電子皮帶秤設(shè)計

電子皮帶秤設(shè)計關(guān)鍵詞：電子皮帶秤

皮帶秤

1

緒論

1.1

課題研究的背景

電子皮帶秤是皮帶輸送機輸送固體散狀物料過程中對物料進行連續(xù)稱重的一種計量設(shè)備，測量承載器上物料瞬時重量的稱重傳感器、測量皮帶行程的位移傳感器（又稱測量皮帶速度的測速傳感器）、測量皮帶傾角的傾角傳感器及測量皮帶相對位置的定位傳感器組成，它可以在不中斷物料流的情況下測量出皮帶輸送機上通過物料的瞬時流量和累積流量。[7]其特點是稱量過程是連續(xù)和自動進行的，通常不需要操作人員的干預(yù)就可以完成稱重操作。

國外從上世紀(jì)五十年代開始使用電子皮帶秤，國內(nèi)則從1965年開始研制生產(chǎn)電子皮帶秤。時至今日，雖然核子皮帶秤、固體質(zhì)量流量計、沖量式流量計、失重式秤、轉(zhuǎn)子秤等多種固體物料連續(xù)計量設(shè)備也有一定規(guī)模的應(yīng)用，但他們?nèi)詿o法與電子皮帶秤抗衡，也無法撼動電子皮帶秤作為固體物料連續(xù)自動稱重主流計量設(shè)備的地位。

1.2

課題研究的意義

工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展導(dǎo)致電子皮帶秤的需求量日益增大，電子皮帶秤現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于冶金、建材、電力、化工、食品等各種產(chǎn)業(yè)中。在眾多場合，電子皮帶秤可以起到減員增效、節(jié)支創(chuàng)收、減少誤差的作用，還可以提高勞動生產(chǎn)率、降低勞動強度。隨著我國工業(yè)自動化程度的不斷提高，電子皮帶秤需求量相當(dāng)大，積極開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高檔次衡量產(chǎn)品對發(fā)展我國的衡量產(chǎn)業(yè)具有重要意義。[2]

1.3電子皮帶秤發(fā)展介紹

皮帶秤起源于19世紀(jì)末西方工業(yè)發(fā)展時期。它的秤重原理最早來源于斗式輸送機對散料連續(xù)自動秤重的裝置。這種裝置于1880年獲得了計量許可。1908年在英國公布了第一個皮帶秤的專利。1970年由英國制訂了一個自動秤裝置的鑒定規(guī)程。第二次世界大戰(zhàn)后，尤其是近30年來，由于傳感器制造工藝和電子技術(shù)的飛速發(fā)展，給整個秤重技術(shù)注入了新的血液，激發(fā)了活力，為提高皮帶秤的計量性能創(chuàng)造了有利條件。皮帶秤的發(fā)展大致經(jīng)過了四個階段：

第一代產(chǎn)生于上世紀(jì)五、六十年代，三純機械式皮帶秤，一般采用增量式編碼器，機械式或光電式掃描盤等。

第二代是六、七十年代的傳感器電子儀表皮帶秤，檢測部分一般由光電脈沖或磁脈沖變送器測速，主系統(tǒng)采用模擬積分放大電路或數(shù)字系統(tǒng)積分電路來實現(xiàn)動態(tài)秤重過程的平衡、識別和累積計算功能。

第三代皮帶秤，20世紀(jì)70年代末微型計算機被引入皮帶秤，使電子皮帶秤進入數(shù)字時代，原先的模擬積分放大電路徹底被數(shù)字電路取代，使電子原件結(jié)構(gòu)、內(nèi)容和集成化程度大大提高。微機皮帶秤擴展功能通常是靠開發(fā)軟件來實現(xiàn)的，系統(tǒng)的顯示功能、報警功能，調(diào)整功能及自動控制功能也越來越健全，生產(chǎn)廠家可以根據(jù)現(xiàn)場使用條件去滿足用戶的愿望。[6]

第四代是智能化電子皮帶秤。

2

電子皮帶秤

當(dāng)前，動態(tài)物品的自動稱量呈現(xiàn)越來越重用的作用。電子皮帶秤作為一種進行動態(tài)稱量的衡量器，其主要用于測量輸送過程中的散料的量，并通過對散料量進行積分來得到總量。

2.1

電子皮帶秤概述

2.1.1

電子皮帶秤定義

電子皮帶秤是皮帶輸送機輸送固體散狀物料過程中對物料進行連續(xù)稱重的一種計量設(shè)備，它可以在不中斷物料流的情況下測量出皮帶輸送機上通過物料的瞬時流量和累積流量。其特點是稱量過程是連續(xù)和自動進行的，通常不需要操作人員的干預(yù)就可以完成稱重操作。

電子皮帶秤根據(jù)工作類型可分為秤重和配料兩類。前者主要用于計量輸送物料的重量，輸送物料的瞬間流量可以是變化量；后者則必須以預(yù)先設(shè)定的瞬間流量從存儲料倉中向外定量送料，用于生產(chǎn)上的配料，這種定量皮帶秤也稱配料皮帶秤。電子皮帶秤根據(jù)秤架結(jié)構(gòu)可分為單托輥式皮帶秤、雙杠桿多托輥式皮帶秤、懸浮式皮帶秤和懸臂式皮帶秤。[5]

2.1.2

電子皮帶秤原理

由于電子皮帶秤對物料運輸是連續(xù)進行的，因此電子皮帶秤的稱量也是連續(xù)進行的。所要求的秤重值，實際上是對一段時間內(nèi)物料的流量累計。這就不僅和皮帶機上輸送的物料重量有關(guān)，而且還和輸送速度有關(guān)。因此，必須在不斷對皮帶機輸送的物料進行秤重的同時，測得其輸送速度，再通過電路系統(tǒng)將兩種信號進行相乘和積分，綜合轉(zhuǎn)換成輸送物料的總量信號，并將其顯示或者記錄下來。因此，除了秤重傳感器外，電子皮帶秤還應(yīng)有速度傳感器及測量儀器中特殊的信號處理等部分。[11]

皮帶秤是按照力學(xué)中的懸索原理工作的，皮帶的力平衡關(guān)系介于彈性靜不定和柔性懸索之間，因皮帶橫向能力小，則更接近懸索狀態(tài)。故皮帶秤的計量是以線分布密度替代體分布按流量進行測量的。當(dāng)皮帶輸送機在勻速傳送物料時一段時間內(nèi)的總輸送量為：

w=qvt

式中：

w—時間段內(nèi)輸送物料的總量（kg）

q—單位長度上的物料量（kg）

v—皮帶速度（m/s）

t—連續(xù)工作時間（s）

在實際工作中皮帶上的物料一般是不均勻的，皮帶機的帶速也是波動的。因此t時間內(nèi)的輸送量要按對瞬時輸送流量進行積分方法求取。在dt時間內(nèi)的輸送量w(t)為：

w(t)=q(t)v(t)dt

因此，一段時間t內(nèi)的總輸送量即為：

w=

=

式中：

w—0到t時間段內(nèi)皮帶機輸送物料的總量（kg）

q(t)—單位長度皮帶機瞬時物料重量（kg）

v(t)—皮帶機帶速(m/s)

w(t)—單位瞬時輸送物料重量(kg/s)

為了要得出通過積分式求得的總輸送量，必須把式中各項分別通過傳感器變換成電信號，并傳遞到信號處理和測量儀器中去進行運算及顯示或者打印記錄。其中v(t)可用速度傳感器直接測出，而q(t)則通過皮帶機的受力部分，將其上面的物料重量傳遞到秤重傳感器上，再變換成電信號輸出。

2.1.3

電子皮帶秤結(jié)構(gòu)

電子皮帶秤主要由秤重傳感器、位移傳感器、秤架與控制系統(tǒng)四大部分組成。

稱重傳感器的結(jié)構(gòu)形式有電阻應(yīng)變式、壓磁式、差動變壓器式、電容式、壓電式、振弦式等等。電阻應(yīng)變式稱重傳感器因制作簡單、工藝成熟、精確度高(最高精確度目前可做到非線性、重復(fù)性、滯后指標(biāo)優(yōu)于0.01%)，一直占據(jù)90%以上的稱重傳感器市場份額，國內(nèi)市場幾乎是電阻應(yīng)變式稱重傳感器的一統(tǒng)天下。德國申克（SCHENCK）公司RTN電阻應(yīng)變式稱重傳感器具有以下特點：電阻應(yīng)變式稱重傳感器阻值為4kΩ，是國內(nèi)稱重傳感器阻值的10倍以上；供橋電壓可達(dá)100V，靈敏度可達(dá)2.85mV/V，輸出信號達(dá)到180mV；傳送距離達(dá)到1000m；300%過載保護能力；IP68的高防護等級。最新的數(shù)字化智能稱重傳感器可由微處理器芯片對常規(guī)橋路進行補償和調(diào)整，進行非線性、滯后、蠕變等性能的修正，從而大大提高稱重傳感器的性能。壓磁式稱重傳感器的代表廠家是ABB公司，該傳感器輸出功率大，過載能力強，可在高溫、潮濕、多惡劣環(huán)境條件下長期工作。振弦式稱重傳感器的代表廠家是瑞士哈斯勒（HASLER）公司，該公司采用SFT振弦式稱重傳感器的電子皮帶秤已在中國有較多應(yīng)用。SFT振弦式稱重傳感器的特點如下：重復(fù)性、線性為滿刻度的0.01%，穩(wěn)定性為0.03%，與電阻應(yīng)變式稱重傳感器的指標(biāo)大體相當(dāng)；微小的被測力變化可產(chǎn)生較大的頻率變化，分辨率高達(dá)百萬分之一，靈敏度高；直接數(shù)字稱重，被處理的信號及輸出信號都是數(shù)字信號，處理過程無A/D、D/A

轉(zhuǎn)換，運算精確度高；抗電氣干擾、抗振動干擾能力強；傳感器內(nèi)裝有溫度傳感器，溫度補償靈敏度可達(dá)0.0001%/℃；非位移式測量原理，測量過程幾乎無位移發(fā)生，不影響秤架的校準(zhǔn)狀態(tài)

；有動態(tài)過載保護裝置；最多15臺傳感器可在同一根串行總線上傳遞信號，最大傳送距離為500m。上海大和衡器公司也生產(chǎn)振弦式稱重傳感器，VP331型振弦式稱重傳感器精確度可以達(dá)到0.02%FS。

測速傳感器的結(jié)構(gòu)形式有磁阻脈沖式、光電脈沖式、霍爾效應(yīng)式、磁敏式等多種形式，測量精確度較高的可達(dá)到0.05%~0.1%，分辨率可達(dá)到0.0001m/s。

當(dāng)皮帶輸送機水平安裝時，承載器上安裝的稱重傳感器所受的力如為F2

，那么當(dāng)皮帶輸送機安裝有一定傾角α?xí)r，承載器上安裝的稱重傳感器所受的力則為F1：

F1=F2

×cosα

例如，α

=15°時，cosα

=0.966,

如果F2=100kg，則

:

F1=F2

×cosα

=96.6kg

兩者相差3.4%，這樣大的差值對于秤來說是絕對不允許的。所以當(dāng)皮帶輸送機傾角α改變時，皮帶秤需要重新進行檢定和試驗。在某些應(yīng)用里，皮帶輸送機的傾角是不固定的，比如原料場中使用的移動式皮帶輸送機，它可能隨料堆的高度而變換角度，在這種情況下，隨時重新進行檢定和試驗幾乎是不現(xiàn)實的，所以必須在皮帶秤的稱重系統(tǒng)中增加傾角傳感器以測量皮帶輸送機的傾角α，然后在二次儀表中計算出cosα值，最后用cosα值對稱重傳感器輸出值進行補償。[10]

據(jù)SystemEquipment

公司介紹，該公司的傾角傳感器的補償范圍是0°~30°，補償?shù)男Ч强梢詫⒀a償前造成的誤差減少到1/50，典型的數(shù)值是可將因皮帶輸送機傾角變化所造成的誤差減少到0.15%。

一臺最簡單的電子皮帶秤的控制系統(tǒng)應(yīng)包括兩個功能：計算和顯示系統(tǒng)。要計算瞬時流量，只要將秤重傳感器測得的數(shù)據(jù)與速度傳感器所測得的數(shù)據(jù)相乘，即可得出瞬時流量值。對瞬時流量進行積分運算，即可得到一段時間內(nèi)的累積流量。

2.2

電子皮帶秤誤差分析及改進

2.2.1

誤差原因分析

由電子皮帶秤機構(gòu)原理及重量累計值的計算方法可知，它的計量準(zhǔn)確度是由秤重傳感器與速度傳感器所檢測到的單位長度上的物料重量以及皮帶運行速度決定的。在實際稱量過程中，由于秤重拖輥非準(zhǔn)直線、皮帶張力極皮帶運行阻力等“皮帶效應(yīng)”的影響，使得電子皮帶秤具有由其組成結(jié)構(gòu)及工作方式?jīng)Q定的計量誤差。[7]此為由于現(xiàn)場使用條件的不同，受現(xiàn)場溫度、濕度等原因的影響，會出現(xiàn)偏差。使用一段時間后，要進行定期標(biāo)定和調(diào)試，才能保證電子皮帶秤運行在最佳狀態(tài)和誤差最小范圍。因此電子皮帶秤的誤差可以分為以下幾類：

1.儀表使用要求測量過程中，皮帶重為恒定值。實際上物料粉塵較多，吸附在儀表秤重承重體上

的越積越多，造成皮帶重值增大。這是最為常見的誤差。

2.測速傳感器的質(zhì)量和安裝方式引起皮帶速度變化，造成誤差。

3.微處理器對秤重傳感器與速度傳感器的輸出信號進行放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換等處理運算過程中產(chǎn)生的信號處理誤差。

4.電子元件的老化或故障同樣會產(chǎn)生測量誤差。

5.由電子皮帶秤秤架引起的誤差。

2.2.2

改進措施

電子皮帶秤的誤差直接影響著電子皮帶秤稱量效果。因此，應(yīng)想辦法進行改進，盡量降低誤差。

對于電子皮帶秤測量過程中皮帶重發(fā)生變化造成的誤差，最好的解決發(fā)放是編寫零點標(biāo)定程序，在電子皮帶秤啟動時對零點進行標(biāo)定，以消除皮帶重變化造成的影響。

速度傳感器要正確安裝，要定期對速度傳感器進行檢查和維護。

對于信號處理產(chǎn)生的誤差，我們要采用高精度的秤重變送器對重量信號進項放大，并提高A/D轉(zhuǎn)換器的精度，同時還需要采用有效的濾波算法對數(shù)據(jù)進行濾波。通過這些措施盡可能降低電子皮帶秤信號處理誤差。

對于電子元件所引起的誤差，應(yīng)定期對電子皮帶秤系統(tǒng)進行檢查，及時更換電子元件。同時也要對常見故障進行檢測和維修。

故障排除方法流程：

對于電子皮帶秤秤架引起的誤差，我們在安裝電子皮帶秤時要安裝秤架。同時也要定期對電子皮帶秤進行清潔，減少外界干擾。

3

電子皮帶秤主要技術(shù)

3.1

傳感器的概念

最廣義地來說，傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號的器件。國際電工委員會(IEC:InternationalElectrotechnicalCommittee)的定義為：“傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測量的信號”。按照Gopel等的說法是：“傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件”，而“傳感器系統(tǒng)則是組合有某種信息處理(模擬或數(shù)字)能力的傳感器”。傳感器是傳感器系統(tǒng)的一個組成部分，它是被測量信號輸入的第一道關(guān)口。[13]

傳感器系統(tǒng)的原則

進入傳感器的信號幅度是很小的，而且混雜有干擾信號和噪聲。為了方便隨后的處理過程，首先要將信號整形成具有最佳特性的波形，有時還需要將信號線性化，該工作是由放大器、濾波器以及其他一些模擬電路完成的。在某些情況下，這些電路的一部分是和傳感器部件直接相鄰的。成形后的信號隨后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并輸入到微處理器。

德國和俄羅斯學(xué)者認(rèn)為傳感器應(yīng)是由二部分組成的，即直接感知被測量信號的敏感元件部分和初始處理信號的電路部分。按這種理解，傳感器還包含了信號成形器的電路部分。

傳感器系統(tǒng)的性能主要取決于傳感器，傳感器把某種形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種形式的能量。有兩類傳感器：有源的和無源的。有源傳感器能將一種能量形式直接轉(zhuǎn)變成另一種，不需要外接的能源或激勵源有源(a)和無源(b)傳感器的信號流程無源傳感器不能直接轉(zhuǎn)換能量形式，但它能控制從另一輸入端輸入的能量或激勵能傳感器承擔(dān)將某個對象或過程的特定特性轉(zhuǎn)換成數(shù)量的工作。其“對象”可以是固體、液體或氣體，而它們的狀態(tài)可以是靜態(tài)的，也可以是動態(tài)(即過程)的。對象特性被轉(zhuǎn)換量化后可以通過多種方式檢測。對象的特性可以是物理性質(zhì)的，也可以是化學(xué)性質(zhì)的。按照其工作原理，傳感器將對象特性或狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)換成可測定的電學(xué)量，然后將此電信號分離出來，送入傳感器系統(tǒng)加以評測或標(biāo)示。

各種物理效應(yīng)和工作機理被用于制作不同功能的傳感器。傳感器可以直接接觸被測量對象，也可以不接觸。用于傳感器的工作機制和效應(yīng)類型不斷增加，其包含的處理過程日益完善。

傳感器的分類：

1.按照工作機理可以分為物性傳感器和結(jié)構(gòu)型傳感器兩大類。

2.按照信息的傳遞方式可以分為直接型和間接型傳感起。

3.按照人類的感覺功能分為視覺、聽覺、嗅覺、味覺和觸覺五類傳感器。

4.按照制備傳感起的材料可以分為半導(dǎo)體傳感器、金屬傳感器、陶瓷傳感器、光纖傳感器、高分子傳感器和生物傳感器等。

5.按照傳感器的檢測對象分為溫度傳感器、光敏傳感器、壓力傳感器、磁傳感器、氣敏傳感器、濕度傳感器、離子傳感器和生物傳感器等。

3.2

稱重(壓力)傳感器

稱重傳感器工作原理

稱重傳感器(loadcell)是工業(yè)實踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業(yè)，下面就簡單介紹一些常用傳感器原理及其應(yīng)用。

1.應(yīng)變片壓力傳感器原理與應(yīng)用

力學(xué)傳感器的種類繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應(yīng)用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性。下面我們主要介紹這類傳感器。[3]

在了解壓阻式力傳感器時，我們首先認(rèn)識一下電阻應(yīng)變片這種元件。電阻應(yīng)變片是一種將被測件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。電阻應(yīng)變片應(yīng)用最多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。通常是將應(yīng)變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D

轉(zhuǎn)換和CPU

）顯示或執(zhí)行機構(gòu)。

金屬電阻應(yīng)變片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

如圖所示，是電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)示意圖，它由基體材料、金屬應(yīng)變絲或應(yīng)變箔、絕緣保護片和引出線等部分組成。根據(jù)不同的用途，電阻應(yīng)變片的阻值可以由設(shè)計者設(shè)計，但電阻的取值范圍應(yīng)注意：阻值太小，所需的驅(qū)動電流太大，同時應(yīng)變片的發(fā)熱致使本身的溫度過高，不同的環(huán)境中使用，使應(yīng)變片的阻值變化太大，輸出零點漂移明顯，調(diào)零電路過于復(fù)雜。而電阻太大，阻抗太高，抗外界的電磁干擾能力較差。一般均為幾十歐至幾十千歐左右電阻應(yīng)變片的工作原理

金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬導(dǎo)體的電阻值可用下式表示：

R=ρL/S

式中：ρ——金屬導(dǎo)體的電阻率（Ω。cm2/m

）

S

——導(dǎo)體的截面積（cm2

）

L

——導(dǎo)體的長度（m

）

我們以金屬絲應(yīng)變電阻為例，當(dāng)金屬絲受外力作用時，其長度和截面積都會發(fā)生變化，從上式中可很容易看出，其電阻值即會發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長時，其長度增加，而截面積減少，電阻值便會增大。當(dāng)金屬絲受外力作用而壓縮時，長度減小而截面增加，電阻值則會減小。只要測出加在電阻的變化（通常是測量電阻兩端的電壓），即可獲得應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變情

2.陶瓷壓力傳感器原理及應(yīng)用

抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產(chǎn)生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個惠斯通電橋（閉橋），由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，使電橋產(chǎn)生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號，標(biāo)準(zhǔn)的信號根據(jù)壓力量程的不同標(biāo)定為2.0

/3.0

/3.3mV/V等，可以和應(yīng)變式傳感器相兼容。通過激光標(biāo)定，傳感器具有很高的溫度穩(wěn)定性和時間穩(wěn)定性，傳感器自帶溫度補償0

～70℃，并可以和絕大多數(shù)介質(zhì)直接接觸。

陶瓷是一種公認(rèn)的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動的材料。陶瓷的熱穩(wěn)定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達(dá)-40

～135

℃，而且具有測量的高精度、高穩(wěn)定性。電氣絕緣程度>2kV，輸出信號強，長期穩(wěn)定性好。高特性，低價格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發(fā)展方向，在歐美國家有全面替代其它類型傳感器的趨勢，在中國也越來越多的用戶使用陶瓷傳感器替代擴散硅壓力傳感器。[4]

3.擴散硅壓力傳感器原理及應(yīng)用

工作原理被測介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上（不銹鋼或陶瓷），使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發(fā)生變化，和用電子線路檢測這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個對應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測量信號。

3.3

位移（速度）傳感器

電子皮帶秤上所用測速傳感器目前主要有磁阻脈沖式、光電脈沖式兩類。模擬式測速發(fā)電機式測速傳感器早已不再使用，取而代之的是上述兩種輸出脈沖信號的數(shù)字式測速傳感器。

1.磁阻脈沖式測速傳感器

磁阻脈沖式測速傳感器中，線圈和磁鐵部分都是靜止的，與被測件連接而運動的部分是用導(dǎo)磁材料制成的，當(dāng)轉(zhuǎn)動件轉(zhuǎn)動時，改變了磁路的磁阻，因而改變了貫通線圈的磁通，在線圈中產(chǎn)生了感生電勢。磁阻脈沖式測速傳感器從結(jié)構(gòu)上看有開磁路和閉磁路兩種。

在一個П型永久磁鐵上裝有兩個相互串聯(lián)的感應(yīng)線圈，滾輪與皮帶直接摩擦旋轉(zhuǎn)并帶動等分齒輪旋轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)确铸X輪的凸起部分與磁極相對時，回路磁通最大，當(dāng)?shù)确铸X輪的凹陷部分與磁極相對時，回路磁通最小，感應(yīng)線圈上便感應(yīng)隨磁通變化的感應(yīng)電壓。感應(yīng)電壓變化的頻率f與皮帶速度v成正比。這種測速傳感器結(jié)構(gòu)簡單，但輸出信號幅度小。

當(dāng)皮帶運行時，通過摩擦使?jié)L輪旋轉(zhuǎn)，并帶動轉(zhuǎn)子磁杯轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子磁杯及定子磁杯相對安裝，其圓周端面上都均勻地銑出多個齒槽。當(dāng)兩個磁杯的凸齒相對時，磁通最大，當(dāng)兩個磁杯的凸凹齒相對時，磁通最小，從而在線圈中感應(yīng)出隨磁通而變化的感應(yīng)電壓。

閉磁路測速傳感器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但密封性能好，輸出信號幅值大。磁阻脈沖式測速傳感器用于高轉(zhuǎn)速測量時，因磁路磁滯影響，使線圈中感應(yīng)電壓太小而不易測量。[14]

2.光電脈沖式測速傳感器

光電脈沖式測速傳感器由裝在輸入軸上的開孔圓盤、光源、光敏元件等組成。當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)到某一位置時，由光源發(fā)射的光通過開孔圓盤上的孔照身到光敏元件上，使光敏元件感光，產(chǎn)生一個電信號。圓盤上的孔可以是1個或多個，取決于設(shè)備要求的脈沖數(shù)。[12]

3.4

累計器

3.4.1

累計器的組成

最簡單的電子皮帶秤累計器原理圖見圖3.4.1，它不帶位移傳感器，只有物料瞬時流量及累計流量指示的功能。

有穩(wěn)壓電源向稱重傳感器提供工作電源，而稱重傳感器輸出的毫伏信號代表物料的瞬時流量（由于不帶位移傳感器，這里假設(shè)皮帶速度是恒定的），這個信號經(jīng)放大器放大成毫安信號，一方面送流量指示儀進行瞬時流量指示，一方面送積算器進行積算運算，積算器輸出的脈沖信號送流量計數(shù)計計算。

累計器設(shè)計的一些基本要求：

（1）可進行負(fù)向積分；

（2）可用于檢定和試驗的高分辨率；

（3）零點調(diào)整和量程調(diào)整互不影響；

（4）可任選的小負(fù)荷切除功能；

（5）可輸出標(biāo)準(zhǔn)信號和脈沖計數(shù)信號；

（6）可進行皮帶速度補償；

（7）穩(wěn)定性和重復(fù)性好。

3.4.2

累計器的積算器

由圖3.4.1可知，積算器是累計器中最重要的部分，電子皮帶秤的積算器通常采用積分器或累加器進行積算運算，以得出代表物料一段時間內(nèi)累計重量的計數(shù)信號。

3.4.2.1

積分器

積分器按運算原理分，積分器有模擬式、混合式和數(shù)字式三種。

由于微機的大量使用模擬混合式的已經(jīng)很少使用，所以以下介紹下模擬式和數(shù)字式積分器。

模擬式積分器

圖3.4.2中，代表物料瞬時流量的信號e1通過電阻R對積分電容C充電，使負(fù)向積分器輸出電壓值e0下降，e0值經(jīng)過電阻R送電壓比較器，當(dāng)e0值下降到電壓比較器設(shè)定值-V1值時，電壓比較器動作，輸出一個脈沖個計數(shù)器，使之跳一個字。與此同時，該脈沖使放電電阻回路瞬時接通一次，讓電容C上所帶電荷放完，為下一次積分過程作好準(zhǔn)備。當(dāng)輸入電壓e1為恒定值時，典型的輸出過渡過程見圖3.4.3。我們可以看到雖然電壓比較器的輸出是一個個間斷的脈沖，但整個積分過程卻是連續(xù)的。

數(shù)字式積分器

圖3.4.4所示為數(shù)字式積分器的電路原理圖，皮帶秤上物料的荷重信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（模擬電壓/頻率轉(zhuǎn)換器）的轉(zhuǎn)換，輸出頻率與輸入電壓成比例的、幅值固定的數(shù)字脈沖信號。而數(shù)字式位移傳感器輸出頻率與皮帶位移成比例的、幅值固定的數(shù)字脈沖信號。這兩個數(shù)字脈沖信號在累計器里的數(shù)字頻率乘法器里進行乘法運算，得到一個代表瞬時物料流量的數(shù)字脈沖信號。這個信號送數(shù)字積分器進行積分，最后由計數(shù)器累計物料流量。

3.4.2.2

累加器

采用累加器能更加直接地求出物料在一段時間里的累計流量，它只進行一種運算----累加運算。累加器的工作原理見圖3.4.5。

累加器計算一段時間輸送的總物料量為：

Q=∑(q1+q2+q3+…+qn)

由上式累加過程不存在誤差，所以累加器的運算精度比積分器高很多。

4

電子皮帶秤的設(shè)計

在使用現(xiàn)場，常常發(fā)現(xiàn)電子皮帶秤因設(shè)計選用不當(dāng)而出現(xiàn)設(shè)備選型不合理、量程偏大或偏小、檢定設(shè)施不完備等問題，給使用部門造成很大的困難，所以正確地設(shè)計選用電子皮帶秤是用好它的前提條件。

4.1

電子皮帶秤的選型

要選擇最適合應(yīng)用的電子皮帶秤，需要考慮一下幾個因素：

1、皮帶秤預(yù)定的用途；

2、皮帶秤要求的精度；

3、皮帶秤各組成部分的要求；

4、皮帶輸送機的狀況；

5、皮帶秤的檢定和實驗條件。

皮帶秤主要是由承載器、傳感器和累計器組成，根據(jù)皮帶秤預(yù)定的用途及皮帶秤要求的精度，可以參照下表先確定承載器的結(jié)構(gòu)形式。

結(jié)構(gòu)形式精度/%承載器費用特點使用場合

一般較好

單杠桿秤

2~3

1

低結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便；對皮帶秤輸送機及安裝質(zhì)量要求高；受皮帶張力、皮帶跑偏的影響大配料秤；過程監(jiān)控秤

多托輥懸浮秤、雙杠桿秤

0.5~1

優(yōu)于0.5

高稱量長度長，稱量精度高；受皮帶張力、皮帶跑偏的影響??；承載器龐大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜物料塊度大或給料不均勻場合稱重的計量秤；貿(mào)易結(jié)算秤

懸臂秤

0.5~2

0.5

高結(jié)構(gòu)小巧、配置方便；不受皮帶張力、皮帶跑偏、皮帶厚薄的影響；秤量精度較高；下料點位置變動影響精度配料秤；專為提高稱量精度而增加的計量秤

整機秤

1~2

0.5

高結(jié)構(gòu)小巧，配置方便；皮帶輸送機短，有利于改善皮帶輸送機狀況及保證安裝質(zhì)量，提高稱量精度配料秤；專為提高稱量精度而增加的計量秤

皮帶秤的檢定和實驗條件是保證電子皮帶秤正常使用的關(guān)鍵，檢定和實驗內(nèi)容應(yīng)事先確定，以便為檢定和實驗工作的展開配備必要的實施。

由于目前國內(nèi)外生產(chǎn)的電子皮帶秤的廠家非常多，產(chǎn)品開發(fā)和更新的速度比較快，用戶在設(shè)計選用時，應(yīng)隨時注意市場信息，了解各種產(chǎn)品的實際使用情況，以便作出正確的決策。

4.2

稱重傳感器量程計算

4.2.1

計算公式

由于用戶選用承載器結(jié)構(gòu)形式的不同，計算公式也截然不同。

4.2.1.1

單杠桿承載器

對帶平衡重的單托輥單杠桿承載器，其力平衡方程為：

LqHb=Pa

P=LqHb/a=LqH/η

因為

qH=QH/3.6v

則

P=QHL/3.6ηv

式中P----稱重傳感器受力，Kg；

QH----最大流量，t/h；

qH----單位長度皮帶上的物料額定荷重，Kg/m；

L----稱量長度，對單托輥秤如稱重托錕與前后過渡托錕的時距相等，則稱量長度等于

托錕間距，一般取0.75~1.25m；

η----結(jié)構(gòu)系數(shù)，當(dāng)稱重傳感器在稱重托錕正下方時，η=1，否則