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稱重傳感器的選型及接線
稱重傳感器是地磅的核心，廣泛應(yīng)用于稱重計(jì)量域。結(jié)合稱重傳感器的基本知識(shí)與具體實(shí)踐，介紹了在鋼鐵燒結(jié) 生產(chǎn)混料系統(tǒng)中如何利用稱重傳感器。
1.稱重傳感器的原理及選用原則
把稱重物料放置在秤合上，載荷通過(guò)秤體將重量傳遞給稱重 傳感器，稱重傳感器把作用在它上面的被測(cè)力準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)換為相 應(yīng)的mV電信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)前置放大、濾波、MD轉(zhuǎn)換。由微處理 器(單片機(jī))對(duì)信號(hào)處理后，數(shù)字顯示部位直接顯示稱重值。
稱重傳感器在選用時(shí)要考慮到很多因素，實(shí)際的使用當(dāng)中 我們主要從下列幾個(gè)因素考慮。
(1)使用環(huán)境
稱重傳感器實(shí)際上是種將質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成可測(cè)量的電信 號(hào)輸出裝置。用傳感器 先要考慮傳感器所處的實(shí)際工作環(huán)境， 這點(diǎn)對(duì)于正確選用傳感器至關(guān)重要，它關(guān)系到傳感器能否正常 工作以及它的安全和使用壽命，乃至整個(gè)地磅的可靠性和安全 性。般情況下，若在高溫環(huán)境下使用，應(yīng)選用高溫稱重傳感器 或帶有冷卻水管的稱重傳感器;若在高寒地區(qū)使用，應(yīng)采用帶有 加溫裝置的稱重傳感器;在易燃，易爆環(huán)境下使用，必須選用防 爆傳感器。因此相應(yīng)的環(huán)境因素下我們必須選擇對(duì)應(yīng)的傳感器 才能滿足必要的稱重要求。
(2)傳感器的量程
稱重傳感器在實(shí)際使用時(shí)，應(yīng)考慮秤體的重量以及振動(dòng)、沖 擊、偏載等情況。因此選用傳感器量程時(shí)，要考慮諸多方面的因 素，保證傳感器的安全和壽命。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，般應(yīng)使傳感器工作 在其30%~70%量程內(nèi)，但對(duì)于些在使用過(guò)程中存在較大沖 擊力的地磅，如動(dòng)態(tài)軌道衡、動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡等，在選用傳感器時(shí)， 般要擴(kuò)大其量程，使傳感器工作在其量程的20%~30%之內(nèi)，使 傳感器的稱量?jī)?chǔ)備量增大，以保證傳感器的使用安全和壽命。
(3)傳感器的準(zhǔn)確度
傳感器的準(zhǔn)確度等包括傳感器的非線形、蠕變、蠕變恢 復(fù)、滯后、重復(fù)性、靈敏度等技術(shù)指標(biāo)。在選用傳感器時(shí)，不要單 純追求高等的傳感器，而既要考慮滿足地磅的準(zhǔn)確度要求， 又要考慮其成本。對(duì)傳感器等的選擇必須滿足下列兩個(gè)條 件：①滿足儀表輸入的要求。②滿足整合地磅準(zhǔn)確度的要求。
2.稱重傳感器的選型及接線
數(shù)據(jù)是切控制的基礎(chǔ)，而本控制系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)來(lái)源是 靠三個(gè)稱重傳感器得到的。因此，對(duì)傳感器的選型就顯得很重要 了。稱重其實(shí)就是測(cè)量壓力，電器式壓力檢測(cè)儀表主要有壓電 式、電阻式、振頻式等。電阻式有可分為應(yīng)變式和壓阻式兩種。
應(yīng)變式壓力傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、工 藝成熟、價(jià)格便宜、性能穩(wěn)定可靠、靈敏度高、測(cè)量速度快、適合 靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)量等，易于實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程的自動(dòng)化和多點(diǎn)同步測(cè) 量。但是應(yīng)變片電阻易受溫度影響，測(cè)量時(shí)需加以補(bǔ)償或修正。
鑒于應(yīng)變式壓力傳感器具有以上優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)選用了該種 型號(hào)的傳感器。在應(yīng)變片將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成電阻的相對(duì)變化率 之后，通常采用電橋電路將其進(jìn)步轉(zhuǎn)化成電壓或電流信號(hào)，根 據(jù)電源的不同，電橋分為直流電橋和交流電橋。其中直流電橋分 為單臂橋路、半橋差動(dòng)電路、全橋差動(dòng)電路。單臂橋路的非線性 誤差較高;半橋差動(dòng)電路靈敏度比單臂橋路提高了倍，而且當(dāng) 負(fù)載電阻很大時(shí)，沒(méi)有非線性誤差，同時(shí)還可以起到定的溫度 補(bǔ)償作用;全橋差動(dòng)電路的電壓靈敏度高，為單臂工作電橋的四 倍，為半橋差動(dòng)電路的兩倍，電路本身具有定的溫度補(bǔ)償電 路，且?guī)ж?fù)載能力強(qiáng)，當(dāng)負(fù)載電阻很大時(shí)，沒(méi)有非線性誤差。
直流電橋的優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好，電路簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)方 便，電橋與后續(xù)儀表間的連接導(dǎo)線不會(huì)形成分布參數(shù)，因此對(duì)導(dǎo) 線的連接方式要求較低;其缺點(diǎn)是易引入工頻干擾，后接的直流 放大器般都比較復(fù)雜，且易受零漂和接地電位的影響。
鑒于此本系統(tǒng)中選用的傳感器是全橋差動(dòng)電路的應(yīng)變片式 壓力傳感器，雖然相對(duì)于其它的轉(zhuǎn)換電路來(lái)說(shuō)，其性能，但 是仍然有比較明顯的溫漂和時(shí)漂，為此必須采取補(bǔ)償措施，其 常用的補(bǔ)償方法有電橋補(bǔ)償方法和熱敏電阻補(bǔ)償方法，本系統(tǒng) 采用的是熱敏電阻式補(bǔ)償方法。
由于配料配方的保密要求，現(xiàn)只能舉例來(lái)說(shuō)明選擇型號(hào)的 方法。假設(shè)其配方是消石灰22kg，白云石1kg，石灰石2kg。則 消石灰的比重為88%，白云石為4%，石灰石為8%。現(xiàn)假設(shè)稱重 出現(xiàn)+50g的誤差，其造成的變化如表1。
從表1中很明顯地可以看出，白云石對(duì)配方的影響大，其 次是石灰石，后是消石灰。這就要求我們選型的時(shí)候，白云石稱重傳感器的度要求高，其次是石灰石和消石灰。根據(jù)現(xiàn) 場(chǎng)的實(shí)際情況，我們選取LSA-50KG型號(hào)的傳感器作為白云石 和石灰石的稱重傳感器，選取LSA-100KG型號(hào)的傳感器作為 消石灰的稱重傳感器。為了盡量減少現(xiàn)場(chǎng)電磁干擾對(duì)信號(hào)傳輸 的影響，傳感器與變送器之間的信號(hào)傳輸線為RVVP-4X 0.5mm。其設(shè)計(jì)框圖和現(xiàn)場(chǎng)接線圖如圖1、圖2。
3.信號(hào)的轉(zhuǎn)換
稱重傳感器所測(cè)量的數(shù)據(jù)是模擬信號(hào)，雖然經(jīng)過(guò)變送器處 理，但其信號(hào)仍然無(wú)法讓工控機(jī)識(shí)別，必須將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號(hào)才行，故現(xiàn)用塊研華PCL-813端子板來(lái)對(duì)變送 器的信號(hào)進(jìn)行處理，本系統(tǒng)選用的具體型號(hào)是PCLD-881，工控 機(jī)的型號(hào)為IPC-610。
研華PCL-813是款32路單端帶隔離的模擬量輸入卡， 常應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室。其特點(diǎn)是：32路單端帶隔離的模 擬量輸入;12位逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換;多種模擬量輸入范圍， 可以通過(guò)軟件設(shè)定;軟件觸發(fā)模式;支持多種語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，如巳A- SIC、Delphi、C 和 C++等。
測(cè)試時(shí)用PCL-10137-1/2/3 (37芯D型電纜，1，2或3 米)將PCL-813與ADAM-3937連接，這樣PCL-813的32個(gè) 模擬輸入通道就和ADAM-3739的32個(gè)接線端子-對(duì)應(yīng)， 可通過(guò)將輸入信號(hào)連接到接線端子來(lái)測(cè)試PCL-813的32路 模擬輸入。
在數(shù)據(jù)采集中，模擬量輸入基本上都是以電壓信號(hào)輸入。為 了達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量并防止損壞應(yīng)用系統(tǒng)，正確的信號(hào)連接是非常 重要的。PCL-813是32路單端帶隔離模擬量輸入數(shù)據(jù)采集卡， 當(dāng)測(cè)量個(gè)電壓信號(hào)時(shí)，將信號(hào)源段接入到個(gè)端子上，信號(hào) 源另端接到地端子上(五個(gè)模擬地中的任何個(gè))。沒(méi)有涉及 的參數(shù)均選用系統(tǒng)默認(rèn)值。
PCL-813(PCLD-881)板卡和IPC-610工控機(jī)連接直接 用PCL-10137-1/2/3，無(wú)需其它設(shè)備。
4.結(jié)束語(yǔ)
本系統(tǒng)已在湖北某鋼鐵公司生產(chǎn)流水線上得到應(yīng)用。幾年 來(lái)連續(xù)正常運(yùn)行，取得了良好的效果，給該公司帶來(lái)了良好的效 益，該產(chǎn)品混料的純度有大幅度提高。*達(dá)到了設(shè)計(jì)要求;同 時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，維護(hù)簡(jiǎn)單，使用方便，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng) 度。相信本系統(tǒng)中的稱重混料系統(tǒng)對(duì)于有類似生產(chǎn)線的控制系 統(tǒng)設(shè)計(jì)具有定的參考價(jià)值。