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压力传感器在称重过程中的应用

发布日期:2020-10-05 17:08

  压力传感器在称重过程中的应用_理学_高等教育_教育专区。压力传感器在称重过程中的应用主要介绍了压力传感器的性能和一些指标参数

  第 33 卷第 4 期 V o l 33N o. 4 . 河 南 科 技 学 院 学 报 ( 自然科学版) Jou rna l of H enan In st itu te of Science and T echno logy 2005 年 12 月 D ec. 2005 压力传感器在称重过程中的应用 杨天明1 , 郭明智2 , 游红伟1 ( 1. 河南科技学院, 河南 新乡 453003; 2. 金龙精密铜管集团股份有限公司, 河南 新乡 453003) 摘要: 随着工业电气自动化技术的发展, 确保自动控制获取信号的传感技术显得尤为重要, 在工业压力控制 技术以及商用称重系统中, 压力传感技术越来越多的被应用。 本文通过对压力传感技术在电子称重过程的应 用, 说明了压力传感技术在压力过程控制中应用的重要性。 Abstract: A long w ith the developm en t of indu stry electricity au tom a tity, gua ran tees the au tom a tion con tro l Ga in signa l sen so r the techno logy to app ea r esp ecia lly i po rtan tly, in indu stry p ressu re。 tro l techno logy a s m Con w ell a s in the comm ercia l nam e heavy system , the p ressu re sen so r techno logy a re m o re app lied. th is a rticle show ed the p ressu re sen so r techno logy in the p ressu re p rocess con tro l the app lica th ion i po rtance, th rough m ca lls the p reponderancy to the p ressu re sen so r techno logy in the electron. Key words: p ressu re, sen so r, electron ic sca le, va rian t sen so r, in sp ire the string typ e sen so r. 压力在工业自动化生产过程中, 是一个重要 的工艺参数。 因此, 正确地测量和控制压力是保证 生产过程良好运行, 达到优质高产、 低消耗和安全 生产的重要环节。 1传统的压力称重系统 传统的压力称重系统, 主要是机械称重系统, 一般称重时多是利用杠杆与已知质量的砝码去平 衡未知的质量, 这种质最对质量的比较使这类系 统与地球引力无关, 这类称重系统移到引力不同 的地方时不需要改变校准值。 对于重量较大的机 械称重系统, 首要设计的是杠杆放大系统, 系统中 载重架上比较小的垂直偏移经放大后在称重刻度 盘上形成很大的指针偏转。 由于载重架的偏移通 收稿日期: 2005209212. 72 作者简介: 杨天明 ( 19632) , 男, 河南新乡人, 副教授。 关键词: 压力; 传感器; 电子秤; 应变式传感器; 振弦式传感器 中图分类号: T P 212. 84文献标识码: A 文章编号: 10032482X ( 2005) 0420072204 The Pressure Tra sm itter in Ca lls in Ca lls in the Heavy Process Theappl ica tion YAN G T ian 2 ing, et a l m (H enan science and techno iogy in sistu te, H enan, X inx iang, 453003, Ch ina ) 常很大, 所以在工业过程控制的设备中应用很不 方便。 总的来讲, 传统的压力称重系统, 在静态称 重系统的操作中简单、 方便、 直观, 应用较为广泛。 但是, 在工业自动化生产过程中, 要提高生产效 率, 提别是进行动态称重以及适时的跟踪调整就 不能满足要求了。 2压力传感器 随着自动化技术的提高, 在很多压力控制过 程中, 经常需要采集压力信号, 进行反馈控制; 这 就首先需要有能够感知压力信号的敏感器件, 而 且能够把压力信号转换成能够进行自动化控制的 电信号。 传感器主要是把非电量信号转换成电信号。 第 4 期杨天明等: 压力传感器在称重过程中的应用 压力传感器检测技术是以获取压力信号, 同时再 经一些转换电路, 进行显示或提供给控制电路, 以 达到过程控制的目的装置。 以压力传感器制作的 压力控制装置一般称为电子称重系统, 电子称重 系统作为各种工业过程中物料流动的在线控制工 具显得越来越重要。 电子称重系统既能组合在产 品制造过程中优化生产, 提高产品质量, 又能把有 关生产过程中物料流动的数据加以采集并传送到 数据处理中心, 作为在线库存控制和财务结算之 用。 2. 1压力传感器在称重系统中的特点 采用称重传感器的电子称重系统中, 基本上 是测量质量受到地球引力作用而产生的力。 由于 引力随海拔高度而变化, 当电子秤应用在引力不 同的地方时, 只要对该秤重系统进行新的校准即 可。 由于电子称重传感器的压缩量通常可以忽略 不计, 因而在实践中可以安装在工业过程中的任 何地方。 2. 1. 1 压力传感器在称重系统中的应用场合 压力传感器在静态称重系统中一般应用于汽车 衡、 轨道衡、 废钢秤、 吊车秤中, 如汽车、 火车、 飞机 等的重量, 货物重量以及确定板坯、 钢锭的重量; 在动态称重系统中一般应用于轨道衡、 驼峰称重、 轨道液体灌车、 双秤台系统, 如铁路车辆、 卡车、 拖 车等在运动状态下称重; 在配料称重系统中一般 应用于多种原料组分装入一个称重料斗的微机配 料系统或多种原料组分装入几个称重料斗的微机 配料系统, 如塑料工业、 洗涤剂生产、 食品加工、 铸 造工业、 玻璃生产、 炼钢等方面; 另外还能应用于 其它一些称重系统, 如皮带秤、 重量检验秤、 计数 秤等控制物料流量、 检验欠重、 超重、 以及对库房 中的零件、 元件的进货和发货等进行计数的系统 中。 2. 1. 2压力传感器的特点在电子称重系统中, 称重传感器的主要特点是把作用在它上面的被测 力, 自动而准确地转换成相应的电信号。 压力传感 器根据制作原理不同可以分为压电式、 电容式、 霍 尔式、 压磁式、 振弦式和应变式等, 虽然能够感知 压力的传感器很多, 但并不是所有的压力传感器 都能够在电子称重系统中很好的应用, 特别是动 态的称重系统。 在称重的过程自动化控制中, 要求压力传感 器不仅能感知重力信号, 而且其性能必须可靠、 动 图 1简单的称重系统框图 态响应性要好、 抗干扰性能要好; 压力传感器提供 的信号经检测系统可以直接显示、 记录打印、 存储 或用于反馈调节控制。 2. 2 压力传感器与转换电路相结合的电子称重 系统 称重传感器把机械力转换成一个电气量, 如 电阻的变化、 磁性的变化或频率的变化等。 由称重 传感器输出来的电信号经放大和处理后, 在模拟 指针仪表或记录器上给出偏转量, 或通过模 数转 换后在数字显示器上显示, 或同时输入到电子数 据处埋系统。 2. 2. 1 分离元件的电子称重系统微处理机在 电子称重控制线路中被广泛使用之前, 所有的问 题必须通过硬件来解决。 最终的准确度取决于对 所用器件、 电源和放大器的要求, 尤其是直接影响 准确度的传感器供桥电源必须稳定, 大多数系统 中电桥电路采用直流供电, 放大器的长期稳定性 就成为很大的问题。 图 1 所示为一个比较简单的 称重系统框图。 称重传感器 (L C ) 通过接线盒 (J ) 连接到供桥 电源单元 (B S ) 。从称重传感器来的模拟信号在模 数转换器 (A D ) 中进行转换, 重量值在数字显示 器 (D ) 上显示出来。 打印机通过键盘和顺序单元 ( K ) 与系统连接, 通过编程和继电器单元 (R ) 实现 配 料, 设定值 ( P 1 ) 和 ( P 2 ) 与 A D 转换器输出的 数字重量值也在继电器单元 (R ) 中比较。 当重量 值达到设定值时, 继电器单元 (R ) 使阀门关闭, 带 有原料编号的重量值在打印机上被打印出来, 并 传输到电子数据处理系统 (ED P ) 中, 以便于控制。 2. 2. 2 微机控制的压力传感器电子称重系统 在现代微处理机系统中所有这些都由软件来实 现, 并使顺序控制、 数据处埋等具有不同级别的灵 活性。 当然, 输出信号去控制阀门、 电动机的起动 器、 给料器等仍然需要通过继电器或通过大功率 晶体管或可控硅。 但整个系统的价格自从使用微 73 河南科技学院学报 ( 自然科学版) 2005 年 处理机以来, 已有了相当大的下降。 图 2 示出了采用微型计算机的与上述相类似 的称重系统。 重量值可通过键盘 (K ) 或从卡片读 入器 ( PR ) 或从电子数据处理系统 (ED P ) 送人微 型计算机。 设定值和实际值的比较在微型计算机 中进行, 阀门通过连锁单元 ( I ) 开启和关闭。 这 L 种系统的灵活性实际上是不受限制的, 仅取决于 软件设计。 3 压力式传感器电子称重系统的应 用示例 3. 1应变传感器在电子衡器中的应用 用于电子衡器的传感器一般有电阻应变片、 弹性金属结构传感器等。 电阻应变片式压力传感 器用于商用计价秤后, 已逐渐取代传统的机械式 案秤和光栅式码盘秤。 这种电阻应变式计价秤的 称重误差已可做到小于满量程的 0. 02% 。 3. 1. 1电阻应变片的电子秤结构、 工作原理采 用 s 形双弯曲悬梁应变片、 弹性传感器和单片机 相结合的数字式电子称重系统, 具有零点跟踪、 非 线性校正、 精度选择、 称重、 去皮重、 累计、 显示、 打 印等多种功能。 传感器弹性体为双弯曲梁, 四片应变片分别 粘贴在梁的上、 下两表面上, 组成全桥电路如图 3a 所示, 当载荷 W 作用时 R 1、 2 受拉伸, 阻值增 R 图 2微型计算机称重系统 加; R 3、 4 受压缩, 阻值减小, 如图 3b 所示, 此时 R 图 3c 电桥失去平衡的输出为: U O = KW (a ) ( b ) (C ) 图 3 s 形双弯曲悬梁应变测力传感器结构原理 3. 1. 2 电阻应变片测量补偿电路为了提高测 量精度, 传感器一般都采用补偿措施消除或降低 有关误差。图 4 是一种调零电路。电桥 2 ( 补偿电 桥) 串接在应变传感器的输出和测量仪表 ( 被控系 统) 之间, 通过调节补偿电桥中的电位器W , 改变 其输出电压 U O 2 , U O 2 用来抵消传感器的零点偏移 输出电压 U O 1 , 因此调节 W 可是传感器在空载时 输出电压 U O 为零。 3. 1. 3 电阻应变片式电子秤逻辑测量电路为 率 保 持 在 一 个 固 定 数 值 上 ) 、 脉 冲 存 储 器、 10 11BCD 码输出、 数字显示器、 传感器非线 补偿、 传感器桥路、 隔离电阻、 远距离传 14 15 16 输补偿、 电压调节器、 电源、 交流电源。 17 18 19 了使应变式电子秤具有高精度、 宽量程、 抗干扰强 的工作可靠性, 采用模拟、 数字逻辑测量电路如图 5 所示。 图中各部分的功能分别为 1 零点自动调 图 4调零电桥及其电路的接法 1—称重传感器 2—调零电桥 3—测量仪表 ( 被控系统) 节器、 前置放大器、 输出放大器、 低通滤波 2 3 4 器、 模拟输出、 电流放大器、 给定值控制器、 5 6 7 8 模 数转换器、 数字倍增器 ( 保证各量程的分辨 9 74 3. 1. 4 带微处理器的电子称重高精度的电子 称重系统中仅依靠模拟、 数字逻辑测量电路, 已不 第 4 期杨天明等: 压力传感器在称重过程中的应用 能满足控制要求, 特别是自动化过程控制中, 所以 要加装微处理器与模拟电路相结合的方案, 用微 处理器代替图 5 中的逻辑电路, 如图 6 所示。 采用 图 6 可以实现自动称重的目的, 而且增加了很大 的灵活性。 它可以根据预先编制的程序对称重进 行采样、 处理、 和控制, 完成自动校准、 自动调零、 自动判断、 自动计价、 自动显示以及打印等功能。 左右弦的频率之差正比于所施加的负荷 A , 传感器的输出与将频率差变成脉冲串的电子线路 相连。 通过一个预设定时间的脉冲计数器对该脉 冲采样, 即可直接读出重量值。 图 7振弦式压力传感器电子称重工作原理图 4结束语 图 5电子称重逻辑控制框图 随着集成技术的进一步发展, 压力传感器与 测量线路将集成在一起, 使得整个装置的体积大 大减小; 另外屏蔽技术的发展, 也将使得称重压力 传感器的抗干扰能力得到保障, 使得称重过程的 自动化控制程度进一步得到提高。 图 6带微处理器的电子称重系统 3. 2振弦式压力传感器在电子称重中的应用 参考文献: [ 1 ] 陈杰, 黄鸿编. 传感器与检测技术 [M ]. 北京: 高等教 振弦式压力传感器主要用于实验室的电子称 重以及工业上的平台和皮带电子称重等, 图 7 是 它的工作原理图。 振弦式在两个永久磁铁的气隙 内, 每根振弦都与使振弦按固有频率振荡的电子 振荡回路相连。 用参考质量对两根振弦预加负荷, 当未知负荷通过角度为 E 的弦线施加于负荷连 接点 D 时, 左弦将受到增强的张力作用。 从而增 大了该弦的闹有频率, 反之右弦由于张力减弱将 降低其固有频率。 育出版社, 2002. [ 2 ] 郝云. 传感器原理与应用 [M ]. 北京. 电子工业出版 社, 2002. [ 3 ] [ 德 ] 阿勒斯 (Ho st A h lers) 著. 王磊等译. 多传感器 技术及其应用 [M ]. 国防工业出版社. 北京, 2001. [ 4 ] 宋文绪, 杨帆. 传感器与检测技术 [M ]. 北京: 高等教 育出版社, 2004. 75

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