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自動稱重平台的設計

發布時間:2020-10-19 11:20:30 |來源:網絡轉載

自動稱重平台是一種用數字量顯示和輸出的工業上廣泛應用的稱重計量裝置,它一般由稱重傳感器、稱重控製顯示儀、附屬機械設備以及計算機、打印機等外圍附件組成。由於它具有遠距離測量、測量迅速準確、使用方便、操作直觀等優點,目前已廣泛應用於石油、電力、化工、冶金、交通運輸、機械製造、軍事、商業等各個部門,是進行自動稱量、配料控製和生產過程自動化的必不可少的重要技術工具,對保證產品質量、提高勞動生產率、改善工作條件、提高工業自動化水平具有主要意義。
為了滿足製造及其設備現代化管理的需求,越來越多的公司要求在利用機械設備的基礎上,從傳感器到計算機設計一套性能可靠的自動稱重係統,實現精度在 2%以內,具有實時在線模擬、數據顯示、數據存儲、報警功能的高精度的自動稱重係統。該係統精度高,操作界麵清晰、友好,操作簡單方便,不僅可以應用於公司產品的自動稱重,也可以用於其它各行各業的產品測量、檢測和監控, 是準確計量行業中的重要環節,是實現機械自動化操作的必要組成部分,也是我國計量行業中的一大進步。

衡器是工業生產中進行稱重的主要計量工具,它是稱重係統的重要組成部分。德國的赫爾穆特.魏因貝格在《衡器的起源和未來》一文中提到,最早的衡器出現在公元前一千年中法老帝國時期的古代埃及,是等臂式天平,隨後古意大利出現了配有滑動稱錘的杠杆。從羅馬紀元一直到中世紀,衡器的發展趨於平緩, 直到 14 世紀出現了大型滑動磅秤。這些遠古時期的衡器已經能完成一定的稱重功能。
隨著工業生產的發展,衡器也得到了快速發展。首先是傳統的機械式衡器進一步發展,出現了如液體靜力秤、“羅伯瓦爾稱重係統”、“貝蘭格原理”等技術和稱量理論。到了 20 世紀 50 年代,電子、晶體管、微處理器為這一時代新穎的物理測量原理的發展作出了巨大貢獻。出現了電阻測力法、電動力平衡、振弦測力裝置與陀螺測力裝置,而開始了機電式衡器的新紀元。
傳感器技術是現代信息社會的重要技術基礎,傳感器是各種信息采集係統的首要部件。現代微電子技術、計算機技術、微細加工技術、新材料技術、激光與光纖技術等高新技術的發展,為設計新型傳感器提供了技術和物質基礎。為了軍用與民用的目的,近年來,世界上主要工業發達國家都研製了一些製造傳感器的新的測量原理、新型的敏感元件材料和新的製造技術與工藝技術。研製出了精細陶瓷、非晶半導體、形狀記憶合金、恒彈性合金、碳纖維以及鈦酸鉛為主要材料研製的新型傳感器,現代傳感器技術在衡器中的廣泛應用為自動稱重係統的發展奠定了良好的基礎。
傳感、通訊、計算機技術構成現代化信息的三大基礎,80 年代是個人計算機,90 年代是計算機網絡,預計 21 世紀第一個十年熱點很可能是傳感、執行與檢測。傳感器的作用主要是獲取信息,是信息技術的源頭。在信息年代裏,隨著各種係統的自動化程度和複雜性的增加,需要獲取的信息量愈來愈多,不僅對傳感器的精度、可靠性和響應要求愈來愈高,還要求傳感器是標準輸出形式以便和係統聯結。顯然傳統的傳感器因其功能差,體積大,很難滿足要求。發展高性能、高精度的傳感器已成為必然。
稱重傳感器是這樣一種傳感器,它是能把所謂粘貼在鋼製柱形或圓柱形應變體的周圍的電阻應變片的應變轉換為電阻的變化,並與負載按鈕相結合,它的計量結構是當荷重加於負載按鈕時,則其重量施加於應變體,因此就產生與重量成
比例的應變,並使與應變量相對應的應變片的電阻發生變化,從而使通過應變片的電流發生變化,將該電流轉換成數字信號,並用數字來顯示該重量。
作為世界產業信息革命的代表技術之一的稱重傳感器技術,已成了各行各業關注的焦點。下麵,就國內為在稱重傳感器的幾個方麵的發展與現狀,談談個人的看法。
1)彈性元件材料
彈性元件材料是稱重傳感器之本,其基本要求是彈性極限高,熱處理後應有均勻穩定的晶相組織,熱膨脹係數小,彈性滯後盡量小。在國外,美、英、德、日本等國小量程傳感器較多使用鋁、銅、欽合金,其中鋁合金牌號以 2024-T6、2024-T81、2025-T351 居多。而在大量程規格中則普遍使用中碳鎳鎔鋼,如AISH304、SNCM8 等,但在東歐各國則較普遍使用中碳鎔錳矽鋼或彈簧鋼,如35 Cr M n SA 等。我國在七八十年代,在大量程鋼製傳感器中,借鑒西方國家材料成份,在大部分傳感器製造企業中均采用了 40 Cr Ni MO A 的合金結構鋼。其
特點是強度高、韌性與滲透性較好,蠕變很小,在 850 OC 淬火,380℃回火狀態, 韌性、滯後、穩定性均較好。目前國內原材料生產供貨一般以 Lyl2 一 CZ 居多, 質量較穩定,價格亦較低,所以,作為傳感器生產廠家比較喜歡采用峨型並配以適當消除內應力措施。
用於稱重傳感器的彈性元件材料一般為高彈性合金,其彈性模量 E 隨溫度變化而帶來明顯的溫度誤差,所以,最好能有一種彈性模量溫度係數較小且穩定的材料。我國稱重傳感器用彈性元件材料是否需要采用恒彈性材料,而不需要進行楊氏模量溫度補償,從成本及發展前景上值得推敲。
2)應變計
在稱重傳感器中起主導地位的電阻應變式傳感器的另一關鍵敏感元件是電阻應變計。一般電阻應變計由敏感柵、基底、麵膠、粘合刑與引線組成,分金屬絲式與箔式兩種。我國七十年代以前的電阻應變式傳感器大多采用絲式應變計。此類應變計轉換元件是絲柵狀的電阻絲,缺點是電阻絲與彈性體表麵結合不嚴, 端線接頭極易損壞。七、八十年代以後,應變計技術發生變革,由於光刻腐蝕工藝的成熟,箔式應變計逐步在電阻式傳感器中占據主導地位。箔金屬材料一般為康銅、卡瑪合金、鎳鎔錳矽合金等。基底材料在國外最早是以硝基纖維素紙基發

展起來的。聚酰亞酸樹脂由於具有極好的韌性與柔性,延伸率高,耐溫性好曾風糜一時,但由於其粘附性差,長期穩定性不理想,所以隻適用於準確度要求不高的場合。
3)結構形式
目前電阻應變式結構形式按敏感元件變形形式可分為拉壓式、彎曲式、剪切式。我國在七十年代以中國計量科學研究院為代表的拉壓型傳感器技術已經成熟。其結構分圓柱形與板孔柱式,特別是後者,主圓孔四周開 4 個小孔,應力流線分布合理,輸出靈敏度高,具有良好的溫度均勻性,可製成拉壓兩用。在拉壓式傳感器中,日本大和公司的 CC21 型高精度搖柱壓式以其優良的蠕變、溫度、防潮防爆特性,很適用於汽車衡、軌道衡等場合,其最大特點是安裝於秤台一般毋需調整四角誤差。與此類傳感器相似的還有德國 Philips 公司 PR6201 係列傳感器,美國 SENSORONICS 公司的整體多柱式 65088 型傳感器 。彎曲式傳感器主要有扁環式、弓形、懸臂梁式,特別是八十年代形成批量規模生產的 S 型與平行梁式結構。S 型彎曲傳感器主要用於小型拉式測力稱重場合,其受力型式為開通孔,工作應變計貼於孔壁。平行梁式傳感器由於其結構簡單,加工性能好,對作用力點不敏感等優點廣泛應用於電子計價秤與電子台秤上。此類傳感器在目前國內生產批量最大,上海大和公司現已有年產 10 萬台的生產能力。剪切式傳感器在八十年代以來國內外均較流行,其最大特點是外形低、抗內向力強、加工簡單。其結構形式又可分為環裁剪切型、輪幅型、懸臂梁型、雙梁橋式、S 型剪切式等.
本設計所研究的高精度,小量程稱量係統就是集機電於一體的現代化計算機集成係統,具有實時在線稱重、較稱、去皮、自動統計、查詢、實時模擬、掉電保護等功能。從而為工廠實現計算機網絡技術,便於將產品開發與設計自動化、生產管理自動化和車間製造自動化三者有機結合,對加強企業管理、提高技術水平、改進產品質量、增強企業競爭能力、解決供收雙方因計量問題帶來的矛盾具有重要作用。同時,也是對提高我國計量科技水平,加速現代化進程做貢獻。

 

 

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