電子皮帶秤測速傳感器的應用

摘要：介紹電子皮帶秤測速傳感器的工作原理，常用測速傳感器的分類，以及現場應用的實例。

關鍵詞：電子皮帶秤 測速 傳感器

1 概述

從稱重原理可知，電子皮帶秤所測量物料的瞬時流量的大小取決于兩個參數，即瞬時流量等于稱重傳感器測量的承載器上物料負荷值q（kg/m）和測速傳感器測量的皮帶速度值v（m/s）兩個參數相乘所得，即：w(t)=qv由此可見，測速傳感器的測量精確度和穩定性與稱重傳感器的測量精確度和穩定性是同等重要的。目前稱重傳感器的精確度普遍提高到萬分之幾，而測速傳感器的精確度大多在千分之幾，所以提高測速傳感器精確度是提高電子皮帶秤系統精確度有效的途徑之一。測速傳感器的脈沖信號進入顯示儀表后，通常以3種方式完成與稱重傳感器信號的相乘運算。第一種方式是測速脈沖信號經整形、放大后轉換成0—10V DC模擬信號，并作為稱重傳感器的供橋電壓，在稱重傳感器內實現乘法運算；第二種方式是測速脈沖信號經整形、放大后轉換成模擬（或數字）信號，與稱重傳感器放大后的模擬（或數字）信號在專用的乘法器里進行乘法運算；第三種方式是測速脈沖信號整形后直接作為顯示儀表中累加器的觸發信號，每接受一個測速脈沖信號，累加器就對稱重傳感器的輸入信號進行一次采樣，皮帶速度越快，累加器采樣的次數越多，采樣值不斷累加，因而以數字方式實行了乘法運算。在電子皮帶秤使用過程中，涉及測速傳感器的問題不少，但由于介紹這方面的資料極少，用戶碰到這些問題往往束手無策。作者根據自身工作中的體會和經驗列舉一些解決問題的辦法，希望能對讀者解決這類問題有所借鑒。

2 常用的測速傳感器

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字式測速傳感器。

2.1 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磁材料制成的，當轉動件轉動時，改變了磁路的磁阻，因而改變了貫通線圈的磁通，在線圈中產生了感生電勢。磁阻脈沖式測速傳感器從結構上看有開磁路和閉磁路兩種。在一個Ⅱ型永久磁鐵上裝有兩個相互串聯的感應線圈，滾輪與皮帶直接摩擦旋轉并帶動等分齒旋轉。當等分齒輪的凸起部分與磁極相對的，回路磁通最大，當等分齒輪的凹陷部分與磁極相對時，回路磁通最小，感應線圈上便感應隨磁通變化的感應電壓。感應電壓變化的頻率f與皮帶速度v成正比。這種測速傳感器結構簡單，但輸出信號幅度小。當皮帶運行時，通過摩擦使滾輪旋轉，并帶動轉子磁杯轉動，轉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。當兩個磁杯的凸齒相對時，磁通最大，當兩個磁杯的凸凹齒相對時，磁通最小，從而在線圈中感應出隨磁通而變化的感應電壓。閉磁路測速傳感器結構較復雜，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速測量時，因磁路磁滯影響，使線圈中感應電壓太小而不易測量。

2.2 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。當圓盤轉到某一位置時，由光源發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，產生一個電信號。圓盤上的孔可以是1個或多個，取決于設備要求的脈沖數。

3 應用測速傳感器的實例

3.1 停用測速傳感器 對不調速的皮帶輸送機來說，皮帶速度的變化量大致為±（0.3—0.5）%，這取決于供電電源頻率、電源電壓及負荷率，其中，供電電源頻率影響最大。但對于由大電網供電的用戶來說，由于電網電源頻率相當穩定，所以通常皮帶速度的變化率小于±0.2%。我們在現場早、中、晚多次測量不同負載率情況下的皮帶速度，其變化均小于±0.2%。據美國賽摩拉姆齊公司推薦：當皮帶速度變化超過±0.2%或稱重精確度要求高于±0.5%時，應該采用測速傳感器。反過來說，當皮帶速度變化小于±0.2%或稱重精確度要求低于±0.5%時，則可以考慮不用測速傳感器，那么在電子皮帶秤整個系統里是用什么樣的方式替代測速傳感器的信號呢？在幾乎所有的電子皮帶秤的顯示儀表里都有這樣一個功能，即內脈沖、外脈沖選擇功能。當選擇外脈沖時，由安裝在皮帶輸送機上的測速傳感器向顯示儀表提供脈沖信號；當選擇內脈沖時，則由顯示儀表本機內的信號脈沖源提供脈沖信號。

我們廠曾有一臺關鍵的計量皮帶秤出現故障，經檢查是測速傳感器損壞造成的，我們給顯示儀表供電并調用菜單，當調到“Tacho.Active”（測速傳感器有效）時，我們看到可以選擇“yes ”或“no ”（這里“yes ”表示由安裝在皮帶輸送機上的測速傳感器向顯示儀表提供脈沖信號，“no ”則表示由顯示儀表本機內的信號脈沖源提供脈沖信號），當我們將選擇由“yes ”改為“no ”以后，又在菜單的下一步“Nominal Speed”（額定速度）中設置了實際速度值，皮帶秤顯示儀表左上方的小光點又開始旋轉運動，表示有測速信號，皮帶秤又重新開始工作了。運行了一兩天后，又有了新的問題，當皮帶機停止運行時，由于皮帶上有剩余物料或皮帶不均勻皮重造成顯示儀表仍在緩慢跳字，造成不運物料而積算器仍不斷累積。我們又出了兩個主意：一是將小信號切除值（物料瞬時流量低于此值，積算器不在累積）適當提高；二是將皮帶輸送機電氣運行觸點接入顯示儀表的供電回路，當皮帶輸送機停止運行時，顯示儀表的電源自動斷開。

3.2 測速傳感器的元件替換 我廠原使用由OMRON旋轉編碼器組裝的測速傳感器，其分辨力是1024p/r(p-脈沖)，因旋轉編碼器損壞需要更換，由于要與原有測速滾輪相配，希望使用原有型號的旋轉編碼器，而原有編碼器早已淘汰，外型尺寸一致的現有產品分辨力是1000p/r，我們用1000p/r的旋轉編碼器替代，并在量程時適當作些調整。因為旋轉編碼器的分辨力雖然降低了民2.4%（相當于速度信號測量值小了2.4%），但通過調整量程系數（如將量程系數增大2.4%）是可以補償回來。

3.3 用國產測速傳感器替代進口產品 進口或國產電子皮帶秤的測速傳感器通常都是輸出脈沖信號的，因而可以使用國產測速傳感器替代進口產品。我廠原有一臺電子皮帶秤使用的是MD-256軸端安裝式測速傳感器，由于進水損壞，送廠家修理需3個月才能從國外返回。我們采用國產CS-40返回皮帶安裝式光電測速傳感器代替，此時顯示儀表顯示速度值為0.634m/s，正好是原先顯示速度1.268m/s的一半，我們就調出菜單，在速度常數p015中將原來的缺省值100修改為200，顯示值即與原來值一致。由于原先的軸端安裝式測速傳感器無法固定，使用時上下搖擺，實際測速值波動幅度達5%，采用國產返回皮帶安裝式測速傳感器后，傳感器運行穩定，實際測速值波動幅度僅（1-2）%，反而提高了電子皮帶秤的檢測精度。國產測速傳感器的價格僅為進口的1/3左右，所以在大多數情況下是有可能用國產測速傳感器替代進口測速傳感器。

3.4 用三線制測速傳感器替代兩線制測速傳感器 我廠原有一臺電子皮帶秤的進口兩線制傳感器損壞，該兩線制傳感器價格昂貴，我們就想用國產三線制傳感器替代，在實際維修該秤時我們將三線制傳感器的正電源、速度信號脈沖兩根線按要求接入顯示儀表的正電源、速度信號脈沖兩輸入端，而將第三根連接線（電源地）接到稱重傳感器的電源地輸入端，皮帶秤顯示表左上方的小光點又開始旋轉運動，表示此時顯示儀表可接收三線制測速傳感器的信號，隨后我們又在菜單的速度傳輸系數一欄中對速度顯示值作了修正，電子皮帶秤工作就恢復正常了。

3.5 用變頻器的脈沖輸出替代測速傳感器 在某些應用場合，如果皮帶機的驅動電機是由變頻器控制的，由于變頻器通常帶FMP（脈沖波型輸出），在不存在皮帶打滑及測量精度要求不高的情況下，也可以用變頻器FMP脈沖波型輸出替代測速傳感器接入顯示儀表。應該注意的是，變頻器的FMP脈沖波型輸出并不是真正的皮帶速度測量信號，而是皮帶驅動電機的控制給定信號，在皮帶不打滑的情況下兩者是一致的。

綜上所述，當我們較為透徹的了解了測速傳感器的工作原理、信號類別及顯示儀表的關系后，就有可能根據現場情況靈活應用，以滿足生產現場各種要求。

參考文獻：

[1]張巖、胡秀芳、張濟國編著.傳感器應用技術.出版社：福建科學技術出版社.