【正文】 速傳感器具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，但是中途中斷計(jì)數(shù)會(huì)造成測量數(shù)據(jù) 的缺失，而且會(huì)造成誤差積累。根據(jù)光柵圓盤的光柵形式可將光 電轉(zhuǎn)換式測速傳感器分為增量式光 電編碼器和絕 對(duì)式光電編碼器。 光 電轉(zhuǎn)換式測速傳感器體積小、安裝簡便、精度高、應(yīng)用范圍廣，實(shí) 現(xiàn)了數(shù)字測量和數(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)測量角位置。當(dāng)傳輸帶帶動(dòng)光柵圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，速度轉(zhuǎn)換為光柵對(duì)光線的遮擋頻率，并通過光 電轉(zhuǎn)化生成脈沖信號(hào)或具體數(shù)字編碼。目前比較普遍的分類方式是分為光 電轉(zhuǎn)換式測速傳感器和磁 電轉(zhuǎn)換式測速傳感器。 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 電式測速傳感器和磁 電式測速傳感器。非接觸式測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題，并且實(shí)現(xiàn)直接獲得傳輸帶速度的結(jié)果。但依靠摩擦力的原理限制了速度的測量精度。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 14 接觸式測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)，熱按通過光 電或磁 電式將速度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。按傳感器采集速度信息的方式，可分為接觸式測速傳感器和非接觸式測速傳感器。測速傳 感器按轉(zhuǎn)換原理可分為數(shù)字方式和模擬方式，數(shù)字測速傳感器目前國內(nèi)外使用廣泛，使用模擬測速傳感器來檢測傳輸帶運(yùn)行速度的方式基本不再使用。 10Ω 電纜 — 輸出阻抗 352177。 ％ ／ 10℃ 密封等級(jí) Lp66 輸出溫度影響 177。 ％ 推薦激勵(lì)電壓 10~12V DC 零點(diǎn)平衡 177。 綜合誤差 177。 其技術(shù)參數(shù)指標(biāo)見表 31。 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。 ，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。 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)說明書 13 13 傳感器的合理使用和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的正確計(jì)算。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量電路測量。 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。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。 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。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。在現(xiàn)場實(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。傳感河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 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)綜合考慮來選擇。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。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。 (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。 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。 (5)較好的抗跑偏與偏載性能。 (4)密封性好。 (3)裝卸簡便。 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。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量電路測量。 (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。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 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)。 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。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。 (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。這種特性稱為材料的壓電效應(yīng)，這種材料稱為壓電材料。 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。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。 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。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。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，并通過算法有效消除了水平張力對(duì)計(jì)量結(jié)果的影響。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。物料流過傳輸帶時(shí)，秤架上的稱重傳感器和測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。 nS S 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 9 3 系 統(tǒng)器件簡介 秤架和傳感器 傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的載重部分稱為秤架。 小結(jié) 本部分提出了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，闡述了傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和計(jì)量 原理。把 n段測量的瞬時(shí)重量累加就讀出傳輸帶走過 nS段長度的累積流量 W： ?? ????? ni nqqqqW 1 321 )......( （ 24） 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 8 累加法計(jì)量原理如圖 22所示 圖 22 累加法計(jì)算物料流量 t時(shí)刻傳輸帶上物料的瞬時(shí)重量可以由 W 對(duì)時(shí)間微分求的： dtdwtW ?)( (25) 使用累加法計(jì)算物料流量可以很好的減少皮帶跳變和傳感器轉(zhuǎn)換誤差對(duì)計(jì)量結(jié)果的影響，并且經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)證明使用累加法要比采用積分法的準(zhǔn)確度高，所以對(duì)計(jì)量精度要求嚴(yán)格的系統(tǒng)均采用累加法方式計(jì)量。 目前計(jì)算物料流量和累計(jì)重量主要采用的方法有積分法和累加法 (1)積分法 積分法計(jì)量流量時(shí)，首先測量傳輸帶上輸送的物料的瞬時(shí)重量 q(kg/m)和相同時(shí)刻傳輸帶的瞬時(shí)速度 u(m/s)，相乘可以得到傳輸帶上物料的瞬時(shí)流量W(t)(kg/m)： qutW ?)( (21) 式（ 21）算出的是傳輸帶某一時(shí)刻的瞬時(shí)流量，但傳輸帶上的物料瞬時(shí)重量和傳輸帶的瞬時(shí)速度都是隨時(shí)間不斷變化的，所以瞬時(shí)流量 W(t)對(duì)時(shí)間的積分可以得出 T段時(shí)間內(nèi)傳輸帶的累積物料流量 W： ?? T dttwW0 )(=?T dttutq0 )()( （ 22） 式中 q(t)— 瞬時(shí)荷重值 u(t)— 瞬時(shí)皮帶速度 傳輸帶的速度可由采樣間隔距離δ L和走過δ L段程度所消耗的時(shí)間 T來計(jì)算： TLu δ? （ 23） 式中 T— 走過占δ L長度所需的時(shí)間 δ L— 采樣間隔行程 (2)累加法 用累加法計(jì)量傳輸帶上物料流量時(shí)， 傳輸帶每移動(dòng)距離 S時(shí)，就對(duì)傳輸帶的瞬時(shí)重量采集一次，這是傳輸帶整體的加權(quán)重量，會(huì)與實(shí)際重量有一定的差距。瞬時(shí)重量為某一瞬間傳輸帶上的物料重量，累計(jì)流量為某一段時(shí)間內(nèi)傳輸帶上所通過的物料總重量。傳輸帶的瞬時(shí)速度可以通過接觸式和非接觸式兩種方式獲得，再經(jīng)過一定的算法來減小誤差。 動(dòng)態(tài)稱重計(jì)量原理 數(shù)據(jù)采集電路 工控計(jì)算機(jī) 稱重傳感器 測速傳感器 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 7 通常情況下，計(jì)算傳輸帶上物料的流量需要采集物料的瞬時(shí)重量數(shù)據(jù)和傳輸帶的瞬時(shí)速度數(shù) 據(jù)。 圖 21 傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 物料在傳輸狀態(tài)下，稱重傳感器和測速傳感器將傳輸帶上物料的瞬時(shí)重量和瞬時(shí)速度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，數(shù)據(jù)采集電路采集該電信號(hào)并進(jìn)行適當(dāng)處理，然后送入工控計(jì)算機(jī)進(jìn)行量化和計(jì)算，最后顯示流量累計(jì)結(jié)果。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 6 2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述 傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)由五部分構(gòu)成：秤架、稱重傳感器、測速傳感器、數(shù)據(jù)采 集電路和工控計(jì)算機(jī)。 3系統(tǒng)器件簡介 主要包 括稱架和傳感器類型，系統(tǒng)微處理器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選擇。 2系 統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 提出了傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的總體系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和計(jì)量原理。 (2)設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件及制作 PCB板 實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)稱重傳感器和 采集、上位機(jī)通信、在線編程等功能，制作原 理圖及 PCB板圖。如機(jī)械部分根據(jù)實(shí)際場合的調(diào)整 ，與外圍設(shè)備的組合，系統(tǒng)硬件與外圍設(shè)備的連接，調(diào)節(jié)計(jì)量范圍和精度，通過軟件設(shè)置調(diào)整輸入輸出方式、通信方式等功能。需要電子稱重設(shè)備與計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)相連，共同組成一個(gè)綜合化生產(chǎn)控制系統(tǒng)。對(duì)于某些應(yīng)用場合，只具備計(jì)量、顯示、量化等功能的稱重裝置遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足用戶需求。這方面提高就是智能化稱重裝置的顯示與控制器與目前普遍使用的微機(jī)控制顯示與控制器的主要區(qū)別所在。 (3)智能化 稱重裝置的計(jì)量顯示與控制部分與微型計(jì)算機(jī)相連，通過微型計(jì)算機(jī)的智能化處理增加稱重裝置的顯示和控制功能。例如稱重傳感器與秤架集成化的靜動(dòng)態(tài)便攜式電子輪軸秤，其集成化結(jié)構(gòu)由厚質(zhì)硬鋁合金板制成，主要原理是通過固溶熱處理來強(qiáng)化硬鋁合金板，在合金板 4個(gè)角通過 銑槽或鉆孔的方式安裝 4個(gè)懸梁式稱重傳感器，或者在合金板的地面通過銑槽或鉆孔的方式安裝多個(gè)剪切梁式稱重傳感器。對(duì)于較大容量的平臺(tái)稱重裝置和電子地上稱重裝置，采用長方形或正方形閉合截面的薄壁鋼排列成一個(gè)竹排式秤體結(jié)構(gòu)， 在最外邊兩根薄壁鋼兩端的切口內(nèi)分別安裝 4個(gè)稱重傳感器，稱重傳感器的固定支撐結(jié)構(gòu)就是秤架的受力支點(diǎn)，這種設(shè)計(jì)既能簡化稱體結(jié)構(gòu)，又能縮減稱體高度，是一種很有發(fā)展前景的設(shè)計(jì)方式。為了適應(yīng)低容量的計(jì)量場合，可將傳感器制成薄或超薄型稱重傳感器直接嵌入秤架受力的鋁板或鋼板底上與傳感器外徑一致的盲孔內(nèi)，從而組成低外形的秤架結(jié)構(gòu)，通過秤架的力學(xué)要求和額定載荷可以計(jì)算出稱重傳感器的安裝位置和使用數(shù)量。 目前，稱重技術(shù)的主要發(fā)展趨勢為以下幾個(gè)方面： (1)小型化 體積小、重量輕、便于安裝調(diào)試。 國內(nèi)外稱重技術(shù)發(fā)展趨勢 隨著傳感器制作工藝和微機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，加之引入模糊控制理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 4 建立數(shù)學(xué)模型、人工智能、阻尼振動(dòng)理論等技術(shù)，稱重計(jì)量系統(tǒng)向著功能自適應(yīng)、智能化信息處理方向發(fā)展。但是，由于核心技術(shù)與工藝落后、機(jī)械設(shè)備與電子儀表老化、新產(chǎn)品研發(fā)能力欠缺等因素困擾，我國相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量和品種都與發(fā)達(dá)國家相差甚遠(yuǎn)，而且功能單一，可靠性差。傳輸帶稱重方式由靜態(tài)發(fā)展到動(dòng)態(tài)，計(jì)量方式由模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，測量參數(shù)由單個(gè)參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄠€(gè)參數(shù)測量。但是，這種裝置的成本較高，而且伽馬射線的輻射對(duì)物料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和工作人員的身體健康都是不利的，所以激光 核子傳輸帶稱 重裝置應(yīng)用并不普遍。由于這兩種測量技術(shù)都是非接觸式測量，所以激光 核子傳輸帶稱重裝置具有：裝置結(jié)構(gòu)簡單、安裝便捷、不受機(jī)械性能影響、后期維護(hù)簡便、能準(zhǔn)確測量瞬時(shí)重量等顯著優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)證明，相同載荷的同種物料不同的擺放形式下，計(jì)量的結(jié)果相差很大，甚至高達(dá) 17%，存在物料形狀影響導(dǎo)致核子傳輸帶稱重裝置計(jì)量精度較差的問題。由于核子傳輸帶稱重裝置的工作原理是基于伽馬射線穿透物料時(shí)的衰減規(guī)律，是非接觸式測量，有安裝獨(dú)立簡便、后期維護(hù)容易、計(jì)量精度不受機(jī)械裝置影響等顯著優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)伽馬射線強(qiáng)度一定時(shí)，射線穿過物料的衰減強(qiáng)度與物料的成分、密度、厚度等參數(shù)呈指數(shù)關(guān)系。而且這種動(dòng)態(tài)稱重