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称重式传感器在料位测量中的特点和方法研究

来源:上海自动化摩臣2有限公司作者:发表时间:2020-03-31 11:26:05

为此,本文提出一种在粉尘环境料仓的基础上,通过安装称重传感器的方式,把物位测量转化成一个料仓静态重量检测的方法,期待在设计原煤仓或者灰仓的时候,土建和机械专业能够给与配合,这是一种简单可靠而且无传动元件的一种静态称重测量手段。

 
1 煤粉仓和灰仓等物位测量对象的特点
1)可靠性:希望测量设备简单可靠,测量准确,维护量小,长期在线无故障。
2)物料堆放的锥体不规则:因为物料堆放的形体不规则,无法界定准确的界面,所以测量物位时,不能准确测
量真实的料位,取样口的位置选择相对而言尤为重要。
3)环境工况恶劣:料仓料位测量区域粉尘较大,环境
恶劣,给安装、维护带来了不便。
4)无法校准和开孔:运行过程中无法对真实的料位进行校对维修,不便于维护和故障维修诊断。
 
2 采用称重传感器测量物位的方法
鉴于以上所述,根据被测对象的特点,由此构想出一种衡器称重的方式,其原理简单,维护方便,可靠性好,对于规则容器可以通过重量测量,来反映料仓内的真实料位和物质量的多少。因为测量物位也是为了知道料斗内部物质的多少,也许这样更直接方便。对于采用称重原理这一方式,在设计的时候,打破专业界限,土建、工艺设备、控制专业互相配合,做到优化设计,安全可靠,确保可靠稳定运行。为方便运行维护,只需要在大修周期更换或校核称重元件即可。具体设计如图 1 所示,以称重传感器为核心的一种料位测量结构图。
简易式开关量灰位测量示意图
1)如图 1 所示,这是一种按照模拟量或者开关量设计的测量简图。假定被测对象是一个灰斗,灰的介质的密度相对稳定。“灰斗高料位”和“灰斗低料位”是两个称重传感器。这里采用一种压电方式的称重传感器,如图 2 所示。
称重盘测量示意图
当有一定重量的物料落到托盘,直到把托盘埋入的时候,称重传感器会有一个电压输出,把这个电压信号送到DCS 系统转化,可以做出料位的画面状态,也可以做出高低料位状态的报警状态指示。当物位达到一定高度,也就是托盘的压力达到一定的重力,可以设定发出料位报警信号而触发报警,报警的不灵敏区间范围根据介质特点和现场设定,在现场通过 DCS 系统或用继电器等方式转化所需要的信号状态。对于高、低料位处设置应变感式传感器,测量输出可以是开关量信号,也可以输出模拟量信号,根据工艺流程需要可以任意选择。这种方式的安装位置,根据容器材质和实际需求位置开孔安装。
 
托盘的形状和尺寸不需要太大,为了防止物料堆积,在设计制作的时候,最好做一个半球形状,或者是伞形,如图 2 所示,这样可以防止物料堆积引起信号误触发。
 
2)如图 3 所示,有一些地方作为报警和保护信号,为了可靠,可以安装两个状态监测信号,保证了信号的准确性。按这种方式,高料位处设置应变感式传感器,测量输出可以是开关量信号,也可以输出模拟量信号。开孔位置,根据容器材质和特点选择,为了测量可靠,用两个应变称重测力传感器,采用二选一的方式,保证了测量的可靠性。在介质密度稳定的情况下,规则形状的料位和重量是一个固定比例的函数关系,所以通过应变感应的称重传感器在测得重量的时候,也就可以换算出相应的料位。反之亦然,然而,有一些被测对象更重视容器内部的物料多少,比如粮库。这种方式,更适应于密度稳定的介质,安装前期,把应变测量重力的位置选择好,设计的时候在容器的底部安装一个或者是多个称重传感器,测量整个容器的重量,去掉空仓时候的毛重,这就是物料的重量,如图 4 所示,给出了一种参考的示意图。压电传感器的安装位置,根据被测对象,像静态轨道衡器一样安装测量,这是一个比较可靠和成熟的技术。在衡器检测方面,已经获得了广泛的应用。为了可靠,实际现场一般是多安装几个传感器,在控制系统内部(比如DCS 系统)进行传感器故障在线诊断和计算信号平均值,或者三取二的逻辑方式,能够使信号准确可靠,有一个故障的情况下,也能保障测量正常使用。称重压电传感器安装的具体位置,根据不同对象,设计时选择维护方便和便于更换的地方,这样压电传感器输出与重量对应的物位电压信号。传感器的数量和位置选择,可以是测量整个仓或库的重量,也可以通过测量一个分力,反之计算总重量,根据工艺系统因地制宜。总之,只要简单可靠,便于维修使用。使人(安装维护人员)、机(机器)、环(环境)的界面达到最佳,不需要太多的运行维护工作。
简易式灰库物位测量示意图原煤斗或固体颗粒料仓的称重测量料位
3 推广的可行性和意义
通过应变感应传感器组成的称重传感器用于测量物位,是一种新型的应用技术,为一些环境恶劣,测量介质特殊的粉、煤、灰和矿石,以及污水或者粮食等介质的测量,提供了一种可行的方法。本文作者曾于 1992 年,用来测量地下水位[3] 。如今测量一些固体颗粒也有广阔的前景,指导同行推广使用。希望今后的工程设计中,机、电、仪专业紧密配合,把煤仓和灰仓等这些比较复杂的介质的测量简单化,让复杂被测对象的物位测量能够更简便、更可靠,更经济地满足工艺系统的稳定运行。
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