專利名稱：：一種激光再制造用電容式粉末流量測量系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于流量檢測
技術領域：
，特別是涉及一種激光再制造用電容式粉末流量檢測系統(tǒng)。
背景技術：
：目前，激光再制造作為一種新型的材料加工方法被廣泛應用于工業(yè)制造的各個領域。激光再制造的基礎是激光熔覆，而激光熔覆過程中熔覆層的質量(如表面粗糙度等)很大程度上取決于送粉過程是否穩(wěn)定，此外，送粉率的精確控制也是制造梯度材料零件的基礎。所以通過檢測裝置檢測粉末在送粉管里的流量來反應送粉率的穩(wěn)定與否，對實現(xiàn)粉末的閉環(huán)控制并進而提高表面烙覆質量具有重要意義。從國內的文獻來看，為了提高粉末輸送的穩(wěn)定性和均勻性，國內學者主要做了以下四方面的工作(1)通過研究送粉器和送粉頭的結構來控制送粉的穩(wěn)定性、均勻度或實現(xiàn)其他功能；(2)通過研究送粉過程中的工藝參數(shù)如粉末流量或研究熔覆層的性能來反求送粉的工藝參數(shù)；(3)通過數(shù)值模擬研究粉末流對激光熔覆過程的影響；(4)通過改變控制方法和控制策略來達到對送粉的要求。其中特別要指出的是，國內在粉末檢測裝置上的研究還是個空白，要想實現(xiàn)對送粉率的實時監(jiān)測，進而實現(xiàn)對送粉流量的閉環(huán)控制。粉末流量檢測裝置是必不可少的。
發(fā)明內容為了解決上述的技術問題，本發(fā)明的目的是提供一種激光再制造用粉末流量測量系統(tǒng)，其通過電容傳感器對粉末流量進行在線檢測，來得知粉末的輸送狀態(tài)，進而實現(xiàn)對送粉流量的閉環(huán)控制。為了達到上述的目的，本發(fā)明采用了以下的技術方案一種激光再制造用電容式粉末流量測量系統(tǒng)，包括送粉器，送粉器通過電機控制送粉量，送粉器連接輸送管，所述輸送管包括一檢測段，該檢測段外面設置螺旋表面極板電容傳感器，螺旋表面極板電容傳感器連接充放電式測量電路，該測量電路與電機的控制器連接。作為優(yōu)選，上述輸送管的檢測段的管路中心設有分流器。上述輸送管的檢測段內壁上設有導流槽。上述導流槽的形狀為鋸齒狀、波浪狀或V形槽，寬度至少為所述送粉器輸送的粉末直徑的3倍以上。作為優(yōu)選，上述測量電路為基于CMOS工藝的充放電式檢測電路。上述送粉器輸送的粉末為2Crl3或者H13金屬粉末。上述螺旋表面極板電容傳感器為180°螺旋表面極板電容傳感器。本發(fā)明由于采用了以上的技術方案，采用了螺旋表面極板電容傳感器來檢測粉末流量的變化，采用充放電式測量電路拾取信號并連接送粉器的流量控制裝置，從而實現(xiàn)對送粉流量的閉環(huán)控制。并且，以2Crl3和H13金屬粉末作為輸送介質進行測試試驗，結果表明以H13粉末為輸送介質的情況下獲得很好的檢測效果，在粉末流量變化大于lg/min時具有較好的分辨率，因而該系統(tǒng)精度完全滿足激光再制造熔覆工藝的精度要求。圖1是本發(fā)明的連接結構示意圖；圖2是電容傳感器的結構示意圖；圖3是本發(fā)明的測量原理圖；圖4是分流器的頂部剖視圖；圖5是本發(fā)明的測量電路圖；圖6是本發(fā)明的粉末流量-占空比曲線圖。具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做一個詳細的說明。實施例1:如圖1所示的一種激光再制造用電容式粉末流量測量系統(tǒng)，包括送粉器7，送粉器7上設有料斗6，送粉器7由電機5控制送粉量，送粉器7下面通過輸送管1連接送粉頭(圖上未畫出)，在輸送管1上設有電容傳感器2，電容傳感器2連接檢測電路3，檢測電路3與電機5的控制器4連接。電容法測量原理是當具有不同介電常數(shù)的兩相流體通過極板間所形成的檢測場時，由于固相濃度的變化會引起流體等效介電常數(shù)的改變，從而使傳感器的電容輸出值隨之改變，因此電容值的大小即可作為兩相流固相濃度的量度。然而，在實際應用中下面兩個問題不容忽視其一，兩相流動過程十分復雜，檢測場內固相分布不均勻，流型變化快；其二，電容傳感器檢測場屬于"軟場"，有其固有的靈敏度分布的不均勻性問題，使測量結果不僅與固相濃度有關，而且受相分布及流型變化的影響很大，測量誤差較大。傳統(tǒng)的電容傳感器結構大多采用直極板，其檢測場均勻性的提高主要取決于管壁厚度的增加，也即增大電極板與管內檢測場的距離，降低極板的邊緣效應(管截面方向上)，但這種結構不適于工業(yè)管道上應用。為了使固相濃度測量少受流型的影響，本發(fā)明采用180°螺旋表面極板電容傳感器。這是一種新型的傳感器結構，如圖2所示，由4塊極板構成:源極板21，檢測極板23，對稱兩邊的保護極板22(張開角為30度)，它們同時沿管道方向扭轉180。。檢測場發(fā)生了扭轉，其靈敏度的分布特性發(fā)生了很大變化，具有相對均勻的靈敏度分布，本實施例選用內徑為6mm，外徑為10mm，長度為90ram的橡膠管作為實驗檢測段；電容傳感器電極(極板)選用0.03mm的銅箔，電極緊貼在橡膠管的外壁上，電極外纏繞著矽膠片作為絕緣層，絕緣層外是由金屬殼體作為屏蔽層。但是，上述螺旋表面極板電容傳感器還只考慮了管外壁電極的結構與分布，未考慮管內兩相流動及電容傳感器檢測場靈敏度分布的不均勻性問題，為了進一步減小測量誤差，申請人對電容傳感器電極內的管路內結構進行了改進和優(yōu)化，如圖2、圖3和圖4所示，在外面設置電容極板的輸送管檢測段的管路中心處布置了分流器ll，同時在輸送管檢測段13內壁上增加了多個導流槽12。本實施例，分流器布置在上述橡膠管中心，與極板形成同心圓，這樣減少了檢測場的不均勻性；橡膠管內壁設導流槽，氣固兩相流可沿導流槽通過傳感器，減少了紊流，從而減小了對傳感器的影響，提高了靈敏度，為了保證導流效果，導流槽寬度至少為粉末直徑的3倍以上。氣固兩相流在通過電容傳感器時，由于截面的減小，氣固兩相流速加快，導流槽的設置也防止了堵管的發(fā)生。由于激光再制造送粉過程中由于粉末在導管中的變化引起的電容量變化極小，要進行微電容檢測，檢測電路必須具備以下特點分辨率要高，靈敏度要穩(wěn)定；極低的漂移(包括溫漂和時間漂移)；對分布電容不敏感；工作頻率范圍與通用電路器件良好兼容；對外界電場干擾不敏感；針對實際的差動電容式傳感器，電路信號輸出是Sl的函數(shù)關系；電路復雜性低，易于集成。本發(fā)明采用的測量電路是基于CMOS工藝的充放電式檢測電路。本實施例采用一款C0MS二元調寬式信號拾取專用集成電路一一BH5001，其內部原理結構如圖5所示，Cl和C2為外接差動式電容傳感器的兩個可變電容。工作原理如下設直流電源接通時(例如VDD二6V)，Q端為高電平，5端為低電平，則信號控制單元使充放電網(wǎng)絡1向電容C1充電，C1上電壓漸升，一旦達到電路控制電平值，信號處理單元使Q端立即變?yōu)榈碗娖?，?端為高電平；此時，電容C1上的電壓經(jīng)充放電網(wǎng)絡1迅速放電至零，同時信號控制單元使充放電網(wǎng)絡2向電容C2充電，C2上電壓漸升，一旦達到電路控制電平值，信號處理單元再次使Q端為高電平，5端為低電平；于是又開始下一周期的(]1充電〔2放電...如此周而復始，在電路的輸出端(g卩Q與5)各產(chǎn)生一串其寬度受C1和C2電容變化量控制的矩形方波。當被檢測的物理量使電容C1〉C2時，兩輸出端的電壓平均值之差為其中，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>仏即為V,而U2則為信號控制處理單元所設定的控制電平值，L和T2分別是Q端與巧端高電平所占的周期時間，R為充電電阻(在充放電網(wǎng)絡中)一般取51kQlMQ。將式2和式3代入式1得<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>本實施例實驗時，Cl為固定電容(20pF)，C2為檢測電容(即上述的螺旋表面極板電容傳感器)；信號的輸出和數(shù)據(jù)的保存由TDS2012B數(shù)字存儲示波器來完成；送粉器7采用輥輪式送粉器，也可以是采用電機調速的螺旋式、刮板式等送粉裝置；調速電機5采用步進電機，也可以采用交流伺服電機；控制器4是使用單片機開發(fā)的控制器。本實施例實驗條件和過程如下輸送粉末為2Crl3和H13金屬粉末，粒度200目左右；環(huán)境溫度為20^;不通輸送氣流；設置電容器的橡膠管安裝在送粉器下部漏斗出口處，粉末收集位置在橡膠管下方；每調整一次電機轉速，送粉器都要在調整后的電機轉速下運行3分鐘，以確保達到一個穩(wěn)定的輸送狀態(tài)；采用BS-224S型電子天平測量了每分鐘輸送粉末的質量，測量5次取平均值，即為粉末流量。實驗選取了控制電機轉速為20、40、60、80、100r/min作為測試點，所得到的占空比L/L即C2/d與粉末流量之間的關系如圖6所示，從圖中可以看出隨著電機轉速的增加粉末流量增加，占空比C2/d也隨之呈較線性的增大。從圖6中還可以看出在相同的電機轉速下當以Hl3金屬粉末作為輸送介質時占空比的變化較2Crl3金屬粉末作為輸送介質時大些，說明當以H13金屬粉末為輸送介質的情況下能獲得較好的檢測效果。這主要是因為H13金屬粉末的磁性較好，在相同的粉末流量下具有較大的介電常數(shù)。表1電容式H13粉末濃度測量系統(tǒng)分辨率<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>上表為分辨率實驗結果，在粉末流量大于lg/min時具有很好的分辨率，完全復合激光再制造熔覆工藝的精度要求。權利要求1.一種激光再制造用電容式粉末流量測量系統(tǒng)，包括送粉器(7)，送粉器(7)通過電機(5)控制送粉量，送粉器(7)連接輸送管(1)，其特征在于，所述輸送管(1)包括一檢測段(13)，該檢測段(13)外面設置螺旋表面極板電容傳感器(2)，螺旋表面極板電容傳感器(2)連接充放電式測量電路(3)，該測量電路(3)與電機(5)的控制器(4)連接。2.根據(jù)權利要求1所述的一種激光再制造用電容式粉末流量測量系統(tǒng)，其特征在于，所述輸送管(1)的檢測段(13)的管路中心設有分流器(11)。3.根據(jù)權利要求2所述的一種激光再制造用電容式粉末流量測量系統(tǒng)，其特征在于，所述輸送管(1)的檢測段(13)內壁上設有導流槽(12)。4.根據(jù)權利要求3所述的一種激光再制造用電容式粉末流量測量系統(tǒng)，其特征在于，所述導流槽的形狀為鋸齒狀、波浪狀或V形槽，寬度至少為所述送粉器(7)輸送的粉末直徑的3倍以上。5.根據(jù)權利要求4所述的一種激光再制造用電容式粉末流量測量系統(tǒng)，其特征在于，所述測量電路(3)為基于CMOS工藝的充放電式檢測電路。6.根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的一種激光再制造用電容式粉末流量測量系統(tǒng)，其特征在于，所述送粉器(7)輸送的粉末為2Crl3或者H13金屬粉末。7.根據(jù)權利要求6所述的一種激光再制造用電容式粉末流量測量系統(tǒng)，其特征在于，所述螺旋表面極板電容傳感器(2)為180。螺旋表面極板電容傳感器。全文摘要本發(fā)明公開了一種激光再制造用電容式粉末流量測量系統(tǒng)，包括送粉器，送粉器通過電機控制送粉量，送粉器連接輸送管，所述輸送管包括一檢測段，該檢測段外面設置螺旋表面極板電容傳感器，螺旋表面極板電容傳感器連接充放電式測量電路，該測量電路與電機的控制器連接。本技術方案采用了螺旋表面極板電容傳感器來檢測粉末流量的變化，采用充放電式測量電路拾取信號并連接送粉器的流量控制裝置，從而實現(xiàn)對送粉流量的閉環(huán)控制。文檔編號G01N27/22GK101629929SQ20091010127公開日2010年1月20日申請日期2009年7月27日優(yōu)先權日2009年7月27日發(fā)明者周正強,姚建華,毅張,鄭宏曄申請人:浙江省電力試驗研究院;浙江工業(yè)大學