傾角傳感器在電子皮帶秤中的技術應用

概述 

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)稱重的一種計量設備，早期的電子皮帶秤使用了稱重傳感器、測速傳感器兩類傳感器，而傾角傳感器只是在需要測量皮帶傾角的特殊情況下才使用的。如果皮帶輸送機輸送物料過程中的傾角有較大范圍的變化（特別是在皮帶輸送機本身傾角就比較大的情況傾角再有變化），對皮帶秤的使用準確度就會產(chǎn)生很大的影響。 

傾角變化對皮帶秤的使用準確度的影響

當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，那么當皮帶輸送機安裝有一定傾角α時（見圖1），承載器上安裝的稱重傳感器所受的力則為F1。 

F 1=F 2×cosα （1） 

COSα值的大小決定了對秤的使用準確度的影響程度，可見表1。

分析一下表1，可以得到這樣幾個結論： 

1）因為cosα值始終小于1，所以皮帶輸送機傾角變化的影響使得皮帶秤秤架的受力減少，例如，α=15°時，cosα =0.9659，如果F2=100kg，則F 1=F 2×cosα =100×0.9659=96.59（kg）如果皮帶輸送機在使用過程中傾角由0°變化到15°，則由此產(chǎn)生的誤差為3.41%，這樣大的誤差值是不允許的。 

2）當皮帶輸送機在0°傾角（即平皮帶輸送機）或低傾角運行時，傾角度數(shù)的稍許變化對稱量準確度影響不大。例如當傾角度數(shù)變化發(fā)生在0°到3°之間時，cosα值僅從1.0000減少到0.9986，即由角度變化引起的zui大誤差還不到0.12%；當傾角度數(shù)變化發(fā)生在0°到8°之間時，cosα值僅從1.0000減少到0.9903，即由角度變化引起的zui大誤差還不到1%；所以在生產(chǎn)現(xiàn)場允許誤差范圍內，在皮帶輸送機低傾角運行時某些小范圍的角度變化也可以忽略不計。 

3）當皮帶輸送機在大傾角運行時，傾角度數(shù)的變化對稱量準確度影響較大。例如當皮帶輸送機固有位置在18°傾角運行時，如果傾角減小到17°，則由角度變化引起的誤差達到：(0.95630.9511)/0.9511=+0.55(%)如果傾角增加到19°，則由角度變化引起的誤差達到：(0.9455-0.9511)/0.9511=-0.59(%)對于某些高準確度的計量皮帶秤來說，在這種情況下皮帶輸送機傾角度數(shù)的1°變化將導致近0.6%的誤差，這是很難被認可的。 

由此可見，以下任何一種情況出現(xiàn)時需要設置傾角傳感器對皮帶輸送機的傾角變化進行補償；皮帶輸送機傾角變化范圍大；皮帶輸送機固有位置的傾角較大且皮帶輸送機傾角有一定范圍的變化；皮帶輸送機對計量準確度要求較高且皮帶輸送機傾角有可能發(fā)生變化。 

對具體的應用場合，需了解皮帶輸送機固有位置的傾角和傾角可能的變化范圍，然后采用上述計算方法計算出由角度變化引起的zui大誤差。作者建議，如果計算所得誤差值小于計量準確度要求值的1/3，則可以不設置傾角傳感器對皮帶輸送機的傾角變化進行補償。如果大于計量準確度要求值的1/3或傾角可能的變化范圍難以確定，則一定要設置傾角傳感器對皮帶輸送機的傾角變化進行補償。 

傾角傳感器工作原理

傾角傳感器有多種結構形式，其工作原理也各不相同，如采用“液體擺”、重力加速度、磁阻尼等原理的電子傾角傳感器。下面以采用“液體擺”的電子傾角傳感器來介紹其工作原理（見圖2）。 

如圖所示，在玻璃殼體內裝有導電液，并有A、B、C三根鉑電極和外部相連接，三根電極相互平行且間距相等。當玻璃殼體處于水平位置時（見圖2左），三根電極插入導電液的深度相同。如果在兩根電極之間加上幅值相等的交流電壓時，電極之間會形成離子電流，兩根電極之間的液體相當于兩個電阻RI和RIII。若液體擺水平時，則RI＝RIII。當玻璃殼體處于傾斜位置時（見圖2右），電極間的導電液不相等，三根電極浸入液體的深度也發(fā)生變化，但中間電極B浸入深度基本保持不變，而左邊電極C浸入深度小，則導電液減少，導電的離子數(shù)減少，電阻RI增大，右邊電極A浸入深度大，則導電液增加，導電的離子數(shù)增加，電阻RIII減少，即RI＞RIII。反之，若傾斜方向相反，則RI＜RIII。這樣，通過電橋電路可將電阻值的變化量轉換為mV電信號量，由此可得到相應傾角的變化值。還可根據(jù)液體位置變化引起應變片的變化，從而引起輸出電信號變化而感知傾角的變化。 

傾角傳感器的安裝

圖3是一臺安裝在皮帶輸送機縱梁上的傾角傳感器，由于皮帶輸送機的縱梁zui為堅固，其位置變化zui能反映皮帶輸送機傾角的變化，所以通常就安裝在這個位置上。安裝時，僅僅只需要用螺栓將傾角傳感器固定在縱梁上即可。 

傾角傳感器的應用 

據(jù)系統(tǒng)設備（System Equipment）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)值是可將皮帶輸送機傾角變化所造成的誤差減少到0.15%。 

美國賽默飛歇爾• 拉姆齊公司的MT2000、MT3000系列累計器可接入10-44-3型傾角傳感器（該公司稱為傾斜補償器），傳感器為磁阻尼原理，傾角傳感器安裝在一個機殼內，機殼的頂面與輸送機縱梁平行固定安裝，通常機殼安裝在皮帶秤承載器附近1.5m范圍內。

當輸送機傾角改變時，傾角傳感器安裝的機殼也同步改變傾角，其輸出信號也隨之改變。10-44-3型傾角傳感器的電源電壓為直流8.6V~20.0V，測量范圍為±18°，輸出信號為0~8VDC。目前傾角傳感器在皮帶秤上的應用主要集中在原料場斗輪堆取料機（見圖4）及移動式皮帶輸送機上。 

山東濟寧三號煤礦煤碼頭擔負著煤炭外運任務，由于客戶對煤炭種類需求繁多，這就需要進行配煤，因此需要在斗輪堆取料機安裝電子皮帶秤，以提高配煤準確度。皮帶秤安裝在斗輪堆取料機大臂的皮帶機上，堆取料機的大臂會根據(jù)堆取高度的不同而俯仰作業(yè)，皮帶秤的負載在垂直方向的力是一直變化的，通常這種角度的變化在-16°~+16°度之間。因此，為了修正由于斗輪堆取料機大臂角度變化帶來的影響，應用于斗輪堆取料機的濟南金鐘ICS-L-XF4型皮帶秤上配置了傾角補償器，從而使計量準確度度達到0.5%。 

移動式皮帶輸送機操作要求皮帶機整機移動、機架俯仰、左右旋轉，因此皮帶輸送機的傾角在使用過程中頻繁變化，江蘇南京三埃公司為此研制成功“高精度移動式皮帶秤”，該秤可以在上述操作條件下同時進行準確稱重，使用中免維護，稱重準確度可長期保持在≤0.5%。(end)北京富瑞恒創(chuàng)科技有限公司。