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稱重式傳感器在料位測量中的特點和方法研究
來源：上海自動化儀表有限公司作者：發表時間：2020-03-31 11:26:05【小中大】
為此，本文提出一種在粉塵環境料倉的基礎上，通過安裝稱重傳感器的方式，把物位測量轉化成一個料倉靜態重量檢測的方法，期待在設計原煤倉或者灰倉的時候，土建和機械專業能夠給與配合，這是一種簡單可靠而且無傳動元件的一種靜態稱重測量手段。
1 煤粉倉和灰倉等物位測量對象的特點
1）可靠性：希望測量設備簡單可靠，測量準確，維護量小，長期在線無故障。
2）物料堆放的錐體不規則：因為物料堆放的形體不規則，無法界定準確的界面，所以測量物位時，不能準確測
量真實的料位，取樣口的位置選擇相對而言尤為重要。
3）環境工況惡劣：料倉料位測量區域粉塵較大，環境
惡劣，給安裝、維護帶來了不便。
4）無法校準和開孔：運行過程中無法對真實的料位進行校對維修，不便于維護和故障維修診斷。
2 采用稱重傳感器測量物位的方法
鑒于以上所述，根據被測對象的特點，由此構想出一種衡器稱重的方式，其原理簡單，維護方便，可靠性好，對于規則容器可以通過重量測量，來反映料倉內的真實料位和物質量的多少。因為測量物位也是為了知道料斗內部物質的多少，也許這樣更直接方便。對于采用稱重原理這一方式，在設計的時候，打破專業界限，土建、工藝設備、控制專業互相配合，做到優化設計，安全可靠，確保可靠穩定運行。為方便運行維護，只需要在大修周期更換或校核稱重元件即可。具體設計如圖 1 所示，以稱重傳感器為核心的一種料位測量結構圖。
1）如圖 1 所示，這是一種按照模擬量或者開關量設計的測量簡圖。假定被測對象是一個灰斗，灰的介質的密度相對穩定。“灰斗高料位”和“灰斗低料位”是兩個稱重傳感器。這里采用一種壓電方式的稱重傳感器，如圖 2 所示。
當有一定重量的物料落到托盤，直到把托盤埋入的時候，稱重傳感器會有一個電壓輸出，把這個電壓信號送到DCS 系統轉化，可以做出料位的畫面狀態，也可以做出高低料位狀態的報警狀態指示。當物位達到一定高度，也就是托盤的壓力達到一定的重力，可以設定發出料位報警信號而觸發報警，報警的不靈敏區間范圍根據介質特點和現場設定，在現場通過 DCS 系統或用繼電器等方式轉化所需要的信號狀態。對于高、低料位處設置應變感式傳感器，測量輸出可以是開關量信號，也可以輸出模擬量信號，根據工藝流程需要可以任意選擇。這種方式的安裝位置，根據容器材質和實際需求位置開孔安裝。
托盤的形狀和尺寸不需要太大，為了防止物料堆積，在設計制作的時候，最好做一個半球形狀，或者是傘形，如圖 2 所示，這樣可以防止物料堆積引起信號誤觸發。
2）如圖 3 所示，有一些地方作為報警和保護信號，為了可靠，可以安裝兩個狀態監測信號，保證了信號的準確性。按這種方式，高料位處設置應變感式傳感器，測量輸出可以是開關量信號，也可以輸出模擬量信號。開孔位置，根據容器材質和特點選擇，為了測量可靠，用兩個應變稱重測力傳感器，采用二選一的方式，保證了測量的可靠性。在介質密度穩定的情況下，規則形狀的料位和重量是一個固定比例的函數關系，所以通過應變感應的稱重傳感器在測得重量的時候，也就可以換算出相應的料位。反之亦然，然而，有一些被測對象更重視容器內部的物料多少，比如糧庫。這種方式，更適應于密度穩定的介質，安裝前期，把應變測量重力的位置選擇好，設計的時候在容器的底部安裝一個或者是多個稱重傳感器，測量整個容器的重量，去掉空倉時候的毛重，這就是物料的重量，如圖 4 所示，給出了一種參考的示意圖。壓電傳感器的安裝位置，根據被測對象，像靜態軌道衡器一樣安裝測量，這是一個比較可靠和成熟的技術。在衡器檢測方面，已經獲得了廣泛的應用。為了可靠，實際現場一般是多安裝幾個傳感器，在控制系統內部（比如DCS 系統）進行傳感器故障在線診斷和計算信號平均值，或者三取二的邏輯方式，能夠使信號準確可靠，有一個故障的情況下，也能保障測量正常使用。稱重壓電傳感器安裝的具體位置，根據不同對象，設計時選擇維護方便和便于更換的地方，這樣壓電傳感器輸出與重量對應的物位電壓信號。傳感器的數量和位置選擇，可以是測量整個倉或庫的重量，也可以通過測量一個分力，反之計算總重量，根據工藝系統因地制宜。總之，只要簡單可靠，便于維修使用。使人（安裝維護人員）、機（機器）、環（環境）的界面達到最佳，不需要太多的運行維護工作。
3 推廣的可行性和意義
通過應變感應傳感器組成的稱重傳感器用于測量物位，是一種新型的應用技術，為一些環境惡劣，測量介質特殊的粉、煤、灰和礦石，以及污水或者糧食等介質的測量，提供了一種可行的方法。本文作者曾于 1992 年，用來測量地下水位[3] 。如今測量一些固體顆粒也有廣闊的前景，指導同行推廣使用。希望今后的工程設計中，機、電、儀專業緊密配合，把煤倉和灰倉等這些比較復雜的介質的測量簡單化，讓復雜被測對象的物位測量能夠更簡便、更可靠，更經濟地滿足工藝系統的穩定運行。
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