傳感器在電子皮帶秤中的應用
發布時間：2017-09-01
引言
皮帶輸送機廣泛地應用于礦山、冶金、碼頭和化工等行業,對于散狀的固態原料(如礦石、水泥、煤粉)進行自動輸送,特別適合于高溫、高空和有害環境下作業。例如,水泥廠粉磨車間的熟料配料系統就是依靠調節皮帶輸送機的速度來控制水泥磨的進料量,完成對各種熟料的配比。
1電子皮帶秤的工作原理
電子皮帶秤是一種用于測量和控制皮帶輸送機的速度和物料流量的實時控制器,其工藝過程如圖1所示。
電子皮帶秤定量給料的原理是,物料通過皮帶秤秤臺時,稱量傳感器將重量信號轉換為電信號并傳送給稱重顯示控制儀。稱重顯示控制儀不斷檢測秤架上物料的流量并與儀表內的設定值進行比較,得到實際流量與設定值之間的偏差值經過儀表內軟件一系列復雜的運算后,稱重顯示控制儀輸出PID電流信號到調速執行設備(如變頻器)。調節皮帶或給料設備的速度,改變下料或出料量的大小使之與設定值趨于一致,從而實現定量給料的目的。電子皮帶秤計量物料流量的信息傳輸過程為:皮帶上運動物料的重量由稱量傳感器測量,并輸出對應的電信號;皮帶運行速度由速度傳感器測量,并輸出對應的電信號;稱重顯示控制采集上述兩種信息,運算并輸出對應的電信號。
常見的運算方法有積分法和累加法。所謂積分法簡單的講就是某個瞬時測得的皮帶單位長度上的物料質量P(t)與此時測得的皮帶速度值v(t)的乘積在時間長度T上的積分。累加法是指當皮帶輸送機運行時,每隔一段固定長度就對物料質量測量一次。
從稱量原理可知,電子皮帶秤所測量物料的瞬時流量的數據采集主要采用兩種傳感器:即稱量傳感器與測速傳感器。稱量傳感器是測量承載器上物料的負荷值P(t)/(kg/m),測速傳感器是測量皮帶速度值v(t)/(m /s)。
2稱量傳感器
皮帶上的物料(包括皮帶重量)是通過稱量托輥傳遞給秤架,再將力傳遞給稱量傳感器的。稱量傳感器的結構形式有電阻應變式、壓磁式、差動變壓器式、電容式、壓電式等。電阻應變式稱量傳感器因制作簡單、工藝成熟、精確度高(最高精確度目前可做到非線性、重復性、滯后指標優于0. 01% ),一直占據90%以上的稱量傳感器市場份額,國內市場幾乎是電阻應變式稱量傳感器的一統天下。
電阻應變式傳感器的原理是用應變片直接測量彈性元件的應變,實現間接測量壓力。這種方法彈性元件變形極小,可以測量高頻率變化的壓力。應變式傳感器的應變元件實際是一個測力應變筒,被測壓力經膜片轉換成相應大小的力,再傳給應變筒。應變筒受壓縮變形,沿軸向貼的應變片受壓阻值變小,沿周向貼的應變片受拉阻值增大,組成應變電橋即可得到輸出電壓值,從而測出壓力值的大小。
稱量傳感器測量原理采用全橋電路(圖3),其中輸出電壓USC=U×ΔR1/R1。全橋電路中的R1、R2、R3、R4阻值均相等。ΔR1為應變片測力時變化的阻值,它反映了所測壓力的大小與輸出電壓Usc的關系(成正比)。設計中使用全橋電路的目的在于:當R1=R2=R3=R4時,電橋電壓靈敏度最高,并消除了非線性誤差,也起到了補償作用。
3測速傳感器
電子皮帶秤上所用測速傳感器目前主要有磁阻脈沖式、光電脈沖式兩類,模擬式測速發電機式測速傳感器早已不再使用,取而代之的是上述兩種輸出脈沖信號的數字式測速傳感器。
a)磁阻脈沖式測速傳感器:磁阻脈沖式測速傳感器中,線圈和磁鐵部分都是靜止的,與被測件連接,而運動的部分是用導磁材料制成的,當轉動件轉動時,改變了磁路的磁阻,因而改變了貫通線圈的磁通,在線圈中產生了感生電勢。磁阻脈沖式測速傳感器從結構上看有開磁路和閉磁路兩種。在一個П型永久磁鐵上裝有兩個相互串聯的感應線圈,滾輪與皮帶直接摩擦旋轉并帶動等分齒輪旋轉。當等分齒輪的凸起部分與磁極相對時,回路磁通最大,當等分齒輪的凹陷部分與磁極相對時,回路磁通最小,感應線圈上便感應隨磁通變化的感應電壓。感應電壓變化的頻率f與皮帶速度v成正比。這種測速傳感器結構簡單,但輸出信號幅度小。當皮帶運行時,通過摩擦使滾輪旋轉,并帶動轉子磁杯轉動,轉子磁杯及定子磁杯相對安裝,其圓周端面上都均勻地銑出多個齒槽。當兩個磁杯的凸齒相對時,磁通最大,當兩個磁杯的凸凹齒相對時,磁通最小,從而在線圈中感應出隨磁通而變化的感應電壓。磁阻測速傳感器結構較復雜,但密封性能好,輸出信號幅值大。磁阻脈沖式測速傳感器用于高轉速測量時,因磁路磁滯影響,使線圈中感應電壓太小而不易測量。
b)光電脈沖式測速傳感器:光電脈沖式測速傳感器(如圖4)由裝在輸入軸4上的開孔圓盤3、光源5、光敏元件1以及縫隙板2等組成,輸入軸與被測軸相連接。當圓盤轉到某一位置時,由光源發射的光通過開孔圓盤上的孔照射到光敏元件上,使光敏元件感光,產生一個電信號。開孔盤上開有一定數量的小孔,當開孔盤轉動一周,光敏元件感光的次數與盤的開孔數相等,因此產生相應數量的電脈沖信號。圓盤上的孔可以是1個或多個,取決于設備要求的脈沖數。
4常見問題的處理方法
a)電子皮帶秤開啟正常,電腦顯示停止,無流量。應重點檢查速度傳感器及其線路,在不確定之前,可以將速度信號的給定方式由實測改為內給,若正常則說明速度信號異常,檢查或更換速度傳感器。
b)電子皮帶秤的零點值過高,稱量不準。出現這種情況,應首先檢查秤架是否有問題,比如秤架上是否壓有重物,秤架的螺栓是否有松動傾斜等。確認秤架沒有問題,然后檢查稱重傳感器,在空秤時測量各個傳感器的輸出信號,如果輸出信號相差過大,則說明有傳感器損壞,確定后更換稱重傳感器。
c)當皮帶機停止運行時,由于皮帶上有剩余物料或皮帶不均勻皮重造成顯示儀表仍在緩慢跳字,造成不運物料而積算器仍不斷累積。處理辦法: 1)將小信號切除值(物料瞬時流量低于此值,積算器不再累積)適當抬高; 2)將皮帶輸送機電氣運行觸點接入顯示儀表的供電回路,當皮帶輸送機停止運行時,顯示儀表的電源也就斷開了。
5結論
測速傳感器與稱量傳感器的的測量精確度和穩定性決定著電子皮帶秤的測量性能,目前稱量傳感器的精確度普遍提高到萬分之幾,而測速傳感器的精確度大多在千分之幾,所以提高測速傳感器精確度是提高電子皮帶秤系統精確度有效的途徑之一。
在電子皮帶秤使用過程中,涉及傳感器的問題不少,當我們較為透徹了解各種傳感器的工作原理、信號類別及與顯示儀表的關系后,就有可能根據現場情況靈活應用,以滿足生產現場各種要求。
摘自：中國傳感器交易網
