基于沖板式流量計設計

長江大學電子信息學院 李興五 張 欣

計量的精度在一定程度上反映一個國家的工業水平。沖板式流量計作為計量家族的重要成員，但是沖板式流量計目前存在精度不高，自動化程度低等卻缺點。本文通過數學計算推出在刮板機正常工作范圍內，物料的質量與角度成正比，并且在測試中精度較高，自動化程度高。

流量的監測和控制在保證生產的穩定和安全、提高企業產能、節約成產成本、保障產品質量等方面有著至關重要的作用（廖常初.S7-200 SMART PLC編程及應用(第二版)[M].機械工業出版社,2015）。沖板式流量計是一種用于動態檢測連續流動的固體顆粒或粉體物料的流量檢測設備（蔡旭明.基于全自動包裝機PLC的優化設計[J].機電工程技術,2012(7):31-34）。隨著科學技術的發展，我們對計量越來越追求更高的精度。我們反觀傳統沖板式流量計，為了使之性能方面越來越優越、在陌生環境中的適應能力更強、智能化程度更高，并且操作簡單，易于學習和上手，我們則必須增強其性能（范正田,徐罕.沖量式固體流量計原理及應用[J].自動化與儀表,1996(4):47-50）。刮板機應用場合廣泛，如煤礦工業中對輸送煤粉的流量計量，家用天然氣管道的用戶計量，食品工業中食用油、食鹽、面粉等質量流量動態計量，污染行業中對排放廢液流量的計量，農業生產中對輸送谷物流量的計量等。因此研制一種新型的沖板式流量計具有十分重大的意義。

1 整體設計思路

1.1 總體思路

本課題主要研究內容是通過角位移傳感器提取沖板的角度信號，通過PLC把測量監測物料沖擊沖板形成的一個角度換算得到與其成線性關系的瞬時流量，然后由瞬時流量計算出累計流量。整個系統流程圖如圖1所示：

圖1 沖板式流量計原理框圖

1.2 核心問題-流量與電流對應

測定連續物料流量的本質反映是物料的質量，物體在下落過程中由于重力給沖板推力產生角度。

由于物料在下落過程中加速度α非常小，可忽略不計故推力F推與質量m成正比。

圖2 沖板受力分析圖

2 算法分析

2.1 標定程序

不同物料之間由于密度等的因素影響，測定的流量是不同的，而相同物料由于前級輸送的速度不同對流量測定也不相同，因此標定就顯得尤為重要。

本課題標定以0.5噸面粉為例，記錄面粉輸送完成后的秒數。程序框圖如圖3所示：

圖3 標定程序框圖

本文所用控制硬件西門子S7-200 SMART AD精度0～27648，上程序框圖得到的標尺為1°對應的模擬量值。

標定目的是1°所對應的流量值，即標尺2。

2.2 總體程序

本文所述沖板式流量計基本功能：

圖4 工作基本程序框圖

圖5 測試畫面

（1）通過角位移傳感器提取沖板的角度信號，采用角位移信號讀取沖板的角度，通過角度信號計算出對應的沖板流量的上下限標定；

（2）由角度信號計算沖板式流量計的瞬時流量和累計流量，通過標定的上下限，根據沖板瞬時角度計算當前流量，由沖板的瞬時流量，計算累計流量；

（3）累計流量清零、累計流量掉電保存；（4）工作基本程序框圖如圖4所示。

3 測試結果及分析

本文以0.5噸面粉作為標定測試畫面如圖5所示。

上界面顯示：t=0.5噸，h=301/3600=0.0836111111小時。

瞬時流量：Q=0.5/0.0836111111=5.980066445977噸/小時

4 結語

基于對沖板式流量計的研究得出一下幾點結論：

（1）本文對物料的瞬時料量、累計料量計算精度較高。

（2）因為要利用質量與角度的線性關系不適用于角度變換超過5°的系統。作者簡介：李興五（1997—），男，河北石家莊人，大學本科，研究方向：電子信息。