【文章內(nèi)容簡介】 控制補償 ； 5）自動累積顯示； 6）輸入輸出控制功能用戶可編程定義； 7） 10 臺 AD4401 通過 RS422/485 與上位機聯(lián)網(wǎng)； 8）數(shù)字校準(zhǔn)功能 二、技術(shù)性能參數(shù) （ 1）模擬與 A/D 轉(zhuǎn)換部分 輸入靈敏度 : uv/d； 最大輸入范圍 : 36mv； 零點調(diào)整范圍 : 0mv～ 20mv； 傳感器供橋電源 : 10VDC177。 5% 230MA； 非線性度：177。 %FS； A/D 分辨率： 1/1,000,000； A/D 采樣次數(shù)： 100 次 /秒 （ 2）數(shù)字部分 主顯示器： 7 段熒光管， 13mm 高，重量顯示： 17 位； 輔助顯示器： 7 段熒光管， 7mm 高， 8 位顯示；皮重、定量值、累計值、累計次數(shù)、設(shè)定值 ； 天津工程師范學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計 9 顯示分辯率： 1/16000； 最小分度： 1， 2， 5， 10， 20， 50； 最大顯示值： 999950； 功 能 鍵：設(shè)定、置零、去皮、凈重 /毛重、輸入、退出、 F； F 用戶定義鍵：緊急停止、置零清除、皮重清除、累計清除、打印、保持、啟 動； 輸出輸入控制（ I/O）用戶自定義各端子功能： 輸入： 14 種功能，選 6 位； 輸出： 16 種功能選 8 位； 設(shè) 定：鍵盤設(shè)定或設(shè)定器設(shè)定； 設(shè)定內(nèi)容：基本功能： 22 項； 輸出輸入： 14+18 項； 接 口： 3 項 （ 3）接口 標(biāo)準(zhǔn)串行接口（電流環(huán)）； 并行 BCD/out OP1； 繼電器輸出 OP2； 串行接口 RS－ 422/485 OP3； 串行接口 RS－ 232C OP4； 設(shè)定單元 OP5； 模擬輸出 （ 4－ 20mA） OP7 （ 4）工作條件： 電源： 200～ 240V 50/60HZ； 工作溫度：－ 5℃ ～＋ 40℃； 存放溫度： － 15℃ ～ +70℃ ； 工作濕度：不大于 85%（無結(jié)霜）； 外形尺寸： 144（ W） 72(H) 197(D)mm； 安裝尺寸： 138 68mm 傳感器的選型 稱重傳感器被稱為電子衡器中的心臟部件，科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，由稱重傳感器制作的電子衡器也已廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè)，實現(xiàn)了對物料的快速、準(zhǔn)確的稱量。 特別是隨著微處理機的出現(xiàn)，工業(yè)生產(chǎn)過程自動化程度化的不斷提高，稱重傳感器已成為 工業(yè) 控制中的一種必需的裝置，從以前不能稱重的大型罐、料斗等重 量計測以及吊車秤、汽車秤等計測控制，到混合分配多種原料的配料系統(tǒng)、天津工程師范學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計 10 生產(chǎn)工藝中的自動檢測和粉粒體進(jìn)料量控制等，都應(yīng)用了稱重傳感器。目前，稱重傳感器幾乎運用到了所有的稱重領(lǐng)域。 一、稱重傳感器的選擇 稱重傳感器是一種將 質(zhì)量信號 轉(zhuǎn)換為可測量的電信號的轉(zhuǎn)換輸出裝置，是電子衡器中最重要的檢測元件，只有稱重傳感器將秤體承受的重力準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換成電信號后，稱重顯示儀表才能正確地計算和顯示重量值。 1．要考慮稱重傳感器的實際工作環(huán)境 工作環(huán)境對稱重傳感器造成的影響主要有以下幾個方面： (1) 稱重傳感器是一種電子器件，在易燃 、易爆環(huán)境下工作，一旦發(fā)生問題不僅會造成人身、沒備傷害，也會徹底破壞電子衡器。因此，在易燃、易爆環(huán)境下工作的稱重傳感器必須有很好的防爆性能，必須選用專用的防爆傳感器，其密封外罩不僅要考慮密閉性，還要考慮防爆強度。 (2) 高溫會造成傳感器外層防護(hù)材料熔化、內(nèi)部焊點開焊、彈性體變形產(chǎn)生附加應(yīng)力等，同時高溫還會使傳感器的輸出信號產(chǎn)生溫漂，造成稱重信號的錯誤和不穩(wěn)定。因此，在熔煉、鑄造設(shè)備附近等高溫環(huán)境下，必須選用耐高溫傳感器，并采用隔熱、降溫和溫度補償措施。 (3) 粉塵、潮濕及腐蝕性環(huán)境下，易造成傳感器彈性體 受損和內(nèi)部短路。因此，應(yīng)選用密閉性、抗腐蝕性能高的稱重傳感器，且防護(hù)等級應(yīng)至少達(dá) JIP67級。 2. 要考慮稱重傳感器的適用范圍，正確選擇傳感器形式，稱重傳感器有多種分類： (1) 按工作原理分類：電阻應(yīng)變式、電容式、壓磁式、壓電式等 。 (2) 按物理機構(gòu)分類：懸臂梁式、橋式、柱式、板式、 S形式等 。 (3) 按彈性體材質(zhì)分類：合金鋼式、鋁合金式等。 3．稱重傳感器數(shù)量和量程的選擇 (1) 傳感器數(shù)量的選擇 傳感器數(shù)量的選擇需要根據(jù)電子衡器的用途、秤體結(jié)構(gòu)、支撐點數(shù) (支撐點數(shù)應(yīng)根據(jù)秤體的物理結(jié)構(gòu)、取心確定 )來決定。一般來說，秤體有幾個支撐點就應(yīng)選用幾個傳感器。但有些特殊的電子衡器 (如電子吊秤、機電結(jié)合電子秤 )，應(yīng)根據(jù)秤體特殊結(jié)構(gòu)確定使用傳感器的數(shù)量。 (2) 傳感器的量程選擇 傳感器量程的選擇是依據(jù)電子衡器的最大秤量、選用傳感器的個數(shù)、秤體自重、可能產(chǎn)生的最大偏載及動載等因素綜合評價來確定的。 理論上說，傳感器的量程越接近分配到每個傳感器的載荷，其稱量的準(zhǔn)確度就越高。但在實際使用時，由于加在傳感器上的載荷除被稱物體外，還存在秤體自重、皮重、偏載及振動沖天津工程師范學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計 11 擊等載荷，因此選用傳感器量程時，要考慮諸多方面的因素，保證 傳感器的安全和壽命。 傳感器量程的計算經(jīng)驗公式 : 在充分考慮到影響秤體的各個因素后，經(jīng)過大量的驗證而確定， 公式如下： C＝ K0K1K2K3 ( Wmax+W )/ N （ 31） C— 單個傳感器的額定量程； W— 秤體自重； Wmax— 被稱物體凈重的最大值； N— 秤體所采用支撐點的數(shù)量； K0— 保險系數(shù)，一般取值在 ～ 之間；K1— 沖擊系數(shù)； K1 值是根據(jù)以下使用條件確定的： a)當(dāng) N 個傳感器均勻受載，且在無振動、無沖擊條件下工作 時， K1=； b)當(dāng)偶爾有沖擊振動的情況時，K1=； c)當(dāng)在有重復(fù)性的沖擊振動條件下進(jìn)行動態(tài)稱重時， K1=；當(dāng) N個傳感器不均勻受載時，則根據(jù)偏載可能形成的最大載荷乘以上述系數(shù)即可；K2— 秤體的重心偏移系數(shù)； K3— 風(fēng)壓系數(shù)。 設(shè)計中被稱 重 物料凈重的最大值 Wmax 取 10kg，秤體自重 W 估算為 10kg，設(shè)計 根據(jù)稱體結(jié)構(gòu) 采用兩個稱重傳感器， 并 根據(jù)當(dāng)時的實際情況，選取保險系數(shù)K0＝ ，沖擊系數(shù) K1＝ ，重心偏移系數(shù) K2＝ ，風(fēng)壓系數(shù) K3＝ ，確定傳感器 的量程。 根據(jù)傳感器量程計算公式（ 31）： C＝ K0 K1 K2 K3（ Wmax＋ W） /N 可知： C＝ （ 10＋ 10）／ 2＝ 16kg 因此，可選用量程為 20kg 的 S 型 稱重傳感器（根據(jù)安裝方式可選 STC 型傳感器 ，其 量程有 5kg、 10kg、 20kg、 30kg、 50kg、 100kg、 200kg、 300kg、 500kg）。如圖 31 所示為 STC 型傳感器 ，其特點和應(yīng)用場合如下： 圖 31 S 型稱重傳感器 （ 型號： STC） S 型稱重傳感器 產(chǎn)品 特點： 1) 結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便； 2) 拉、壓力均可； 天津工程師范學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計 12 3) 綜合精度高，長期穩(wěn)定性好； 4) 優(yōu)質(zhì)合金鋼，表面鍍鎳； 適用于吊鉤秤、機電結(jié)合秤、料斗秤、料罐秤、包裝秤、配料稱重控制、試驗機、力的監(jiān)控及測量。 (3) 傳感器準(zhǔn)確度等級選擇 傳感器的準(zhǔn)確度等級包括傳感器的非線性、溫度影響、蠕變、蠕變恢復(fù)、滯后、重復(fù)性、靈敏度等技術(shù)指標(biāo)。在選用傳感器的時候，不要單純追求高等級的傳感器，而是既要考慮滿足電子衡器的準(zhǔn)確度要求，又要考慮其成本。對傳感器等級的選擇必須滿足儀表輸入的要求。 稱重顯示儀表是對傳感器的輸出信號經(jīng)過放大、 A／ D 轉(zhuǎn)換等 處理之后顯示稱量結(jié)果的。因此，傳感器的輸出信號必須大于或等于儀表要求的輸入靈敏度值，即將傳感器的輸出靈敏度代入傳感器和儀表的匹配公式，計算結(jié)果須大于或等于儀表要求的輸入靈敏度。 傳感器和儀表的匹配公式： 傳感器輸出靈敏度激勵電源電壓秤的最大稱量247。（秤的分度數(shù)傳感器的個數(shù)傳感器量程）≥儀表的輸入靈敏度 (32) 本設(shè)計中稱量 10kg 的定量稱重斗，最大分度數(shù)為 2021 個分度；秤體采用 2只型號為 STC 的 S 型稱重傳感器，靈敏度為 177。 ／ V，供橋電壓為 15V；秤采用 AD4401 稱重儀表。檢驗采用型號 STC 的 S 型稱重傳感器能否與儀表匹配。 AD4401 稱重儀表的輸入靈敏度為 V／ d，因此根據(jù)傳感器和儀表的匹配公式 (32)可得儀表的實際輸入靈敏度為： 2021 μ V／ V 15 10／ (2021 2 20)＝ V／ d＞ V／ d 所以，采用的 STC 型稱重傳感器滿足 AD4401 稱重儀表輸入靈敏度的要求，能夠與所選 AD4401 稱重儀表匹配。 所選 STC 型稱重傳感器的準(zhǔn)確度等級如表 31 所示。 二、料位傳感 器 的 選擇 LSDCA 型射頻電容式物位限位開關(guān)（下稱限位開關(guān)）是一種新型的物位儀表?？蓪K狀、顆粒狀、粉末狀及液態(tài)物料料倉的料位及液位進(jìn)行控制或上、下 限位報警，適用于高溫、高壓、強腐蝕、多粉塵的惡劣環(huán)境；在冶金、石油、化 工、輕工、煤炭、水泥、糧食等行業(yè)中應(yīng)用廣泛 ,根據(jù)設(shè)計需要可采用此類功能 的限位開關(guān)。 1. 工作原理 當(dāng)傳感器安裝于倉體上時，探極和倉壁分別相當(dāng)于電容 器的兩個極板 ,由于 天津工程師范學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計 13 表 31 STC 型稱重傳感器的準(zhǔn)確度等級 額定載荷（ .） kg t 5, 10, 20, 30, 50, 100, 200, 300, 500 1, 2, 3, 5 額定輸出 （ .） mV/V 2177。 零點平衡 mV/V 177。 綜合誤差 %. 177。 非線性 %. 177。 滯后 %. 177。 重復(fù)性 %. 177。 蠕變（ 30 分鐘） %. 177。 正常工作溫度范圍 ℃ 10+40 允許工作溫度范圍 ℃ 20+70 溫度對靈敏度影響 %./10 ℃ 177。 溫度對零點影響 %./10 ℃ 177。 推薦激勵電壓 VDC 10 最大激勵電壓 VDC 15 輸入阻抗 Ω 380177。5 輸出阻抗 Ω 350177。3 絕緣阻抗 MΩ 5000 安全過載 %. 150 極限過載 %. 300 彈性元件材料 合金鋼 防護(hù)等級 IP65/ IP66 電纜線長度 m 3m(550kg)， 5m(100kg5t) 接線方式 激勵 紅：＋ 黑： – 信號 綠：＋ 白 ： – 被測物料的介電常數(shù)與空氣不同，所以倉內(nèi)物位發(fā)生變化時會引起探極對倉壁間的電容量發(fā)生變化，當(dāng)該電容量 大于用戶的設(shè)定值時，限位開關(guān)內(nèi)的繼電器動作，輸出一個開關(guān)量達(dá)到控制（或報警）的目的。 2. 主要技術(shù)指標(biāo) 儀表部分： 1） 工作環(huán)境：溫度 10— 60℃ / 30— 85℃ 濕度≤ 90% 2） 電源電壓： AC 220V177。 10% 50Hz / DC 24V 3） 功 耗：≤ 3W 4） 輸出信號：一組繼電器接點輸出（觸點容量 AC220V 1A, ） 5） 輸出延時：內(nèi)部輸出延時 3 秒 6） 安裝結(jié)構(gòu)：與傳感器一體化 結(jié)構(gòu) 探級部分： 分為棒式探極、纜式探極、同軸探極、平面探極 天津工程師范學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計 14 a) 普通 型： 倉內(nèi)溫度： 30100℃ 倉內(nèi)壓力：常壓 倉內(nèi)介質(zhì)： 無腐蝕性，一般粘度，一般沖擊 b) 特殊 型： 倉內(nèi)溫度： 30600℃ 倉內(nèi)壓力：不大于 4Mpa 倉內(nèi)介質(zhì)：強腐蝕，高粘度，強沖擊 c) 安裝接頭： R1/ 管螺紋 根據(jù)料倉容積和介質(zhì)選用普通型的棒式探級。 3. 安裝方法 如安裝示意圖 32 所示，限位開關(guān)通常采用側(cè)裝（在倉壁側(cè)面安裝）方式安裝于倉體側(cè)壁對料位高度進(jìn)行上下限位置的檢測，當(dāng)倉體不便側(cè)面開孔時可采用頂裝（在倉的頂部安裝）方式。 本設(shè)計中可以選擇側(cè)裝方式。 頂裝時電極距倉壁距離應(yīng)大于 200mm,應(yīng)選擇能避開進(jìn)料時物料沖 擊的位置。 倉壁為混凝土?xí)r應(yīng)使限位開關(guān)外殼 接通鋼筋，倉壁為非金屬時應(yīng)加裝輔助探極（對于固體物料）或使用同軸探極（對于液體）。 注 :用戶拆裝限位開關(guān)時禁止用手抱住殼體擰動，應(yīng)使用扳手?jǐn)Q動六角螺栓。上限位 （頂裝） 上限位（側(cè)裝） 下限位 (側(cè)裝 ) 圖 32 限位開關(guān)的安裝方法 4. 調(diào)試方法 用戶應(yīng)在確定傳感器探頭未被物料埋沒條件下進(jìn)行標(biāo)定，具體標(biāo)定步驟如下： 第一步：確認(rèn)探頭未被物料埋沒（空倉或物料距離探頭 50cm 以上），上電15