基于红外技术的离心机转速检测装置的设计

于扬扬， 雷 鹏

（河南泰思特检测技术有限公司， 河南 郑州 450000）

引言

离心机是轻工领域工业流水线常用的后处理设备之一，主要用于脱水、浓缩、分离、澄清、净化及固体颗粒分级等工艺过程，如目前常见的卧螺沉降离心机。离心机作为一种重要的分离设备，其主要的应用还在于分离物质。离心机的工作原理是在相同转速下，不同密度、不同颗粒的物质在离心力作用下分离，其分离程度和一个重要的指标转速直接相关。因此，对离心机转速的测量就是重中之重。红外传感器发出的红外线具有指向性强、不易受空间电磁波干扰等特点[1]，可用于测量物体转速。

目前检测离心机转速时，实验室人员通常采用手持红外传感器来检测离心机转速的示值误差，从而减少因设备所造成实验数据误差[2]。其缺点在于手持红外传感器本身存在操作误差，这种误差可能会导致检测结果不准确，鉴于本实验装置存在的缺陷，引起检测结果的可靠性较差。为此，本文需要通过设计一种基于红外线离心机，该固定式红外离心机可以实现转速检测装置，从而快速提高检测数据的准确性。

1 设计思路

为了更好地提升流水线的处理效率，更好地加快工艺制作的进程，需要通过先进的技术手段不断完善提升装置的使用效果。

红外转速检测装置是将红外传感器固定连接在固定架的端部，通过发射管和接收管配合旋转盘上的反射条和吸收条实现对离心机旋转次数的测量，并通过设有计时器的单片机计算离心机的转速[3]，达到减小操作误差的目的。

本文设计了一种检测离心机转速准确度的红外测量装置，底座上固定连接有可伸缩的固定架，固定架上设有锁定机构；红外测量机构包括红外传感器和与红外传感器配合使用的单片机，红外传感器固定连接在固定架的端部，红外传感器包括壳体，壳体内设有发射管和接收管，发射管和接收管的一端设有滤光片，所述单片机设有计时器和显示屏；红外测量装置还包括可设置在离心机上并与离心机一同转动的旋转盘，旋转盘上设有与红外测量机构配合使用的反射条和吸收条。

2 装置设计

2.1 装置结构

拟设计一种检测离心机转速准确度的红外测量装置，其结构如图1 所示。

该红外测量装置包括底座和红外测量机构，底座上有可伸缩的固定架，固定架上设有锁定机构；红外测量机构包括红外传感器和与红外传感器配合使用的单片机。红外传感器固定连接在固定架的端部，红外传感器包括壳体，壳体内设有发射管和接收管，发射管和接收管的一端设有滤光片[4]。单片机设有计时器和显示屏；红外测量装置还包括可设置在离心机上并与离心机一同转动的旋转盘，旋转盘上设有与红外测量机构配合使用的反射条和吸收条[5]。

2.2 固定架

如图2、图3 所示，固定架包括上部的伸缩端和下部的套设在伸缩端外侧的固定端，伸缩端侧壁上设有一排多个竖向等距离分布的凹槽，固定端侧壁上穿设滑动连接有与所述凹槽配合使用的锁销，锁销中部穿设固定连接有限位板，锁销中部套设有第一压簧，第一压簧的一端压接在固定端内侧壁上，第一压簧的另一端压接在所述限位板上。伸缩端上还设有一排多个竖向等距离分布的弧面卡口，所述固定端内壁设有安装孔，安装孔开口直径小于内腔直径，安装孔内设有与弧面卡口配合使用的卡紧机构，卡紧机构包括钢珠和第二压簧，钢珠的直径小于安装孔开口直径，第二压簧的一端压接在钢珠表面，另一端压接在安装孔的内底壁上。其中伸缩端下端侧壁设有限位凸起，固定端的内侧壁设有与限位凸起配合使用的限位槽[6]。

3 工作流程

需要提升红外传感器高度时，锁销701 从凹槽9中抽出后向上提升伸缩端5，此时，钢珠802 压缩第二压簧801 从原来的弧面卡口17 中脱离，伸缩端5拉动到所需长度后松开锁销701，第一压簧702 推动锁销701 插入相应的凹槽9 内，第二压簧801 推动钢珠802 滑入对应的弧面卡口17，红外传感器提升高度操作完成。启动离心机12 和红外测量机构，红外测量机构将离心机12 的转速显示在显示屏上，与离心机12 的设置转速对比来判定离心机的转速示值误差。

4 现场试验

在完成以上设计后，需要针对装置进行装配。装置设计完成后，分别在离心机转速达到1 000 r/min、4 000 r/min、7 000 r/min、10 000 r/min 时，对转速误差进行测量，得其平均转速和转速误差见表1。

表1 离心机转速测量值

如表1 所示，通过对一闪给分析可以看出，在相同实验条件下，采用单因素法测得不同转速条件下误差分别为0.5%、0.6%、0.54%和0.86%，该误差值的误差均不超过1%，符合设计准确性要求。

5 结论

1）本设计将红外传感器固定连接在固定架的端部，通过发射管和接收管配合旋转盘上的反射条和吸收条实现对离心机旋转次数的测量，并通过设有计时器的单片机计算离心机的转速。这样的设计具有较好的稳定性，在现场试验过程中本装置能够有效地提高操作的准确性和稳定性，更避免了人员没有握紧传感器所有可能产生的实验事故，通过伸缩固定架快速实现红外测量机构的高度调节，有效提高了操作效率和安全性。

2）本设计通过锁销与其配合的凹槽进行固定，操作快捷方便；钢珠与其配合使用的弧面卡口进行卡接，使伸缩端与固定端的连接更加可靠，限位凸起和限位槽配合使用，伸缩端向外拉到极限位置时，通过限位凸起和限位槽进行限位，防止伸缩端从固定端中脱出。设计的滤光片使接收光谱限于较窄的波长范围内，能提高接收管的灵敏度。

3）采用单因素法测得不同转速条件下误差不超过1%，符合设计准确性要求。