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行業(yè)動(dòng)態(tài) |
傳感器在電子皮帶秤中的應(yīng)用 |
發(fā)布日期：
2013-1-25
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摘 要：根據(jù)電子皮帶秤的工藝過程，介紹了稱量傳感器和測(cè)速傳感器的工作原理和作用，并提出了其常見問題的處理方法。
關(guān)鍵詞：電子皮帶秤；稱量傳感器；測(cè)速傳感
皮帶輸送機(jī)廣泛地應(yīng)用于礦山、冶金、碼頭和化工等行業(yè),對(duì)于散狀的固態(tài)原料(如礦石、水泥、煤粉)進(jìn)行自動(dòng)輸送,特別適合于高溫、高空和有害環(huán)境下作業(yè)。例如,水泥廠粉磨車間的熟料配料系統(tǒng)就是依靠調(diào)節(jié)皮帶輸送機(jī)的速度來控制水泥磨的進(jìn)料量,完成對(duì)各種熟料的配比。
1、電子皮帶秤工作原理：電子皮帶秤是一種用于測(cè)量和控制皮帶輸送機(jī)的速度和物料流量的實(shí)時(shí)控制器。
電子皮帶秤的工作過程電子皮帶秤定量給料的原理是,物料通過皮帶秤秤臺(tái)時(shí),稱量傳感器將重量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并傳送給稱重顯示控制儀。稱重顯示控制儀不斷檢測(cè)秤架上物料的流量并與儀表內(nèi)的設(shè)定值進(jìn)行比較,得到實(shí)際流量與設(shè)定間的偏差值經(jīng)過儀表內(nèi)軟件一系列復(fù)雜的運(yùn)算后,稱重顯示控制儀輸出PID電流信號(hào)到調(diào)速執(zhí)行設(shè)備(如變頻器)。調(diào)節(jié)皮帶或給料設(shè)備的速度,改變下料或出料量的大小使之與設(shè)定值趨于一致,從而實(shí)現(xiàn)定量給料的目的。
電子皮帶秤計(jì)量物料流量的信息傳輸過程為:皮帶上運(yùn)動(dòng)物料的重量由稱量傳感器測(cè)量,并輸出對(duì)應(yīng)的電信號(hào);皮帶運(yùn)行速度由速度傳感器測(cè)量,并輸出對(duì)應(yīng)的電信號(hào);稱重顯示控制采集上述兩種信息,運(yùn)算并輸出對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。常見的運(yùn)算方法有積分法和累加法。所謂積分法簡單的講就是某個(gè)瞬時(shí)測(cè)得的皮帶單位長度上的物料質(zhì)量P(t)與此時(shí)測(cè)得的皮帶速度值v(t)的乘積在時(shí)間長度T上的積分。累加法是指當(dāng)皮帶輸送機(jī)運(yùn)行時(shí),每隔一段固定長度就對(duì)物料質(zhì)量測(cè)量一次。
從稱量原理可知,電子皮帶秤所測(cè)量物料的瞬時(shí)流量的數(shù)據(jù)采集主要采用兩種傳感器:即稱量傳感器與測(cè)速傳感器。稱量傳感器是測(cè)量承載器上物料的負(fù)荷值P(t)/(kg/m),測(cè)速傳感器是測(cè)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(jié)構(gòu)形式有電阻應(yīng)變式、壓磁式、差動(dòng)變壓器式、電容式、壓電式等。電阻應(yīng)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(fù)性、滯后指標(biāo)優(yōu)于0.01%),一直占據(jù)90%以上的稱量傳感器市場(chǎng)份額,國內(nèi)市場(chǎng)幾乎是電阻應(yīng)變式稱量傳感器的一統(tǒng)天下。電阻應(yīng)變式傳感器的原理是用應(yīng)變片直接測(cè)量彈性元件的應(yīng)變,實(shí)現(xiàn)間接測(cè)量壓力。這種方法彈性元件變形小,可以測(cè)量高頻率變化的壓力。
應(yīng)變式傳感器的應(yīng)變?cè)䦟?shí)際是一個(gè)測(cè)力應(yīng)變筒,被測(cè)壓力經(jīng)膜片轉(zhuǎn)換成相應(yīng)大小的力,再傳給應(yīng)變筒。應(yīng)變筒受壓縮變形,沿軸向貼的應(yīng)變片受壓阻值變小,沿周向貼的應(yīng)變片受拉阻值增大,組成應(yīng)變電橋即可得到輸出電壓值,從而測(cè)出壓力值的大小。應(yīng)變式傳感器的結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2 應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)稱量傳感器測(cè)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(yīng)變片測(cè)力時(shí)變化的阻值,它反映了所測(cè)壓力的大小與輸出電壓Usc的關(guān)系(成正比)。設(shè)計(jì)中使用全橋電路的目的在于:當(dāng)R1=R2=R3=R4時(shí),電橋電壓靈敏度最高,并消除了非線性誤差,也起到了補(bǔ)償作用。圖3 稱量傳感器輸出全橋電路
3、測(cè)速傳感器電子皮帶秤上所用測(cè)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(cè)速發(fā)電機(jī)式測(cè)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(hào)的數(shù)字式測(cè)速傳感器。
a)磁阻脈沖式測(cè)速傳感器:磁阻脈沖式測(cè)速傳感器中,線圈和磁鐵部分都是靜止的,與被測(cè)件連接,而運(yùn)動(dòng)的部分是用導(dǎo)磁材料制成的,當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),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(chǎn)生了感生電勢(shì)。磁阻脈沖式測(cè)速傳感器從結(jié)構(gòu)上看有開磁路和閉磁路兩種。在一個(gè)П型永久磁鐵上裝有兩個(gè)相互串聯(lián)的感應(yīng)線圈,滾輪與皮帶直接摩擦旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)等分齒輪旋轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)确铸X輪的凸起部分與磁極相對(duì)時(shí),回路磁通最大,當(dāng)?shù)确铸X輪的凹陷部分與磁極相對(duì)時(shí),回路磁通最小,感應(yīng)線圈上便感應(yīng)隨磁通變化的感應(yīng)電壓。感應(yīng)電壓變化的頻率f與皮帶速度v成正比。這種測(cè)速傳感器結(jié)構(gòu)簡單,但輸出信號(hào)幅度小。當(dāng)皮帶運(yùn)行時(shí),通過摩擦使?jié)L輪旋轉(zhuǎn),并帶動(dòng)轉(zhuǎn)子磁杯轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)子磁杯及定子磁杯相對(duì)安裝,其圓周端面上都均勻地銑出多個(gè)齒槽。當(dāng)兩個(gè)磁杯的凸齒相對(duì)時(shí),磁通最大,當(dāng)兩個(gè)磁杯的凸凹齒相對(duì)時(shí),磁通最小,從而在線圈中感應(yīng)出隨磁通而變化的感應(yīng)電壓。磁阻測(cè)速傳感器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,但密封性能好,輸出信號(hào)幅值大。磁阻脈沖式測(cè)速傳感器用于高轉(zhuǎn)速測(cè)量時(shí),因磁路磁滯影響,使線圈中感應(yīng)電壓太小而不易測(cè)量。
b)光電脈沖式測(cè)速傳感器:光電脈沖式測(cè)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(cè)軸相連接。當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)到某一位置時(shí),由光源發(fā)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(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)。開孔盤上開有一定數(shù)量的小孔,當(dāng)開孔盤轉(zhuǎn)動(dòng)一周,光敏元件感光的次數(shù)與盤的開孔數(shù)相等,因此產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)量的電脈沖信號(hào)。圓盤上的孔可以是1個(gè)或多個(gè),取決于設(shè)備要求的脈沖數(shù)。圖4 光電脈沖式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)原理
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(yīng)重點(diǎn)檢查速度傳感器及其線路,在不確定之前,可以將速度信號(hào)的給定方式由實(shí)測(cè)改為內(nèi)給,若正常則說明速度信號(hào)異常,檢查或更換速度傳感器。
b)電子皮帶秤的零點(diǎn)值過高,稱量不準(zhǔn)。出現(xiàn)這種情況,應(yīng)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(dòng)傾斜等。確認(rèn)秤架沒有問題,然后檢查稱重傳感器,在空秤時(shí)測(cè)量各個(gè)傳感器的輸出信號(hào),如果輸出信號(hào)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(dāng)皮帶機(jī)停止運(yùn)行時(shí),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(yùn)物成的工件表面紋理,其圖像對(duì)應(yīng)的共生矩陣中的主對(duì)角線元素值很大,而其他元素值幾乎全為零。而對(duì)于刀具磨損程度比較高時(shí)車削形成的工件表面紋理,其圖像對(duì)應(yīng)的共生矩陣中非零的元素值在主對(duì)角線的兩側(cè)分布比較散亂。分析表明灰度共生矩陣能在一定程度上有效地識(shí)別由新刀車削形成的工件表面紋理和刀具急劇磨損時(shí)車削形成的工件表面紋理。
參考文獻(xiàn):[1]王亮申,歐宗瑛.圖像紋理分析的灰度2基元共生矩陣法[J].計(jì)算機(jī)工程,2004(23).[2]顏梅春,張友靜,鮑艷松.基于灰度共生矩陣法的IKONOS影像城市草地信息提取[J].
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