【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 架安裝在傳輸帶輸送機(jī)上，在完成輸送功能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)傳輸帶上物料的動(dòng)態(tài)稱重。物料流過(guò)傳輸帶時(shí)，秤架上的稱重傳感器和測(cè)速傳感器將秤架瞬時(shí)重量和傳輸帶瞬時(shí)速度值轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并由數(shù)據(jù)采集裝置采集。 稱架介紹 在系統(tǒng)計(jì)量過(guò)程中，由于運(yùn)行中的傳輸帶的張力，抖動(dòng)和跑偏等因素對(duì)流量計(jì)量結(jié)果的影響甚大，這種影響又稱“皮帶效應(yīng)”。為減輕這種影響，以及安裝難度和設(shè)備成本等考慮，秤架 的種類繁多。 單托輥秤架因其安裝方便，維護(hù)量低，信號(hào)響應(yīng)速度快等明顯優(yōu)點(diǎn)，占據(jù)了市場(chǎng)份額的 50%以上，但在秤架設(shè)計(jì)中沒(méi)有消除傳輸帶張力對(duì)稱重結(jié)構(gòu)的影響，需要設(shè)計(jì)算法來(lái)消除誤差。為保證研究的普遍意義和實(shí)用價(jià)值，本系統(tǒng)選擇單托輥秤架作為研究對(duì)象，并通過(guò)算法有效消除了水平張力對(duì)計(jì)量結(jié)果的影響。 稱重傳感器只安裝在一組托輥上的稱架結(jié)構(gòu)稱為單托輥稱架 .如圖 31所示，單托輥稱架由安裝了稱重傳感器的稱重托輥，稱重托輥相鄰的兩組過(guò)渡托輥和稱架支撐結(jié)構(gòu)共同組成。其中稱架支撐結(jié)構(gòu)分為平衡杠杠支撐和直接支撐，平衡杠杠 支撐結(jié)構(gòu)還可以選擇是否配置平衡重物。 圖 31 配置平衡重物的單托輥稱架結(jié)構(gòu)示意圖 配置平衡重物重量可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)傳輸帶空載時(shí)對(duì)稱重傳感器的壓力，有利于系統(tǒng)過(guò)渡托輥 稱重托輥 傳輸 稱重傳感器 支撐架 配置平衡重物 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 10 10 零點(diǎn)標(biāo)定，確保計(jì)量精度。 稱重傳感器介紹 與選擇 稱重傳感器是將作用在其上的壓力轉(zhuǎn)換為等比例的電信號(hào)的儀器。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，稱重裝置因其能實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)對(duì)象的迅速、精確稱量，在各行各業(yè)得到廣泛應(yīng)用，而稱重傳感器正是稱重裝置的核心部件。尤其是傳感器材料技術(shù)和傳感器制作工藝的不斷提高，使得基于稱重傳感器的稱重裝置的計(jì)量區(qū)間向大噸位和微 量物體兩個(gè)方向不斷延伸，并且在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域中已經(jīng)成為一種必須的設(shè)備。而且目前幾乎所有的領(lǐng)域應(yīng)用的稱重裝置都使用了不同種類和規(guī)格的稱重傳感器。 稱重傳感器的分類 目前使用的稱重傳感器種類繁多，可按工作原理分類為：壓力 電荷式、壓力 電阻式、壓力 電磁式和電阻應(yīng)變式稱重傳感器。下面分別介紹： (1)壓力 電荷式稱重傳感器 壓力 電荷式稱重傳感器的工作原理是基于一種離子電材料，當(dāng)這種材料受到外力時(shí)，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化效應(yīng)，獲得或失去一定量的電荷，從而帶電，當(dāng)加在其上的外力去掉時(shí)，材料恢復(fù)為不帶電 狀態(tài)。這種特性稱為材料的壓電效應(yīng)，這種材料稱為壓電材料。 壓力 電荷式稱重傳感器的基本工作原理就是采用這種材料研制而成的，壓力 電荷式稱重傳感器的固有頻率較高，所以在適用高頻響應(yīng)的場(chǎng)合要優(yōu)于其他種類的稱重傳感器。 (2)壓力 電阻式稱重傳感器 壓力 電阻式稱重傳感器的基本工作原理是基于一種具有壓阻效應(yīng)的材料，這種材料在收到外力后會(huì)產(chǎn)生形變，并且它的電阻會(huì)隨之產(chǎn)生變化。利用帶有壓阻效應(yīng)的材料制成的傳感器就稱為壓力 電阻式稱重傳感器。根據(jù)具體材料性質(zhì)的不同，可將壓力 電阻式稱重傳感器分為半導(dǎo)體應(yīng)變式稱重傳感器 和擴(kuò)散型壓力 電阻式稱重傳感器。 半導(dǎo)體應(yīng)變式稱重傳感器的基本結(jié)構(gòu)類似于電阻應(yīng)變式稱重傳感器，不同點(diǎn)是利用半導(dǎo)體壓電材料代理電阻應(yīng)變式稱重傳感器的金屬材料制成電阻應(yīng)變片，雖然也容易損壞，但與金屬材料相比具有靈敏度高和體積小等優(yōu)點(diǎn)。 擴(kuò)散型壓力 電阻式稱重傳感器所采用的壓電材料是半導(dǎo)體單晶硅。由于單晶硅材料各項(xiàng)極性相異，所以要根據(jù)實(shí)際受力形變情況來(lái)加工特定的應(yīng)變基片，因而測(cè)量精度穩(wěn)定性較差。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 11 11 (3)壓力 電磁式稱重傳感器 壓力 電磁式稱重傳感器的基本工作原理是基于一種具有壓磁效應(yīng)的材料，這種材料在受外力時(shí)會(huì) 在內(nèi)部產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，改變材料的磁導(dǎo)系數(shù)。壓力 電磁式稱重傳感器就是基于這種材料制成的。 (4)電阻應(yīng)變式稱重傳感器 電阻應(yīng)變式稱重傳感器的基本功能是基于電阻應(yīng)變計(jì)實(shí)現(xiàn)的，電阻應(yīng)變計(jì)由電阻絲在絕緣基片上制作而成，根據(jù)電阻大小與直徑成反比于電阻長(zhǎng)度成正比的基本原理，當(dāng)應(yīng)變基片受到外力作用是，其上金屬絲直徑和長(zhǎng)度都會(huì)發(fā)生細(xì)微的變化，導(dǎo)致所在的應(yīng)變基片的電阻阻值產(chǎn)生變化。根據(jù)此原理，電阻應(yīng)變式稱重傳感器可以將受力量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。由于電阻阻值只能產(chǎn)生細(xì)微變化，所以要使用惠斯頓橋式測(cè)量電路測(cè)量?；菟诡D橋式測(cè)量電路要求 四個(gè)組成電阻的阻值相差量很小。 稱重傳感器的選擇 傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)使用的稱重傳感器要具備以下幾個(gè)特征： (1)具有較高的穩(wěn)定應(yīng)，能在投料或輸送時(shí)造成的沖擊或振動(dòng)下正常工作，而且各項(xiàng)系數(shù)漂移量較小。 (2)零點(diǎn)漂移和溫漂系數(shù)較小，可以在不同溫度環(huán)境下使用。 (3)裝卸簡(jiǎn)便。傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重設(shè)備一般在大量散狀物料輸送過(guò)程中使用，不能允許整個(gè)進(jìn)度停滯過(guò)長(zhǎng)時(shí)間。 (4)密封性好。防潮防粉塵，能夠適應(yīng)較惡劣的工作場(chǎng)合。 (5)較好的抗跑偏與偏載性能。因?yàn)樵趥鬏斶^(guò)程中，物料分布是不均勻的，作用力偏離重心的 情況是不可避免的。 具備了以上幾個(gè)特性的稱重傳感器，在實(shí)際使用時(shí)還要考慮多方面因素。如傳感器的類型、傳感器的精度指標(biāo)、傳感器的使用數(shù)量和傳感器的使用環(huán)境等諸多因素。 (1)傳感器的類型 傳感器類型的選擇時(shí)首先要了解傳感器各項(xiàng)信息，如性能指標(biāo)、安裝方法、原理結(jié)構(gòu)、受力方式、材料材質(zhì)等，這些一般由制造廠商提供。然后主要考慮稱重場(chǎng)合性質(zhì)和安裝空間問(wèn)題，既要保證安裝穩(wěn)定，又要保證測(cè)量可靠安全。如材質(zhì)電橋傳感器適用于汽車稱量和軌道稱量等；鋁質(zhì)懸梁式傳感器適用于普通電子稱、平臺(tái)秤和案秤等；鋼質(zhì)柱式傳感器適用于汽車稱 量、動(dòng)態(tài)軌道稱量和大噸位料斗稱量等。 (2)傳感器的精度和量程 選擇傳感器的精度指標(biāo)時(shí)不能盲目尋求高精度的傳感器，要綜合考慮實(shí)際稱重場(chǎng)合的需求和成本等問(wèn)題。通常情況下，傳感器指標(biāo)包括蠕變系數(shù)、靈敏度、額定載荷、零點(diǎn)溫漂、綜合誤差、滯后、不重復(fù)性和非線性等。選用的傳感器的不重復(fù)性、非線性和滯后三項(xiàng)指標(biāo)的均方根的值要略高于系統(tǒng)需求精度。傳感河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 12 12 器的量程主要根據(jù)秤架自重、造成的最大偏載、安裝傳感器數(shù)量和動(dòng)態(tài)計(jì)量等標(biāo)準(zhǔn)綜合考慮來(lái)選擇。在傳輸帶動(dòng)態(tài)計(jì)量時(shí)，秤架分配到各個(gè)傳感器的載荷量越接近傳感器量程，計(jì)量精度和穩(wěn)定性 越高。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件下，除了考慮分配到傳感器的載荷量之外，秤架重量、傳輸帶自重、動(dòng)態(tài)振動(dòng)、下料沖擊等因素也會(huì)影響傳感器的量程選擇。 (3)傳感器使用數(shù)量 在選擇傳感器的使用數(shù)量時(shí)，主要考慮電子稱重裝置的實(shí)際受力結(jié)構(gòu)、秤架支撐點(diǎn)的數(shù)量和稱重裝置的用途等因素，其中秤架支點(diǎn)個(gè)數(shù)應(yīng)由秤架實(shí)際重心和秤架幾何重心重合的原理而定。通常情況下，傳感器的使用數(shù)量等于秤架支點(diǎn)的數(shù)量，但也存在特殊情況，如存在吊梁結(jié)構(gòu)的秤架只能在吊梁連接點(diǎn)處使用一個(gè)傳感器。 (4)傳感器使用環(huán)境 傳感器的使用環(huán)境是一項(xiàng)重要的考慮因素，實(shí)際 環(huán)境中的溫濕度、粉塵、振動(dòng)等要素對(duì)于正確選擇傳感器至關(guān)重要，而且關(guān)系到傳感器的使用壽命、安全穩(wěn)定性和測(cè)量精度。 在動(dòng)態(tài)稱重中，稱重傳感器的選擇對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)量精度和響應(yīng)速度有直接影響，所以要結(jié)合實(shí)際需求根據(jù)以上條件綜合考慮。由于懸梁式稱重傳感器是基于電阻應(yīng)變?cè)韺⒘禺a(chǎn)生的應(yīng)變力轉(zhuǎn)換成與其線性關(guān)系的電信號(hào)，而且承載方式為平面載重，抗偏載和抗側(cè)向能力強(qiáng)。固本系統(tǒng)的稱重傳感器選用寧波柯力電氣制造公司的懸梁式傳感器，該傳感器是電阻應(yīng)變片式傳感器的一種。 其外形如圖 32所示。 圖 32 柯力電氣制造公 司的懸梁式傳感器 電阻應(yīng)變式稱重傳感器 的基本功能是基于電阻應(yīng)變計(jì)實(shí)現(xiàn)的，電阻應(yīng)變計(jì)由電阻絲在絕緣基片上制作而成，根據(jù)電阻大小與直徑成反比于電阻長(zhǎng)度成正比的基本原理，當(dāng)應(yīng)變基片受到外力作用是，其上金屬絲直徑和長(zhǎng)度都會(huì)發(fā)生細(xì)微的變化，導(dǎo)致所在的應(yīng)變基片的電阻阻值產(chǎn)生變化。根據(jù)此原理，電阻應(yīng)變式稱重傳感器可以將受力量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。由于電阻阻值只能產(chǎn)生細(xì)微變化，所以要使用惠斯頓橋式測(cè)量電路測(cè)量?；菟诡D橋式測(cè)量電路要求四個(gè)組成電阻的阻值相差量很小。 在各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)中額定載荷、靈敏度、推薦激勵(lì)電壓三項(xiàng)為關(guān)鍵參數(shù)，直接關(guān) 系到河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 13 13 傳感器的合理使用和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的正確計(jì)算。該傳感器的靈敏度為 177。 ，表示當(dāng)傳感器受到額定載荷重量時(shí)，每 1V激勵(lì)電壓下，產(chǎn)生 177。 輸出電壓。 本系統(tǒng)實(shí)際采用激勵(lì)電壓為 10V 時(shí)，額定載荷為 2t，則在 2t滿量程下，輸出電壓為 10 (177。 )mV。 其技術(shù)參數(shù)指標(biāo)見(jiàn)表 31。 表 31稱重傳感器性能參數(shù) 項(xiàng)目性能 測(cè)試參數(shù) 項(xiàng)目性能 測(cè)試參數(shù) 額定載荷 2t 工作溫度范圍 30~+70℃ 靈敏度 177。 綜合誤差 177。 ％ 極限過(guò)載 200% 蠕變（ 30分鐘） 177。 ％ 推薦激勵(lì)電壓 10~12V DC 零點(diǎn)平衡 177。 1％ 最大激勵(lì)電壓 15V DC 零點(diǎn)溫度影響 177。 ％ ／ 10℃ 密封等級(jí) Lp66 輸出溫度影響 177。 ％ ／ 10℃ 材質(zhì) 合金鋼 輸入阻抗 400177。 10Ω 電纜 — 輸出阻抗 352177。 3Ω — Length:4m 絕緣電阻 ≥ 5000MΩ — Diameter:φ 5mm 測(cè)速傳感器介紹 與分析 傳輸帶運(yùn)行速度是計(jì)算動(dòng)態(tài)稱重結(jié)構(gòu) 的關(guān)鍵指標(biāo)，所以測(cè)速傳感器是傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的重要組成部分。測(cè)速傳感器按轉(zhuǎn)換原理可分為數(shù)字方式和模擬方式，數(shù)字測(cè)速傳感器目前國(guó)內(nèi)外使用廣泛，使用模擬測(cè)速傳感器來(lái)檢測(cè)傳輸帶運(yùn)行速度的方式基本不再使用。 測(cè)速傳感器分類 單就數(shù)字測(cè)速傳感器而言，其分類方式也很多。按傳感器采集速度信息的方式，可分為接觸式測(cè)速傳感器和非接觸式測(cè)速傳感器。其中按接觸式測(cè)速傳感器的接觸輪的大小又可分為寬式接觸傳感器和窄式測(cè)速傳感器。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 14 14 接觸式測(cè)速方式的基本原理是基于接觸傳輸帶的摩擦輪，當(dāng)傳輸帶行駛時(shí)，依靠于傳輸帶之間的摩擦 帶動(dòng)自身運(yùn)動(dòng)，熱按通過(guò)光 電或磁 電式將速度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。接觸式測(cè)速傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、造價(jià)低廉，所以目前被廣為采用。但依靠摩擦力的原理限制了速度的測(cè)量精度。 非接觸式測(cè)速傳感器沒(méi)有與傳輸帶接觸的機(jī)械裝置。非接觸式測(cè)速傳感器理論上是可以消除接觸打滑、速度損耗等接觸式傳感器不能解決的問(wèn)題，并且實(shí)現(xiàn)直接獲得傳輸帶速度的結(jié)果。但實(shí)際使用中還有很多未能解決的問(wèn)題，目前主要體現(xiàn)為測(cè)量穩(wěn)定性差、影響結(jié)果因素多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)較高等方面，所以尚未廣泛使用。 按速度信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的實(shí)現(xiàn)原理分類，可分為光 電式測(cè) 速傳感器和磁 電式測(cè)速傳感器。現(xiàn)在國(guó)外甚至出現(xiàn)了“多普勒”測(cè)量原理的測(cè)速傳感器，國(guó)內(nèi)也已經(jīng)開(kāi)發(fā)了相同原理測(cè)速傳感器。目前比較普遍的分類方式是分為光 電轉(zhuǎn)換式測(cè)速傳感器和磁 電轉(zhuǎn)換式測(cè)速傳感器。 (1)光 電轉(zhuǎn)換式測(cè)速傳感器 光 電轉(zhuǎn)換式測(cè)速傳感器的計(jì)量原理是由機(jī)械傳動(dòng)裝置將傳輸帶運(yùn)行時(shí)的速度轉(zhuǎn)換為光柵編碼圓盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，光柵圓盤(pán)的一邊放置光源，另一邊放置光感元件。當(dāng)傳輸帶帶動(dòng)光柵圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，速度轉(zhuǎn)換為光柵對(duì)光線的遮擋頻率，并通過(guò)光 電轉(zhuǎn)化生成脈沖信號(hào)或具體數(shù)字編碼。故光 電轉(zhuǎn)換式測(cè)速傳感器又稱為光 電編碼器。 光 電轉(zhuǎn)換式測(cè)速傳感器體積小、安裝簡(jiǎn)便、精度高、應(yīng)用范圍廣，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字測(cè)量和數(shù)字控制，連接計(jì)算機(jī)和相應(yīng)顯示設(shè)備后可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制和實(shí)時(shí)測(cè)量角位置。與其它種類測(cè)速傳感器相比，有性價(jià)比高、可靠性好、維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)光 柵圓盤(pán)的光柵形式可將光 電轉(zhuǎn)換式測(cè)速傳感器分為增量式光 電編碼器和絕 對(duì)式光電編碼器。 增量式光 電測(cè)速傳感器內(nèi)部圓盤(pán)上的光柵是等間距的，每道光柵為一個(gè)分辨區(qū)，產(chǎn)生一個(gè)周期脈沖信號(hào)，采集電路使用計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖進(jìn)行累加運(yùn)算，以零點(diǎn)為基準(zhǔn)位置，正轉(zhuǎn)累加，反轉(zhuǎn)遞減。增量式光 電測(cè)速傳感器具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，但是中途中斷計(jì)數(shù)會(huì)造成測(cè)量數(shù)據(jù)的缺失，而且會(huì)造成誤差積累。 絕對(duì)式光 電測(cè)速傳感器內(nèi)部圓盤(pán)上的光柵是按二進(jìn)制碼規(guī)律排列的，由于為每一個(gè)分辨區(qū)間設(shè)計(jì)了不同的二進(jìn)制碼，所以碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的位置不 同，編碼輸出的值也不同?；谶@種設(shè)計(jì)原理，絕對(duì)式光 電測(cè)速傳感器有固定零點(diǎn)、無(wú)誤差的累積、中斷后不會(huì)造成數(shù)據(jù)損失、輸出量與角度符合一定函數(shù)關(guān)系和測(cè)量穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)導(dǎo)致絕對(duì)式光 電測(cè)速傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大和安裝繁瑣。目前使用并不廣泛。 (2)磁 電式測(cè)速傳感器 磁 電式測(cè)速傳感器的工作原理與光 電式測(cè)速傳感器相河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 15 15 同，也分為增量式和絕對(duì)式。但是磁 電式測(cè)速傳感器對(duì)環(huán)境要就較嚴(yán)格，傳輸帶的震動(dòng)等狀況會(huì)導(dǎo)致傳感器工作異常，造成測(cè)量數(shù)據(jù)損失。 測(cè)速傳感器選擇 綜合各方面因素考慮， 本系統(tǒng)測(cè)速傳 感器選用歐姆龍 E6B2CWZ6C 增量型旋轉(zhuǎn)編碼器，該編碼器屬于接觸式軸光電編碼器。 歐姆龍 E6B2CWZ6C 光電編碼器。 外形如圖 33所示 圖 33 歐姆龍 E6B2CWZ6C增量型旋轉(zhuǎn)編碼器 接觸式測(cè)速方式的基本原理是基于接觸傳輸帶的摩擦輪，當(dāng)傳輸帶行駛時(shí)，依靠于傳輸帶之間的摩擦帶動(dòng)自身運(yùn)