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称重传感器在水泥行业的应用(二)

三、混凝土搅拌楼(站)用称重传感器选型时需要考虑的几个问题
     3.1、称重传感器载荷容量的确定
     称重传感器载荷容量通常按下式计算
     传感器额定载荷=料斗自重+额定称重量(0.6~0.7)×传感器×只数
    事实上人们在选择传感器容量时往往还要综合考虑冲击载荷的大小以及选定安全系数.安全系数的选择又与传感器的灵敏度有密切关系.国内外常见的应变式称重传感器灵敏度多数为2mV/V,但是也有1mV/V的,如柱式传感器;也有3mV/V的,如部分悬臂梁式传感器和板环式传感器;扭环式传感器则通常是2.85mV/V。目前在搅拌楼上使用的传感器基本上都是2mV/V的。
     3.2、称重传感器准确度的选择
传感器准确度的选择以满足称量系统的准确度要求为准,不必片面追求过高的传感器准确度等级。在多只传感器组合使用时,其综合误差按下式计算
       δr=δ/√n
      式中,δ为单只传感器的准确度,n为组合使用的传感器只数。
      目前搅拌楼上常用的S型传感器、悬臂梁式传感器、板环式传感器,其线性、滞后、重复性、灵敏度温度影响、蠕变等主要指标绝大多数厂家均优于0.05%,大多数厂家优于0.03%,部分厂家优于0.02%。其单只传感器的综合误差都接近或优于0.1%。多只传感器组合后其综合误差就更小了。可以说一般称重传感器生产厂家的产品都能满足要求。
      以前,不少搅拌楼生产厂家规定其称重系统的静态精度分别为0.1%和0.3%。这样,对于使用单只传感器的秤而言,单项指标为0.05%的传感器就可以满足0.3%精度的秤的要求。对于使用三只以上传感器的秤而言,单项指标0.05%的传感器也能满足0.1%精度的要求。
       需要指出的是,上述精度是称重系统的静态精度,而混凝土国家标准要求的是动态精度,这是由于原材料不断地向称量机构供料在重力的冲击下称量误差明显增加
上述0.1%和0.3%的静态精度能否保证分别达到1%和2%的动态精度还与供料系统的设计有关。
现在,不少厂家规定其称重系统的精度在0~额定称量值的整个称量范围内为水泥、水、外加剂±1%,砂、石料±2%。须知,预拌混凝土国家标准要求的是实物计量精度,而一般计量仪器在0~20%范围相对误差较大,因此,还是混凝土搅拌楼(站)的行业标准中规定的20~100%的称量段满足水泥、水、外加剂±1%,砂、石料±2%的计量允许偏差更为实际一些。更为合理的精度标注方式是采用衡器行业的术语来表述,即作为累计料斗秤,应采用自动称量准确度的等级标志1.0和2.0。这类秤的检定项目与用途相适应,既包括物料试验(确定累计误差)也包括静态检定。
      通常将1.0级秤设计为1000分度,2.0级秤设计为500分度。可以看出,在高量程端1.0级秤的误差为0.15%,2.0级秤的误差为0.3%,并不比以前厂家规定的0.1%和0.3%静态精度高。但是在低量程段精度要求确实是提高了。在这种情况下需要确认所选用的传感器在低量程段能否也满足要求。
      按秤的分度数选择传感器最简单的方法就是1000分度的秤选用1000分度的传感器,500分度的秤选用500分度的传感器。称重传感器国家标准中准确度就是用分度数来表示的,但是由于多方面的原因,目前大多数生产厂仍用单项指标表示传感器的精度。用户再根据单项精度指标算出综合误差。选用起来麻烦一点。
国外发达国家的混凝土搅拌楼称重系统精度一般用分度数来表示,规定为1000分度。可能与他们使用高性能混凝土所占比例高有关。
       随着经济和技术的不断发展,超高层建筑、超长桥梁、大型水利工程以及其他暴露在严酷环境中的建筑对混凝土的性能提出了越来越高的要求,混凝土技术也进入了高科技时代,高性能混凝土的应用比例不断提升。生产高性能混凝土除了要正确选用原材料、确定合理的工艺参数外,施工工艺的控制也是十分重要的。混凝土搅拌楼中配料系统的准确度是其中重要的一环。
       3.3、传感器结构形式的选择
      常用的拉式传感器有S形,板环式以及中心十字筋板环式等。中心十字筋板环式传感器精度高、抗偏载性能优异,但是价格较高,通常只在高精度测量场合使用。搅拌楼上常用的是S型传感器和板环式传感器。其中S型传感器因其精度高、抗偏载能力强、同时可以带过载保护、量程范围宽等优点用得最多。
常用的压式传感器有悬臂梁式、轮辐式、柱式、桥式、扭环式等。综合考虑精度、量程范围、安装方式、价格等因素,绝大多数搅拌楼生产厂选择了悬臂梁式。
       3.4、载荷类型的考虑
混凝土生产主要使用砂、石子、水泥以及水、外加剂、掺合料。几种材料中数石子秤的冲击为最大。在电子秤大家族中,这类冲击不算最大,一般传感器均能承受。
      过载情况。
      笔者调查的情况来看,传感器因过载而损坏的情况时有发生。比如控制系统出故障,造成大量物料倾泻而下,造成过载。也有使用过程中人为因素造成的过载,特别是小量程传感器因操作者踩踏秤架而过载损坏的事时有发生。因此传感器的过载能力、传感器有无过载保护对称重系统的可靠运行还是有一定影响的。
传感器的性能指标中有两项与此有关,一是允许过负荷,一是极限过负荷。
      允许过负荷是指卸去这一负荷后,传感器的性能指标不变。极限过负荷是指在这一负荷下传感器不会产生有害的永久性机械变形。
       一般传感器的允许过负荷为150%,极限过负荷在200%~300%之间。有些带过载保护的传感器则可能超过着一范围。如莆田传感器厂的CFCKN-1型传感器因其特殊设计,允许过负荷高达500%。此类传感器在频繁过载的情况下也能可靠地工作。
      3.5、传感器的防护等级
传感器的防护等级通常用IP表示。一般传感器厂家均称自己的产品达到IP67水平,少数厂家的部分产品达到IP68水平。
       我们知道,IP代码所表示的是电压不超过72.5kV电气产品的外壳防护等级。国家标准《GB4208-93外壳防护等级》中规定,IP67是指产品能防尘、防短时间浸水影响;IP68是指产品能防尘、防持续潜水影响。需要指出的是,这样的防护中未包括机械损坏、锈蚀、潮湿等外部影响或环境条件。涉及这类保护通常由有关产品标准规定。称重传感器与一般的电器产品和二次仪表产品不同的是,它同时还是一个受力构件,在运行中不断地受到力的作用并产生变形。此外还有可能受到震动、冲击或撞击这样的机械损伤,粉尘和水气共同作用下的较为严重的腐蚀以及在非常潮湿的环境条件下运行。这与GB4208-93规定的试验条件有很大的不同。
笔者曾碰到这样的情况:某矿山的矿石秤上选用了进口传感器,某大型钢厂的钢包秤上选用了一种国际知名品牌的传感器,均是焊接密封,非常漂亮,达到了IP68级。但是在现场实际使用寿命都很短。在不得已的情况下,试用了莆田传感器厂的产品。结果出乎他们的意外,使用寿命都超过了进口传感器。其中在某大型钢厂钢包秤上的传感器已运行了7年,至今还在运行中。
       在这两个例子中,说穿了主要是防护上的区别。一是有外壳还是没有外壳;二是焊缝设计。三是密封材料。
一般说来,有外壳的设计优于无外壳的设计;在焊缝设计方面则要尽可能避免焊缝受力。在无法避免的情况下,则要校核焊缝强度,特别是疲劳强度。疲劳引起的细微裂纹是导致潮气进入,传感器失效的重要原因。前面提到的某国际知名品牌焊接密封传感器在现场使用寿命短的原因就是过分依赖焊接密封,内部应变片仅薄薄一层面胶密封,一旦焊缝裂纹,传感器就在潮气的作用下迅速失效。在密封材料方面需要提醒的是,能通过IP67半小时浸水试验的传感器未必能通得过传感器标准中的12周期湿热试验。应该说传感器标准中规定的湿热试验更符合传感器的使用环境要求,其严酷程度并不低于IP67。
      受价格竞争的影响,不少传感器厂取消了保护外壳,拉式传感器尤甚。目前国内生产的S型传感器、板环式传感器几乎都取消了外壳。
      笔者调查的情况来看,传感器因过载而损坏的情况时有发生。比如控制系统出故障,造成大量物料倾泻而下,造成过载。也有使用过程中人为因素造成的过载,特别是小量程传感器因操作者踩踏秤架而过载损坏的事时有发生。因此传感器的过载能力、传感器有无过载保护对称重系统的可靠运行还是有一定影响的。
传感器的性能指标中有两项与此有关,一是允许过负荷,一是极限过负荷。
允许过负荷是指卸去这一负荷后,传感器的性能指标不变。极限过负荷是指在这一负荷下传感器不会产生有害的永久性机械变形。
       一般传感器的允许过负荷为150%,极限过负荷在200%~300%之间。有些带过载保护的传感器则可能超过着一范围。如 蚌埠市金诺传感器仪表厂 的 JLBS型传感器 因进行特殊设计,允许过负荷高达500%。此类传感器在频繁过载的情况下也能可靠地工作。
四、不同类型搅拌楼对称重传感器选型的细分
       大中型水利工程的混凝土搅拌楼、城市商品混凝土搅拌楼、小型水利工程和县级公路建设中使用的混凝土搅拌楼在规格大小、使用连续时间、安装地点的环境条件都有很大的不同,所生产的混凝土性能要求也有很大差别。因此,对传感器的可靠性、防护等级等性能事实上也有不同的要求,应区别对待。对连续运行时间长、环境条件恶劣以及生产高性能混凝土的搅拌楼应选择可靠性、防护等级高的传感器。其余的则可适当降低要求。对于运行在海上的混凝土搅拌船,则还需要考虑防盐雾的要求,这里就不再一一细说了。

 

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