物料重量检测（一）
来源：网络 作者：网络转载 2019-10-14 阅读：174
选矿厂所用的各种材料，不但品种众多,称量频繁,并且工作条件十分恶劣,远非杠杆式机械秤所能适应。目前国内外选矿厂中已广泛采用电子秤，它的特点是结构简单，使用和安装方便，反应快，灵敏度高,信号能远传，适于自动检测与控制的要求。 电子秤通过荷重传感器(也叫“压头”)把所称物料的重量转换成电信号,然后输送到显示或控制仪表。荷重传感器有以下类别： （1）压电式传感器是利用某些晶体如石英、钛酸钡等的压电效应，把重量转变为电流信号。由于晶体受力有限，有些晶体容易受潮或受湿度的影响较大，故用作压头的较少。 （2）压磁式传感器是利用铁磁材料受到机械力后，产生的压力方向性不同，引起磁力线的重新分布，使二次绕组中的感应电势发生相应的孪化而反映出荷重。由于冷轧硅钢片的产量的提高，压磁传感器发展极快，应用也愈来愈广。 （3）位移式传感器是借助于弹性元件，把重量变化转变成位移，再利用电容、电感或差动变压器等将位移转换成电量。这种传感器的容量不大，工业上也应用不多。 （4）应变电阻传感器是利用应变电阻片的电阻值随荷重不同而变的特性，将重量转变为电信号，由于电子技术及半导体材料的进展，这是目前应用最广的一种。 应用以上任一种传感器，组成适当的检测线路，即可将料重变化转变为电量送给二次仪表或控制器,构成电子秤。电子秤的显示仪表有两类:一种是模拟量用各种动圈仪表或自动平衡仪表早示记录；一种是数字式仪表,指示直观，精度高，目前应用日益广泛。 电子秤按用途可分为：料斗秤、皮带秤、行车秤、轨道衡及地磅等，只是应用方式及结构不同,基本原理是一样的。 选矿厂中广泛应用电子秤进行给矿的自动称量，近年来电子秤发展很快，类型较多,本章仅就常见的皮带电子秤、行车电子秤和定值电子秤，介绍其基本工作原理。 一、皮带电子秤 1.工作原理 皮带电子秤用来检测固体散料的输送量,自动称量装料或配料是比较方便的。图1、图2为皮带电子秤的原理方框图。在皮带的中间适当部位，有一个专门用作自动称量的框架，这一段的长度L称为有效称量段。某一瞬时t在L段上的物料重量为ΔW，通过称量框架传给传感器（压头），使它产生形变，应变检测桥路输出的信号电压ΔU0与ΔW成正比，压头结构如图3所示，在有效长度L上的单位长度料重为qtqt=△W/L
图1 皮带电子秤原理方框图[next]图2 皮带秤原理（Ste Fouray公司资料）1. 传感器（秤）；2.称量托辊；3.称量元件；4.流量；5.累计重量；6.积分器；7.电源，单相，110V/220V50Hz；8.积分箱；9.测速轮；10.变速箱；11.测速发电机；12.位移传送装置 假定皮带的移动速度为υt,则皮带的瞬时输送量为WtWt=qtVt (1) 因为料的负荷量qt是由应变电阻反映的，即应变电阻的变化ΔR/R线性地模拟qt的变化量。如果以应变桥路的电源电压U1线性地模拟皮带的传动速度υt,则传感器检测桥路所输出的电压信号ΔU0就可以模拟皮带的瞬时输送量Wt图3 压头1.机件上的应变片；2.机件；3.压力；4.压头；5.应变片R1；6.温度补偿应变片；7.应变片R2；8.检流器 因此，必须测定皮带的传送速度，根据传送速度，自动调整检测桥路的电源电压,一般是通过皮带摩擦滚轮带动速度变换器，把滚轮的转速n（正比于皮带传送速度）转换成频率信号ƒ,再通过测速单元转换成电流I,供给桥路。这样,桥路电源电压的变化便反映了皮带传送速度的变化。桥路(即压头)输出的电压信号ΔU0就可反映瞬时输料量Wt，电压信号ΔU0经放大单元放大后输出直流电流It=0~10毫安，送到瞬时表显示出皮带的瞬时输送量。同时经积算单元累计出某段时间内皮带输送物料的总量。 在0~t时间内，皮带输送物料的总量为：(2)[next] 式中 C、K——比例常数。 在积算单元里,代表瞬时输送量的电流信号It转换成频率信号ƒt,它对时间的积分就是0~t内的脉冲个数N,即(3) 故脉冲个数N代表0~t时间内皮带输送物料的总量，送入电磁计数器进行显示。 皮带电子秤的组成包括压头装置和二次仪表（虚线方框）两部分，压头装置安装在现场,二次仪表由测速单元、放大单元、积算单元及显示记录装置等组成,安装在控制室。下面仅就测速单元和积算单元作扼要的叙述。 2.测速单元 测速单元的任务是把速度变换器送来的频率信号转换成直流电流,以便供给传感器桥路电流。速度变换器是利用滚轮随皮带移动的摩擦力而转动的，带动有分齿的旋转轮，当其分齿的凸起部分对准固定的永磁极时,磁回路的磁通量最大;齿轮的凹处对准磁极时则磁通量最小。磁通量的这种脉动变化在线圈上感应出频率信号ƒ ,显然，频率ƒ决定于皮带的移动速变υt，即 vt ƒ=A----------,Hz
лD(4) 式中 A —旋转轮的等分齿数（仪器设计为30齿或60齿） D —摩擦滚轮的直径（仪器设计为0.1m）。 当皮带速度小于0.5米/秒时，直接带动速度变换器的转轴，输出的频率为 nƒ′=A-------,Hz 60(5) 式中 n ——速度变换器转轴的转速，r/min。 按以上两式计算，在皮带的最大速度下变换器的输出频率信号为100~400赫兹。 测速单元的原理线路示如图4,速度变换器送来的频率信号ƒ，经D1及D2双向限幅后进入BG1前置放大器,经BG2及BG3脉冲整形电路转换成矩形脉冲,经R13及C5组成的微分电路转换成正负尖脉冲，负脉冲进入BG4、BG5双稳触发器，使BG5转为导通，BG4及BG6则转为截止。这时，直流稳压电源（30伏）对电容器C6~8充电,充电电流经过R26。当C6~8的充电电压达到稳压管DW1及DW2的击穿电压时,其上所充的电压就反馈到BG4的基极,使双稳触发器翻转复原，即BG4及BG6导通，BG5截止。这时C6~8上的电荷对BG6放电，放电电流并不经过R26。可见,当有频率信号输入前级放大器时，在R26上就有脉动的直流电压。输入的频率越高，单位时间内放电的次数就越多,在R26上的脉动直流电压越高。此脉动电压经双L形滤波器送入BG7及BG8组成的调制直流放大器，放大后的信号经输出变压器T1，送到BG9，BG10及D8组成的相敏功率放大器放大后得到约42毫安的直流电流，由端子7供给应变检测桥路的电源，在传感器上（当桥器总电阻为240欧时）可得到约10伏的直流电压。由上述看出，作为应变检测桥路的电源电压是随皮带移动速度而变的，就是说它模拟皮带移动速度。 图中电位器W1用来调节供桥路电压的下限值;电位器Wm用来调节供桥路电压的上限值。当输入最高频率在100~400之间的不同数值时，需调速电容器C6~8的数值，以满足R25上产生近1伏的电压降,此电压可由插孔Lc进行检查。[next] 图4 测速单元原理线路图5 积算单元原理线路 3.积算单元 将放大器输出的0~10毫安直流电流It转换成脉冲信号ƒtl以送入电磁计数器计数，并累积脉冲数N,显示出经过某段时间内皮带所输送的物料总量，是本单元要完成的工作。积算单元的原理如图5，放大器送来的直流电流信号加在D1及R2上形成直流信号电压。BG1是一个电流变换器，随着直流信号电压的升降,经它变换后的微安级电流源对电容器C2充电,当其充电压升高到使BG2的基级电压较其射极电压为正时,由于变压器T1中的100T绕组的交流正反馈作用，使BG2立即导通，迅速形成振荡，在变压器T1的次级产生一阶跃负脉冲，经R13及C3微分后形成负的尖脉冲，经D7到BG4的基极，使BG3、BG4单稳电路翻转，即BG1截止而BG3导通,此时C2上的电荷通过R11向BG3放电，同时使BG2也截止停止振荡。这种状态是不稳定的，维持的时间决定于（R17+R18）C4的乘积,经过此时间后单稳触发器要翻转过来,即BG3截止，BG4导通,这是第一个过程。此时电容器C2又再次开始充电,开始第二个过程。如此周而复始地进行下去,BG1就得到放大器送来的直流电流信号转变而成的脉冲频率信号。显然当输入电流增大时，单位时间内电容器C2充电及放电的次数多,在BG4集电极上得到的脉冲频率就高,相反就低，从而完成了电流/频率转换的任务。 由BG4获得的脉冲信号还须进行功率放大才能推动电磁计数器。脉冲信号经DW4限位后送入BG7及BG8进行功率放大,由集电极引出放大后的电流送到电磁计数器Js,把脉冲数累积起来。 皮带传送的物料量有大有小，为了配准计数器的累计速度，可通过R5~R8的不同连接,并调整W2的电阻值,使相应于放大器10毫安输出时，刚好为皮带的瞬时最大输送量，至于输送量的下限由W1上的电压预加到BG1的基极回路中，提高BG1的起始不灵敏区，以改善量程下限的线性。 为了避免皮带空跑时造成的累计误差，当放大器的输出电流小于1毫安时，在R1上的电压降较低，与预先加在W4及D4上的电压比较，使BG5的基极电位较发射极为正，则由BG5所组成的振荡电路处于振荡状态。振荡电流一方面经D10检波后送给BG6,使BG6导通,则来自BG4集电极的称量脉冲信号被短路，计数器Js就得不到计数脉冲,也就停止计数，避免了皮带空跑时带来的误差，另一方面振荡电流经D11检波后送功率放大器BG9和BG10,使信号指示灯Z2点亮，当皮带上有物料且放大器的输出电流大于1毫安时,如果R1的电压降与在W4、D9上的电压比较后，能使BG5的基极电位接近于零或较其发射极为负，则自激振荡器BG5就停止振荡，BG6截止，来自BG4的称量脉冲信号就顺利地通往电磁计数器，累计出皮带传送物料的总量。这时候信号指示灯Z2熄灭。
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