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机械式地磅电子化改造中传感器的选型设计

时间:2018-01-11 15:58   来源:http://www.jrscale.com   访问量:

机械式地磅,俗称地秤,其主要由秤台、纵向杠杆 组、横向杠杆组、输出总杠杆、连接杆、连杆和计量箱等 组成。其所应用的物理原理是杠杆原理。在我国林业生 产中,仍有部分林业生产企业利用机械式地磅称取所 采伐的原木或原条的重量,再根据该原木或原条的容 重值将其换算为林材体积,以此作为计算采伐量、运输 油料费及运输人工费的依据。该种地磅需由人工拨动 砝码来称重,称重数据也主要是由人工统计和计算,故 称重误差率及数据差错率比较高。为提高地磅称重环 节的生产效率及称重数据的可信度,对我国林业生产 中现有的机械式地磅进行电子化改造具有现实意义。

地磅称取的原条或原木的重量值是非电量,目前 对这种非电量的采集大多数都采用电测量法,即首先 将各种非电量转变为电学量如电流、电压等),然后 经过一系列的处理,将非电量参数显示出来。参考非电 量检测系统的组成,并根据机械式地磅的实际情况,确 定机械式地磅的电子化改造方案为:在机械式地衡的 基础上,引入传感器、信号变送器、工业控制机系统包 括打印机),组成地衡称重数据采集与处理系统。在该 系统中,传感器是把被测非电量力变换为与其有 确定对应关系的量电压的装置。本文将详述传感 器的选型设计方法。

1.传感器安装位置的确定

根据相关资料,将传感器以串联的形式安装在机 械式地磅的连接杆上,并将连接杆的上端固定,传感器 正常工作时受到拉力作用并处于受拉状态。传感器与 连接杆一同置于计量箱内,计量箱可防潮,有利于保证 传感器正常工作。

2.传感器量程的确定

当传感器以串联的形式安装在连接杆上时,可以根据下式确定传感器的量程:

Q=K.( Qm+Qo) ( 1)

式中:) 传感器的量程値kg);

K—综合考虑秤体受到冲击力和传感器过载能 力等因素而确定的余量系数,通常可取k=1.1~1.5;

Qm——秤台最大称量载荷经杠杆组传递至连接杆时作用于传感器上的力kg);

)。当地磅处于空秤状态时,秤台台面及杠杆 组构成的无效载荷经杠杆组传递至连接杆时作用于传 感器上的力kg)

当地磅处于空秤状态时,由拉力计测得连接杆处 的拉力为15.50kg

查取地磅的原始资料并经现场测试、复核,计算出 由秤台到连接杆处的杠杆比传力比为1000:1。己知 地衡的量程最大称量载荷50t所以: Qm-50x1000kg/1000-50kg 根据计算出的Qm、))并选取K=1.5将其代入1) 式,即可求得所选取传感器的量程值):

Q-K( Qm+Qo)=1.5( 50+15.5) =98.25kg根据传 感器的规格系列标准,取=100kg

3.传感器类型的选择

工程实际中常用的测力传感器有如下四种:

①电阻应变式传感器。电阻应变式传感器主要由弹 性敏感元件弹性体、电阻应变片和测量转换电路等 部分组成。当被检测的物理量力施加于弹性敏感 元件时,该元件会产生弹性变形。由于电阻应变片与弹 性敏感元件粘接在一起彼此绝缘),并且电阻应变片 存在着电阻应变效应,弹性敏感元件的变取应变)就 会转换成电阻应变片电阻值的变化。常规应变片的电 阻变化很小,需通过测量转换电路将电阻变化转换成 电压输出。这种称重传感器的优点是:量程范围广,可 靠性高,结构紧凑,具有良好的防潮、防腐蚀能力

②电容式传感器。电容式传感器是以各种类型的电 容器作为传感元件,把被测物体重量转换为电容器电 容量变化,再经测量转换电路转换为电压、电流或频率 的一种传感器。

电容式传感器存在着寄生电容和分布电容,这会对 其灵敏度和称重精度产生不利影响,并且传感器配用电 路比较复杂,所以在一定程度上限制了它的应用。

③振弦式传感器。振弦式传感器是谐振式传感器的 一种类型,属于频率式传感器。传感器内部有一根承受 拉力的金属弦,称为振弦,放置在由永久磁铁所产生的 磁场内,振弦同时是电气线路的组成部分,由于它所承 受的拉力不同而产生不同的固有振动频率。振弦式传感 器具有灵敏度高的优点,但其称量范围一般在2kg 下,对较重的载荷,要通过杠杆系统来分配载荷实现。

④压磁式传感器。压磁式传感器也称为磁弹性传感 器。它是一种力一一电转换的无源传感器。它的作用原理 是利用压磁效应,将被测物理量一一力的变化量变换成传 感器导磁体导磁率的变化并输出电信号。压磁传感器具有 输出信号强,抗干扰性能好,抗过载能力强等优点。缺点是 准确度低,反应速度慢,一般适用于大吨位的测量。

综合比较上述四种测力传感器,本系统中的传感 器选用电阻应变式传感器。根据其内部弹性元件形式 的不同,电阻应变式传感器又有不同的类型。根据相关 文献,选用高精度S型传感器,其弹性体采用国际流行 的剪切S梁结构,测量电路采用全桥差动电路工作,可 进行温度补偿,并且测量电路上己进行了弹性模量补 偿。其主要参数如下:

量程:100kg;灵敏度2.00mV/V;供桥电压12V; 度补偿范围-30~+60°C4.结束语

经生产实践检验,在机械式地磅的电子化改造中 选用的高精度S型电阻应变式传感器性能可靠,输出 信号稳定,能满足地衡称重数据采集与处理系统对传 感器的要求。