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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

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??煽糠€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。
簡易式開關量灰位測量示意圖
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。
稱重盤測量示意圖
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??傊?,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。
簡易式灰庫物位測量示意圖原煤斗或固體顆粒料倉的稱重測量料位
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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