倾角传感器在电子皮带秤中的应用 传感器工作原理

概述 电子皮带秤是皮带输送机输送固体散状物料过程中对物料进行连续称重的一种计量设备，早期的电子皮带秤使用了称重传感器、测速传感器两类传感器，而倾角传感器只是在需要测量皮带倾角的特殊情况下才使用的。如果皮带输送机输送物料过程中的倾角有较大范围的变化（特别是在皮带输送机本身倾角就比较大的情况倾角再有变化），对皮带秤的使用准确度就会产生很大的影响。 倾角变化对皮带秤的使用准确度的影响

当皮带输送机水平安装时，承载器上安装的称重传感器所受的力如为F2，那么当皮带输送机安装有一定倾角α时（见图1），承载器上安装的称重传感器所受的力则为F1。 F 1=F 2×cosα （1） COSα值的大小决定了对秤的使用准确度的影响程度，可见表1。

分析一下表1，可以得到这样几个结论 1）因为cosα值始终小于1，所以皮带输送机倾角变化的影响使得皮带秤秤架的受力减少，例如，α=15°时，cosα =0.9659，如果F2=100kg，则F 1=F 2×cosα =100×0.9659=96.59（kg）如果皮带输送机在使用过程中倾角由0°变化到15°，则由此产生的误差为3.41%，这样大的误差值是*不允许的。 2）当皮带输送机在0°倾角（即平皮带输送机）或低倾角运行时，倾角度数的稍许变化对称量准确度影响不大。例如当倾角度数变化发生在0°到3°之间时，cosα值仅从1.0000减少到0.9986，即由角度变化引起的*大误差还不到0.12%；当倾角度数变化发生在0°到8°之间时，cosα值仅从1.0000减少到0.9903，即由角度变化引起的*大误差还不到1%；所以在生产现场允许误差范围内，在皮带输送机低倾角运行时某些小范围的角度变化也可以忽略不计。 3）当皮带输送机在大倾角运行时，倾角度数的变化对称量准确度影响较大。例如当皮带输送机固有位置在18°倾角运行时，如果倾角减小到17°，则由角度变化引起的误差达到(0.95630.9511)/0.9511=+0.55(%)如果倾角增加到19°，则由角度变化引起的误差达到(0.9455-0.9511)/0.9511=-0.59(%)对于某些高准确度的计量皮带秤来说，在这种情况下皮带输送机倾角度数的1°变化将导致近0.6%的误差，这是很难被认可的。 由此可见，以下任何一种情况出现时需要设置倾角传感器对皮带输送机的倾角变化进行补偿；皮带输送机倾角变化范围大；皮带输送机固有位置的倾角较大且皮带输送机倾角有一定范围的变化；皮带输送机对计量准确度要求较高且皮带输送机倾角有可能发生变化。 对具体的应用场合，需了解皮带输送机固有位置的倾角和倾角可能的变化范围，然后采用上述计算方法计算出由角度变化引起的*大误差。作者建议，如果计算所得误差值小于计量准确度要求值的1/3，则可以不设置倾角传感器对皮带输送机的倾角变化进行补偿。如果大于计量准确度要求值的1/3或倾角可能的变化范围难以确定，则一定要设置倾角传感器对皮带输送机的倾角变化进行补偿。 倾角传感器工作试验方法

倾角传感器有多种结构形式，其工作试验方法也各不相同，如采用“液体摆”、重力加速度、磁阻尼等试验方法的电子倾角传感器。下面以采用“液体摆”的电子倾角传感器来介绍其工作试验方法（见图2）。 如图所示，在玻璃壳体内装有导电液，并有A、B、C三根铂电极和外部相连接，三根电极相互平行且间距相等。当玻璃壳体处于水平位置时（见图2左），三根电极插入导电液的深度相同。如果在两根电极之间加上幅值相等的交流电压时，电极之间会形成离子电流，两根电极之间的液体相当于两个电阻RI和RIII。若液体摆水平时，则RI＝RIII。当玻璃壳体处于倾斜位置时（见图2右），电极间的导电液不相等，三根电极浸入液体的深度也发生变化，但中间电极B浸入深度基本保持不变，而左边电极C浸入深度小，则导电液减少，导电的离子数减少，电阻RI增大，右边电极A浸入深度大，则导电液增加，导电的离子数增加，电阻RIII减少，即RI＞RIII。反之，若倾斜方向相反，则RI＜RIII。这样，通过电桥电路可将电阻值的变化量转换为mV电信号量，由此可得到相应倾角的变化值。还可根据液体位置变化引起应变片的变化，从而引起输出电信号变化而感知倾角的变化。 倾角传感器的安装

图3是一台安装在皮带输送机纵梁上的倾角传感器，由于皮带输送机的纵梁*为坚固，其位置变化*能反映皮带输送机倾角的变化，所以通常就安装在这个位置上。安装时，仅仅只需要用螺栓将倾角传感器固定在纵梁上即可。 倾角传感器的应用 据系统设备（System Equipment）公司介绍，该公司的倾角传感器的补偿范围是0~30°，补偿的效果是可以将补偿前造成的误差减少到1/50，典型的数值是可将皮带输送机倾角变化所造成的误差减少到0.15%。 美国赛默飞歇尔• 拉姆齐公司的MT2000、MT3000系列累计器可接入10-44-3型倾角传感器（该公司称为倾斜补偿器），传感器为磁阻尼试验方法，倾角传感器安装在一个机壳内，机壳的顶面与输送机纵梁平行固定安装，通常机壳安装在皮带秤承载器附近1.5m范围内。

当输送机倾角改变时，倾角传感器安装的机壳也同步改变倾角，其输出信号也随之改变。10-44-3型倾角传感器的电源电压为直流8.6V~20.0V，测量范围为±18°，输出信号为0~8VDC。目前倾角传感器在皮带秤上的应用主要集中在原料场斗轮堆取料机（见图4）及移动式皮带输送机上。 山东济宁三号煤矿煤码头担负着煤炭外运任务，由于客户对煤炭种类需求繁多，这就需要进行配煤，因此需要在斗轮堆取料机安装电子皮带秤，以提高配煤准确度。皮带秤安装在斗轮堆取料机大臂的皮带机上，堆取料机的大臂会根据堆取高度的不同而俯仰作业，皮带秤的负载在垂直方向的力是一直变化的，通常这种角度的变化在-16°~+16°度之间。因此，为了修正由于斗轮堆取料机大臂角度变化带来的影响，应用于斗轮堆取料机的济南金钟ICS-L-XF4型皮带秤上配置了倾角补偿器，从而使计量准确度度达到0.5%。 在宝钢原料场斗轮堆取料机上，由于斗轮机的皮带输送机部分需根据堆取料的要求调整倾斜角度，所以在选用的徐州衡器厂ICS-XE皮带秤系统里配备了AE290倾角传感器，由它提供一个皮带倾角的补偿信号，从而有效地保证了称量准确度。 移动式皮带输送机操作要求皮带机整机移动、机架俯仰、左右旋转，因此皮带输送机的倾角在使用过程中频繁变化，江苏南京三埃公司为此研制成功“高精度移动式皮带秤”，该秤可以在上述操作条件下同时进行准确称重，使用中免维护，称重准确度可长期保持在≤0.5%。

压力传感器的发明，为我们现代的生活和生产都带来极大的方便，同时也提高了工作效率和生产效率，它成为了我们亲密的伙伴，不管是自动化控制技术还是管道压力测试，或是天气预测都有着极大的推动作用。

如何维护好压力传感器，延长它的使用寿命，在使用的过程中使数据更加的准确，和数据的稳定性也是我们需要解决的问题，现在让小编教大家从以下几个方面来进行压力传感器的维护

（1）测量液体压力时，取压口应开在管道的侧面，以避免沉积积渣。传感器的安装位置应避免液体的冲击（水锤现象），以免传感器过压损坏。

（2）测量蒸汽或其它高温物体时，需接加缓冲管（盘管）等冷凝器，不应使传感器的工作温度超过极限。

（3）应防止渣滓在导管内沉积和传感器与腐蚀性或过热的特体接触。

（4）冬季发生冰冻时，安装在室外的传感器必须采取防冻措施，避免引压口内的液体因结冰体积膨胀，导致传感器损坏。

（5）导压管应安装在温度波动小的地方。

（6）接线时，将电缆穿过防水接头或绕管并拧紧密封螺帽，以防雨水等通过电缆渗漏进变送器壳体内。

（7）测量气体压力时，取压口应开在流程管道顶端，并且传感器也应安装在流程管道上部，以便积累的液体容易注入流程管道中。

压力传感器的维护不仅是对我数据准确提供了帮助，更是节约的使用成本，维护好的传感器肯定要比不维护的传感器耐用而且会更好用。

在检测和自动控制系统中，传感器的作用相当于人的五官。显然，自动化的程度越高，系统对传感器的依赖性也就越大，传感器对系统的功能起着决定性的作用。因此，国外都将传感器列为尖端技术，尤其在美、日等发达国家，传感器技术更是倍受重视。更有专家感叹“征服了传感器，就几乎等于征服了科学技术。” 传感器的重要性 现代信息技术的三大基础是信息的采集、传输和处理技术，即传感器技术、通讯技术和计算机技术，它们分别构成了信息技术系统的“感觉”、“神经”和“大脑”。信息采集系统的首要部件是传感器，且置于系统的*前端。仅此而言，传感器也称得上尖端技术。 流量仪表标准和检定规程是流量传感器准确计量的保证。流量的准确计量在国民经济的许多领域中十分重要，如贸易结算、安全防护、医疗卫生及环境监测等。在能源计量的贸易结算中，涉及供需双方的巨大经济利益，由于对计量的准确度持有异议，供需双方的纠纷呈上升的趋势。要解决这个问题，根本出路就在于依靠法律。即按计量法的要求，严格监督和管理。

制定传感器标准的必要性 当今流量传感器的新产品层出不穷，几乎每年都会有新型仪表上市来满足用户的需求。这些仪表都各自有其技术和经济方面的特点，当然也应该欢迎他们在流量领域里推陈出新，并推动技术的进步。但是也应看到，新型的流量计并非全都是成熟并即可推向市场的，有的流量计仅在实验室中通过了少量的实验，并未在各种场所条件下进行足够的检验，以致在使用中出现许多未知的因素。只有在各种典型场所并在受控条件下试用，取得经验并逐步扩大应用面方可。 推向市场的流量计若具有按一定程序制定的法规性文件，说明它有比较可靠的实验以及实践经验的支持。而未具备行业性质或国家等级技术法规的流量计，则不宜进行大面积的推广和应用，否则将遗患无穷。 传感器的标准分类 按传感器的标准性质分类 基础标准 例如有关流量测量和仪表的名词术语，流量仪表的型号命名和规范基本参数等。 产品标准 规定流量仪表的产品分类、技术要求、试验方法和验收规则以及正确安装和使用要求等。有时候，某些标准只包含正确使用安装方面的技术，则仅属于产品应用性质的产品标准。 方法标准 例如流量仪表的性能评定方法、试验方法、检验方法和计算方法等。 按中国标准的级别分类 中国标准按级别分类有四种国家标准、行业标准、地方标准和企业标准。 按标准制定的机构分类 按标准制定的机构分类共有五种。 国际标准 国际标准化组织（ISO）制定的标准；国际电工委员会（IEC）制定的标准；ISO和IEC联合制定发布的标准；ISO确认的其他国际组织制定的标准，例如国际法制计量组织（OIML）等27个机构等。 区域性组织 工业发达国家和国际公认的学会/协会等团体制定的标准。 区域性标准是由几个国家或地区共同制定的标准，例如欧洲标准委员会（CEN）制定的标准，欧洲电工标准化委员会（CENELEC）制定的标准。 工业发达国家的标准，例如美国国家标准ANSI，英国国家标准BS，德国国家标准DIN，日本工业标准JIS，俄罗斯国家标准ГOCT，等等。 学会/协会等团体标准是国际公认的、由权威性团体制定的标准，例如美国仪表学会（ISA）、美国机械工程师协会（ASME）、德国工业协会（VDI）、日本电气计测会（JEMS）、日本计量机器工业联合联合会（JMIF）、美国石油学会（API）、美国煤气协会（AGA）等团体制定的标准。 中华国家标准 具有中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局分发的全国范围适用的标准。 行业标准和地方标准 行业标准和地方标准在国家标准还未制定，由部门或地区制定的、在局部范围内实行的标准。行业标准中许多是由部、局制定，也曾称作“专业标准”或“部标准”。例如明渠流量仪表中，由于堰式、槽式仪表没有国家标准，因此建设部就制定出了该类仪表的城镇建设行业标准。地方标准则是由各省市制定的标准，从传统法制的角度则仅适合于本地区的范围，不过，在应用技术上还是可以参照的。 企业标准 企业标准是针对某单位自己的产品或工作制定的标准，仅适用于其本身的企业。 按标准的执行方式分类 按标准的执行方式可分为推荐性标准和强制性标准两类。国际标准、区域标准和团体标准均为推荐性标准，我国的国家标准和外国的国家标准大部分也都是推荐性标准；强制性标准是指“根据法律、法规或条例中的*性引用，使其应用成为强制性的一种标准。我国的国家标准、行业标准和地方标准有小部分是属于强制性标准，主要涉及到安全、卫生健康和环境保护等方面的要求，并分为全文强制形式和条文强制（即标准中亦有推荐性条文）形式两种。 传感器的选择标准 即使对于同种类的被测量物体来说，也可选用各种各样的传感器。为了选择适合于测量目的的传感器，有必要定出选择的标准。虽然应该考虑的事项很多，但是，不一定要满足所有事项的要求，随着使用目的的不同，侧重点也会不一样。例如，需要长时间以及连续使用传感器时，就必须要选择经时变化等时间方面长期稳定性的传感器，而对机械加工或化学分析等时间比较短的工序来说，则要求使用灵敏度和动特性较好的传感器。此外，还需要考虑与使用传感器有关的事项，以及购买传感器时需要注意的事项等等。需要注意的事项大致列举如下 与测量条件有关的事项 ● 测量的目的。 ● 被测量的选择 ● 测量范围 ● 超标准过大的输入信号的产生次数（产生频度） ● 输入信号的频带宽度 ● 精度要求 ● 测量所需要的时间 与传感器性能有关的事项 ● 精度 ● 稳定性 ● 响应速度 ● 模拟量与数学量 ● 输出量及其数量级 ● 对被物体产生的负载效应 ● 校正周期 ● 超标准过大的输入信号保护 与使用条件有关的事项 ● 设置场所 ● 环境条件（温度、湿度、振动） ● 测量时间 ● 与显示器之间的距离 ● 与其它设备的连接 ● 所需功率 与购买和维修有关的事项 ● 价格 ● 交货日期 ● 服务与维修制度 ● 零配件的储备 ● 保修时间 以上是选择传感器时的需要的有关注意事项。另外，还需要补充和说明的是，不管被测量的目标是否有很大变动的情况，平常使用时的显示应在满刻度的50%以上来选择测量范围或刻度范围以提高精度。选择传感器的响应速度，目的是适应输入信号的频带宽度，从而得到高信噪比，另外，还要考虑到超出的范围会否降低传感器的精度以及在何种范围内则能保持其精度等等。精度较高的传感器，其价格一般也相对较高，所以，一定要按照要求来精心使用。此外，还必须注意设置场所的选择和安装方法，充分了解传感器有关的外形尺寸和重量等等。 在未被提及的事项中，还有应从传感器的工作试验方法出发，联系被测物体中可能会产生的效应等问题来分析什么样的传感器适合选用，这一点也很重要。 虽然，常规的做法是尽可能地在市场上出售的标准产品中选择所需要的传感器，选择在价格和维修方面都有优势的传感器也许是可取的。但是，如果寻找不到适合的传感器，然而又必须要研究开发新型的传感器时，如果不列出详细的规格，不分析和研究每一个细节，恐怕是得不到所期望的性能的传感器的。 建议 在实际选择和使用传感器的过程中，如果需要参阅其标准和规程时，应首先查阅国家标准，若不能满足需求，则再查行业标准或地方标准，然后再查国外标准。