【摘 要】
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针对现有工业领域存在的管道结垢清理成本高,除垢效果不易观察等问题,本文研究了一种结合红外检测技术和超声波清洗技术的在线除垢系统。基于红外阵列传感器实现管道表面的实时温度监测,并结合温度变化,动态调整超声驱动电源的功率,实现管道的在线超声除垢。本论文的主要研究内容包括:首先,设计完成了应用于管道除垢的超声波电源:其工作频率21.5k Hz左右,电源最大输出功率500W。频率追踪方案基于团队设计的HZ
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针对现有工业领域存在的管道结垢清理成本高,除垢效果不易观察等问题,本文研究了一种结合红外检测技术和超声波清洗技术的在线除垢系统。基于红外阵列传感器实现管道表面的实时温度监测,并结合温度变化,动态调整超声驱动电源的功率,实现管道的在线超声除垢。本论文的主要研究内容包括:首先,设计完成了应用于管道除垢的超声波电源:其工作频率21.5k Hz左右,电源最大输出功率500W。频率追踪方案基于团队设计的HZ6686专用芯片,实现了超声波换能器的正常驱动和对换能器频率的快速追踪。使用YM32A红外阵列传感器,通过管道表面温度,实现对管道内垢层厚度变化的实时监测。其次,建立了不同形状和结垢条件的热传输模型。基于COMSOL软件,结合流体温度、热阻分布和管道形状等,分析了管道及其污垢的热传输特性,建立了管道表面温度和管道内垢层厚度的对应关系,理论上论证了基于管道表面温度监测方案的管道在线除垢的可行性。最后,通过模拟产线环境的实验,验证了基于红外传感器检测管道表面温度的在线管道除垢系统的性能。系统的平均温度精度达到了0.3℃,与仿真平均测温误差4.7%,对于除垢厚度的判断精度达到至少1.2mm。在线系统能耗最高45W,工作过程中无明显过热现象。在线除垢系统能在水中产生最大0.69W/cm~2的声场强度,针对管道中厚度为1.2mm和2.6mm的污垢,可实现平均89.7%的除垢率,平均缩短22%的工作时间,验证了本文除垢检测方案的可行性。
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