稱重傳感器在制漆企業(yè)中的設(shè)計應(yīng)用

黃睿，李雪

稱重傳感器在制漆企業(yè)中的設(shè)計應(yīng)用

黃睿，李雪

（遼寧省石油化工規(guī)劃設(shè)計院有限公司，遼寧 沈陽 110000）

在某制漆企業(yè)的工藝流程中均采用了稱重傳感器來實現(xiàn)各種物料配比的計量，并且在后續(xù)的投產(chǎn)過程中達(dá)到了很好的效果。本文介紹了稱重傳感器的工作原理，探討了稱重傳感器的選型原則，提出了稱重傳感器安裝時的注意事項。

稱重傳感器； 制漆企業(yè)； 設(shè)計

隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，制漆行業(yè)靠人控制的時代已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上發(fā)展的步伐。如今的制漆行業(yè)主要的競爭力在于配方，那么如何能夠保證配方的精準(zhǔn)配比及高精度地達(dá)到產(chǎn)品預(yù)期指標(biāo)，成為控制質(zhì)量的關(guān)鍵。制漆企業(yè)的特點是產(chǎn)品批號等種類繁多，間歇生產(chǎn)，以物理調(diào)和工藝為主。以某企業(yè)新建制漆項目為例，在工藝流程中均采用了稱重傳感器來實現(xiàn)各種物料配比的計量，并且在后續(xù)的投產(chǎn)過程中達(dá)到了很好的效果。

除此之外，稱重傳感器還具備以下優(yōu)點：高阻抗，小功率，僅需很低的輸入能量；可獲得較大的變化量，從而具有較高的信噪比和系統(tǒng)穩(wěn)定性；動態(tài)響應(yīng)快，工作頻率可達(dá)幾兆赫，被測物是導(dǎo)體或半導(dǎo)體均可；結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性強，可在高低溫、強輻射等惡劣的環(huán)境下工作，應(yīng)用較廣。

1 稱重傳感器在工藝流程中的應(yīng)用

本文選取某制漆廠特種涂料車間中調(diào)和罐V-0301的稱重傳感器的應(yīng)用為案例。調(diào)和罐V-0301共接收A、B、C 3種配方原料，每種原料按不同重量配比進(jìn)行調(diào)和，向V-0301先投入原料A，由稱重傳感器實時監(jiān)測重量，達(dá)到額定重量后，關(guān)斷A原料送料管道的氣動切斷閥HV-0301A，同時關(guān)斷原料輸送泵P-0301；停止A原料輸送后啟動B原料的投料流程，同樣由稱重傳感器實時監(jiān)測重量，達(dá)到額定重量后關(guān)斷B原料送料管道的氣動切斷閥HV-0301B，同時關(guān)斷原料輸送泵P-0302；停止B原料輸送后啟動C原料的投料流程，由稱重傳感器實時監(jiān)測重量，達(dá)到額定重量后關(guān)斷C原料送料管道的氣動切斷閥HV-0301C，同時關(guān)斷原料輸送泵P-0303；待A、B、C 3種配方原料投放完畢后，啟動攪拌器進(jìn)行攪拌調(diào)合，待達(dá)到預(yù)定時間后打開V-0301的出口開關(guān)閥，將調(diào)合好的半成品送入到下一個工段進(jìn)行加工。由于該項目規(guī)模比較大，所有控制均由PLC控制，并自動完成，其中的關(guān)鍵計量儀表為稱重傳感器。PLC控制大大降低了人工的成本，同時也極大地提高了控制精度和效率。

2 稱重傳感器工作原理

簡單的說，在稱重傳感器中有3個部件發(fā)揮了重要作用：彈性體、電阻應(yīng)變片和檢測電路。工作時，被測物體被安置在傳感器上，彈性體就會由于受到物體的壓力而變形，彈性體的變形又引起它表面的電阻應(yīng)變片跟著變形，電阻應(yīng)變片的變形又導(dǎo)致它的阻值改變，接著阻值的增大或減小數(shù)值就會經(jīng)由檢測電路轉(zhuǎn)變成電信號，從而就可以顯示出物體的重量，這樣就完成了整個稱重過程。

2.1 彈性體

彈性體在稱重傳感器中的作用很直接，首先它要感知外界物體的作用力，并要利用反作用力來承受這個物體的作用力，接著它要引起電阻應(yīng)變片的變化以使整個稱重進(jìn)行下去。

2.2 電阻應(yīng)變片

電阻應(yīng)變片在稱重傳感器中是一個傳承部件，它將彈性體對它的作用力轉(zhuǎn)化成阻值的變化，再把這種變化信息傳遞給下一步，電阻應(yīng)變片的組成其實就是一根電阻絲和一個有機材料基座，電阻絲的伸長可以引起電阻的變化。

2.3 檢測電路

檢測電路在稱重傳感器中的作用很關(guān)鍵，因此檢測電路要有強大的抗干擾性，保證信號轉(zhuǎn)換不會受到周圍環(huán)境的影響，這樣才能確保稱重的準(zhǔn)確性。

3 稱重傳感器的選型

稱重傳感器實際上是一種將質(zhì)量信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量的電信號輸出的裝置。采用稱重傳感器應(yīng)先要考慮傳感器所處的實際工作環(huán)境及工況，這點對正確選用稱重傳感器至關(guān)重要，它關(guān)系到傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命，乃至整個衡器的可靠性和安全性。目前，市場上的稱重傳感器的種類有很多，包括光電式、液壓式、電容式、電磁力式等，每個類型都各有特點，使用起來也不盡相同。

3.1 儀表位號編制

本項目中列舉設(shè)備V-0301的稱重傳感器的儀表位號為WT-0301，本項目中的稱重傳感器位號的首位字母為了與壓力變送器區(qū)分，所以采用了字母“W”來表示，而儀表序號為了能夠與設(shè)備V-0301相互對應(yīng)，所以直接采用了設(shè)備位號的順序號“0301”。

3.2 稱重傳感器的操作條件

本項目中，根據(jù)工藝專業(yè)提供的操作壓力為常壓，操作溫度為常溫，被測參數(shù)最小荷重（沒有物料投入情況下）為0.6 t，最大荷重（滿物料投入情況下）為2.0 t。

3.3 傳感器的規(guī)格

傳感器主要選型規(guī)格參數(shù)為：測量范圍選用0~3 t；精度為0.5%；測量元件數(shù)量3個；固定形式為固定式；材質(zhì)選用合金鋼；過載能力150；靈敏度2 mV；操作現(xiàn)場為爆炸危險區(qū)域內(nèi)，所以選用防爆等級Exd ⅡBT4；防護(hù)等級IP68；電氣接口尺寸G3/4。

3.4 變送器規(guī)格

變送器主要選型規(guī)格參數(shù)為：按照項目中統(tǒng)一規(guī)定的要求，選用輸出信號4~20 mA；電源220 V AC（供電電源根據(jù)廠家提供的要求酌情選用）；測量范圍0~3 t；防護(hù)等級IP65；變送器與傳感器信號傳輸?shù)碾娎|為廠家預(yù)置電纜，根據(jù)傳感器廠家提供的技術(shù)參數(shù)要求，成套配備的預(yù)置電纜為15 m，長度大于15 m則會產(chǎn)生信號衰減，影響測量的精度，所以本設(shè)計中設(shè)置變送器位置時距離不超過15 m的距離，能夠滿足在實際應(yīng)用中的需要。

4 稱重傳感器安裝注意事項

稱重傳感器是將質(zhì)量信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量的電信號輸出裝置。在傳感器的安裝使用過程中，傳感器所處的工作環(huán)境、傳感器的安裝方式以及傳感器的最大載重等都將關(guān)系到傳感器乃至整個衡器能否正常工作以及它的安全和使用壽命。

安裝稱重傳感器的底座安裝面應(yīng)平整、清潔，無任何油膜、膠膜等雜物存在。安裝底座本身應(yīng)有足夠的強度和剛性，一般要求高于傳感器本身的強度和剛度。

稱重傳感器要輕拿輕放，尤其是彈性體材料為鋁合金的小量程傳感器，任何沖擊、跌落對其計量性能均可能造成不可挽回的損害。

每種稱重傳感器的加載方向都是確定的，在傳感器使用時一定要在此方向上加載負(fù)荷。橫向力、附加的彎矩、扭矩力應(yīng)盡量避免。

水平調(diào)整：單只傳感器安裝底座的安裝平面要用水平儀調(diào)整至水平，多個傳感器的安裝底座的安裝面要盡量調(diào)整到一個水平面上，尤其是傳感器數(shù)多于3個稱重系統(tǒng)中更應(yīng)注意這一點，這樣做的主要目的是為了使各傳感器所承受的負(fù)荷基本一致，讓衡器計量更加精確，對傳感器使用也更加安全。本項目中采用的是一臺調(diào)和罐配備3個傳感器測量，采用3點平均敷設(shè)在罐體支撐臂下方。

5 結(jié)束語

該項目已經(jīng)部分投產(chǎn)，在應(yīng)用過程中能夠完全滿足生產(chǎn)的過程控制需要，提高了工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量的掌控度。稱重傳感器在實際應(yīng)用中工作狀態(tài)穩(wěn)定，達(dá)到項目設(shè)計的預(yù)期。

［1］SHB Z 02-1995，儀表符號和標(biāo)志[S]．

Design and Application of Weighing Sensor in Paint Making Enterprises

（Liaoning Petrochemical planning and Design Institute Co., Ltd., Shenyang Liaoning 110000, China）

Weighing sensors are used in the process flow of a paint company to achieve the measurement of various material,and good results have been achieved in the subsequent production process.In this paper,the working principle of the weighing sensor was introduced, the selection principle of the weighing sensor was discussed, and the precautions during installing the weighing sensor were put forward.

Weighing sensor; Paint manufacturer; Design

2019-12-31

黃睿（1982-），男，工程師，遼寧沈陽人，2010年畢業(yè)于沈陽工業(yè)大學(xué)電氣工程及其自動化專業(yè)，研究方向：儀表自動化設(shè)計。

李雪（1983-），女，滿族，工程師，遼寧沈陽人，2010年畢業(yè)于沈陽化工大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，研究方向：化工工藝管道設(shè)計。

TH715.1

A

1004-0935（2020）07-0903-03