大功率超声雾化器在粮食着水中的应用
2020-10-18 08:37

  大功率超声雾化器在粮食着水中的应用粮食加工2010 年第35 (武汉工业学院,武汉430023)摘要:研制了一种应用于粮食着水中的大功率超声雾化器,详细介绍了系统关键电 路的原理与组成.系统运 用新型超声功率电源和高性能压电发射式换能器,利用单片机进行时控.系统还包 括频率自动跟踪电路和系统控制 电路里.该系统运用在100dd 抛光机的智能雾化着水系统中,控制精确可靠. 关键词:大功率;超声;雾化器;粮食着水 中图分类号:TS210.3 文献标志码:B 文章编号:1007—6395(201o)04—0066-03 随着超声技术和粮食加工技术向更深,更精层 次的发展,超声雾化着水技术在小麦磨前着水,糙米 碾前调质以及白米着水抛光等环节都有较多的应 用.超声雾化着水相比其他着水方式有诸多优点,如 超声雾化着水水珠粒径在微米数量级,水和物料料 间的接触面积大,传湿效能强,物料的有效浸润时间 加长等.另外.超声雾化既无机械传动件,易于维护, 又无复杂的辅助设备.运行费用低,能耗小. 随着粮食加工机械向着自动化和大型化的发 展.日产100t,甚至200t 的单机或机组已经面世. 而目前应用于粮食着水中的超声雾化器的功率都较 小.难以满足生产的需要.本文提出的大功率超声 雾化器能最大限度满足加工工艺的要求,着水量易 控制,着水均匀性及雾滴分散性好. 问题的提出在超声雾化系统中的主要设计参数是雾化量和 雾粒粒度.前者为既定处理量的物料中满足]二艺需 要的着水量,后者是为物料提供高度致密的,均匀的 水雾,以达到最佳着水效果.雾化量的计算归结为 超声波发生器功率的计算即声强的计算,雾粒粒径 的计算是由介质和超声激发频率决定的.根据 Kelvin 表面强力波公式,由空化产生的微激波与有 限振幅表面张力波的互相作用而形成雾滴的直径计 算公式为【l】 21/3 D=0.34(8~T/(pf)), 式中:为表面张力系数;P 为液体密度;厂为声波频 显然,厂越大,D越小,但必须注意,太高的厂将收藕日期:2010-02—24 作者简介:易启伟(1952 一),男,副教授,主要研究方向:农产品加工技 术与装备. 造成超声空化过程难以发生,或者说要在很大的超 声功耗下才能发生.所以,选取f 时要综合考虑雾珠 粒径要求和功耗大小. 而超声波声压可由下式近似计算 为超声频率;为振动质点之最大振幅. 在以前的某超声雾化装置设计中,笔者选用的 PZT 压电陶瓷振子,其固有频率1.65MHz,单头功 率约5OW.相应的雾化量约为500mL/h,雾化粒径 1~5/xm.通过单片振子的最大雾化量和所需要的工 艺要求雾化量来计算振子的数量,对于着水量要求 较大的场合,需要的超声振子的片数较多,使得结构 复杂,故障率增加.如一台100dd 的大米抛光机,其 着水量一般为进机流量的0.2%t21,即需要的着水量 约为12000mIJh.显然,现有的压电陶瓷振子不能 满足要求.因此,自主设计专用的大功率超声发生器 势在必行,大功率的超声雾化器能使系统电路简化, 大大增强系统的可靠性. 大功率超声雾化器原理运用一种新型超声功率电源和高性能压电发射 式换能器,利用单片机进行时控,使整机连续运行, 使用安全可靠.自动化程度高的智能型电脉冲水处 理功率发生器,其特征在于该机器各个工作单元的 组合连接是:开关控制电路与UPC,超声信号源,低 压电源,功率转换电路连接;超声信号源又与低压电 源连接:功率转换电路又与高压电源,输出电路连 接:显示电路与CPU 连接.大功率超声雾化器的原 理框图如图1 所示. 本系统信号源采用超声脉冲频率,通过功率转 2010 年第35 大功率超声雾化器原理框图换,用单片机作时间控制,输出1000~2000W的超 声波功率发生器.其功率转换实际上是两个功率模 块IGBT1 IGBT2轮换工作,以避免因一个模块长 期工作产生高温而被烧毁.其工作原理图如图2 IGBT2一端与正极并联,一端与 负极并联,另一端为8 点输入端(G1 E2),分别与开关控制电路的驱动块输出端连接;两个E1 通过模 块,变压器Bl B2的初级,串连的 B2的次级通过线 与压电式震荡 的两端串联形成回路.本系统的超声信号源,开关控制电路与UPC,功率转换单元的连接,是采 用光电耦合连接,因为光电耦合连接没有干扰,不易 产生误动作,工作效率高. ElG2 E2 功率转换原理图超声信号源用一片TC494 作双脉冲震荡器,采 用进口微型继电器,通过微机电路,进行频率转换. 单片机的定时脉冲与信号板的接口,采用光电耦合 器CPU 每10min 发出一个MS 极的定时脉冲,通过 双稳触发器,带动微型继电器,使继电器吸合实现电 路转换.这种电路在单片机负载下,不易发热,光电 隔离,抗干扰性强,可靠性高.电路的调制信号是由 单片机输出的,通过光电耦合输入至74LS132 特触发器进行整形,通过整形,倒相,就得到一个非常理想的调制信号,对超声频率进行调制,使功率转 换器有一个理想的驱动信号,驱动IGBT 模块,进行 功率转换,保证模块有较长的工作寿命.单片机采用 89C52 可编程的8 位微处理器.无需外加RAM,程 序可靠,定时准确. 系统其他电路原理与组成3.1 频率跟踪电路 般的电声转换型超声系统在多数情况下.超声振子既是主振元件,同时也是系统的负载元件.实 践中发现:变化的工作条件会引起系统的振动失谐. 超声振子在有负载和无负载时其参数有较大差异. 即若把超声振子作为反馈回路的元件参与振荡.当 其环境(温度,负载,液位,电压等1 变化或自身参数 发生变化时,会导致振荡不稳定.事实上,在应用中, 水下直接式换能器应用装置常出现这样的问题.如 换能片结垢,水温上升,换能器的寿命急剧降低等问 仅就频率跟踪技术方面,可以设计一种频率自动跟踪电路,频率跟踪电路由采样电路取得电压和 电流信号,经鉴相电路等处理后,加到压控振荡器 上,从而实现对超声波发生器振荡频率的控制.鉴相 器在电路中起着关键作用.系统跟踪性能的好坏很 大程度上取决于鉴相器的设计.本设计中的鉴相器 能同时读出同频率2 个输入信号0~180.之间的相 位差,并以正负电压表明超前还是落后.鉴相器电路 的简图如图3 所示 种有效的改进措施就是采用锁相环(PLL)控制的频率可调的他激振荡电路,控制恒流的可变开 关电源和匹配电路由于具有锁相环电路和恒流控 制电路的两个闭环控制配合作用.因此可以同时自 动控制谐振频率的跟踪和振子的振荡强度,锁定超 声波振子的频率,保证功率的稳定输出. 3.2 系统控制电路 控制电路的作用主要是控制系统的雾化量的大 小.本系统的超声雾化发生电路是典型的RC 振荡 电路,通过改变R 的大小,就可以改变振荡幅度,从 而控制雾化量的大小. 本系统应用了IC 总线C(InterInte. gratedCircuitBus)总线是由飞利浦公司开发的一种 简单,双向的二线C 总线由两根 线组成.一根串行时钟总线SCL 和一根串行数据总 线SDA.总线和器件间的数据传送均由这根线完 成,电路简洁,可以省去以往CPU 的很多I/O 引出 粮食加工2010年第35 脚嗍.系统雾化量的控制电路如图4所示,其主要元 件是美国XICOR 公司最近研制出的一种I2C 总线 系列的单片机.因此将其P1.0 和P1.1 分别虚 拟成I2C 的SDA 和SCL,通过相应的 I2C 软件包很 容易实现对总线C 器件的控制. 结语所研发的大功率超声雾化系统已完成了系统设 计以及实验室的测试,拟逐步推广应用于某粮食机 械设备有限公司的日处理量100t 抛光机的智能雾 化着水系统中.测试实践表明该大功率超声雾化系 统的设计原理是正确,可行的,控制实现是精确,可 参考文献:【1]石秀东.液体的超声蒸发[J].食品与机械,1998,(2):18-19. 【2]李天真.大米抛光工艺效果影响因素的分析【J】.粮食与饲料 工业.2002.(10):12—13. [3】陈太洪.大功率超声波发生器的设计[J].常州技术师范学院 .2001.(12):22—26. 【4]高海生,杨文焕.单片机应用技术大全 fM].成都:西南交通 大学出版社.1996. (上接第65 页)的套筛来检测和控制.由于操作控制 非常繁琐,因此.生产中对颗粒的合理级配问题尚未 加以严格地控制,通常是通过采用混合砂和增加树 脂结合剂的添加量等来弥补,以便提高碾米砂辊坯 体的极限抗拉强度. 4.2 碾米砂辊坯体的泊松比 碾米砂辊坯体的泊松比是由碾米砂辊坯体本 身的机械性能决定的.它与碾米砂辊的配方,树脂结 合剂的物理化学性能,磨料的种类,组成,颗粒形状, 大小及其级配比例等有关,在一定程度上,碾米砂辊 坯体的泊松比体现了磨料各颗粒的移近靠拢能力 (即流动性)的好坏.磨料等颗粒的流动性能好,磨料 等颗粒易于移近靠拢,所得碾米砂辊坯体的泊松比 较大,那么磨料混合物模压成形为碾米砂辊坯体 时绝不会出现压制裂纹等成形缺陷.反之,若磨料等 颗粒的流动性能较差.磨料等颗粒的移近,靠拢困 难,所得碾米砂辊坯体的泊松比肛较小,结果磨料混 合物模压成形为碾米砂辊坯体时将出现压制裂纹等 成形缺陷,并严重影响碾米砂辊的制造质量. 结论(1)碾米砂辊坯体应具有较高的致密度和机械 强度,又不致于出现压制裂纹等成形缺陷. (2)采用混合砂能提高磨料混合物颗粒的堆积 密度,通过添加适量的树脂结合剂能改善磨料混合 物颗粒的结合能力等,有利于提高碾米砂辊坯体的 致密度和机械强度. (3)通过选用多棱角的近似球状颗粒的磨料,尽 量少用或不用片状颗粒的磨料等,能改善磨料混合 物颗粒的流动性能,促进物料颗粒的移近靠拢,有利 于提高碾米砂辊坯体的泊松比肛,从而获得致密度 和机械强度较高的碾米砂辊坯体. 参考文献: 【1]蔡祖光.碾米砂辊的选用[J].粮食加工,2007,(2):60—64. [2】粉末冶金模具设计手册编写组.粉末冶金模具设计手册 【M】.北京:机械工业出版社,1978. 【3]刘鸿文.材料力学【M】.北京:人民教育出版社,1982. [4]西北工业大学.理论力学[M】.北京:人民教育出版社,1981 文摘?加工工艺对面粉白度的影响面粉在加工的过程中,会有一部分麸皮细屑进入到面粉当中,加工工艺的好坏直接 影响面粉的白度.早 期的沙克龙制粉方法由于粉路短,又要照顾出粉率,只能是强制出粉,造成面粉中 麸星较多,影响粉色. 另外面粉过细,会造成研磨强度过高,表面上,面粉白度高了,但是作出来的食品白 度反倒会下降.原因 是过度的研磨,造成麸皮细到了肉眼无法分辨的程度,但是却是实实在在的存在与 面粉之中,一旦用于加工, 立刻显露原形.(摘自中华面粉网)