益提高，显然这种方法难以适应生产过程自动化的要求。这就需要从新的或更好的在线浓度传感器获得有效的信息以提高过程控制的质量和产品的性能。现在一般都用超声波衰减来检测浆体的浓度早在20世纪50年代国外就有文献报道[12]超声传感器用于流体密度测量，我国的一些化工厂在70年代使用超声传感器实现了氯丁橡胶比重的测量，但由于传感器制造技术和信号处理技术的落后，当时的超声密度传感器精度较低，不能满足工业在线连续测量的要求。随着近20年来材料科学、电子技术及信号处理技术的新发展，超声技术包括新型换能器的开发、流

4、体超声特性的研究、超声发射和接收以及超声信号处理技术等已有了长足的进步。国内外研究者始终关注着超声声速特性、声阻抗特性和声衰减特性理论的研究，并进行了大量旨在分析超声特性和浆体浓度关系的实验。同时也有不少产品问世，成功地应用于某些浆体的测量实践中。Stolojanu采用超声传感器研究了固体颗粒直径为35、70、180浆体的声速、声衰减特性，并提出了采用超声传感器实现固体颗粒直径的测量的方法。其实验结果与Urick、Ament等人提出的经典声学特性模型进行了对比，得出了10%—50%浓度的浆体声速随浓度变化明显，而低于10%的浆体衰减和

5、超声频率受浆体浓度影响更为显著的结论。Greenwood[14]研究了超声波频率与高岭土浆液超声衰减的关系，实验数据表明超声衰减与浆液浓度、超声波频率存在比例关系。Bamberger[15]研究的超声浆体特性传感器用于测量浆体中粒子的平均尺寸、分布和浓度，实验浆体的固体颗粒尺寸在亚微米和亚毫米之间，粒子平均直径的测量精度在±1内，浓度测量精度为±1%。姚士强[16]设计的基于超声衰减原理的超声浓度传感器实现了高水基流体的测量，实验表明高水基流体在0%—8%的范围内浓度与超声衰减有很好的线性度。马殿旗[17]根据超声波衰减的原理测量泥浆

6、的体积浓度，并使用经验参数修正的方法得到低浓度范围内的泥浆质量浓度，采用直接数字合成频率技术（DDS）提高了超声波的频率稳定性，采用自动温度补偿技术提高了仪器的测量精度和稳定性。Carlson[18]通过确定管道上两个超声接收换能器处的超声能量比来检测金属矿浆中固体颗粒的质量浓度，实验表明，在3%—5%的浓度范围内能量比和浓度有很好的线性度，在线测量精度优于1%。基于声衰减原理研制成功并应用在实践中的产品还有：王朝阳等[19]研制的用于泥浆检测的浓度计，实现了对污泥浓度的测量，测量范围为0%—5%；汪兴亮等[20]研制的用于检测矿浆的

7、浓度计。在前面提及的三个超声测定量（声速、声衰减、声阻抗）中，声速的测量在测量原理上（通过测量声时）易实现，且精度高，而声阻抗和声衰减的直接测量较难实现，故而影响了传感器整体性能的提高。因此，大量文献报道的各种超声浓度、密度传感器的研究热点就是为了提高声阻抗和声衰减的测量水平：1、设计或优化传感器（换能器）结构以提高传感器的性能由于反射系数的直接测量相对困难，目前主要采用的传感器构造是使超声脉冲信号在传感器中间发生多次反射，从而使信号分离为测量信号和参考信号，通过测量这两个信号来确定声发射系数。Adamowski[21]提出了基于相对

8、反射法（RRM）的超声液体密度检测技术，并采用集成宽带压电陶瓷发射换能器和PVDF接收换能器的超声传感器实现了大口径管道中流体密度的测量，误差小于1.5%，但PVDF的温度特性（一般要求小于60度）限制了其实际使用范围。