水電站混凝土攪拌樓安裝于環(huán)境惡劣的施工現(xiàn)場(chǎng),如何保證稱重傳感器測(cè)量精度是混凝土攪拌樓實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配料的關(guān)鍵。簡(jiǎn)要分析了影響稱重傳感器測(cè)量精度的內(nèi)在與外在因素,從實(shí)際使用的角度,討論了提高稱重傳感器測(cè)量精度可靠性的幾點(diǎn)措施,這些措施主要包括:合理選擇稱重傳感器額定容量;正確設(shè)定混凝土各配料的給定值;重視稱重傳感器的溫、濕度運(yùn)行條件;對(duì)傳感器采用三重保護(hù)的密封;嚴(yán)格稱重傳感器的安裝工藝程序。

前我國(guó)的大中型水電站建設(shè)方興未艾,對(duì)建筑大壩、廠房所需要的混凝土質(zhì)量要求也越來(lái)越高。因此,如何保證混凝土攪拌樓自動(dòng)配料計(jì)量準(zhǔn)確可靠,是生產(chǎn)出高品質(zhì)混凝土的關(guān)鍵。稱重傳感器作為混凝土攪拌樓實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配料的重要的信號(hào)檢測(cè)元件,保證傳感器測(cè)量的準(zhǔn)確度和可靠性,是提高配料精度和穩(wěn)定性,提高混凝土質(zhì)量的首要問(wèn)題。稱重傳感器在混凝土攪拌站上的應(yīng)用應(yīng)注意一下幾點(diǎn)：

1 影響攪拌樓稱重傳感器測(cè)量精度的因素

1. 1 內(nèi)在影響因素

混凝土攪拌樓稱重傳感器目前普遍采用電阻應(yīng)變式,其工作原理是基于彈性體(彈性元件)在外力作用下產(chǎn)生彈性形變,使粘貼在它表面的電阻應(yīng)變片(轉(zhuǎn)換元件) 也同時(shí)產(chǎn)生變形,從而引起應(yīng)變片的阻值發(fā)生變化(增大或減小),再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路把電阻的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)(電壓或電流),輸出與重量成正比的電信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)測(cè)量重量的目的。因此,彈性體、電阻應(yīng)變片、應(yīng)變膠和測(cè)量電路的制造工藝質(zhì)量是影響稱重傳感器測(cè)量準(zhǔn)確度的關(guān)鍵。

彈性體是一個(gè)有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件。它的功能有兩個(gè),首先是它承受稱重傳感器所受的外力,其次,它要產(chǎn)生一個(gè)高品質(zhì)的應(yīng)變區(qū),使粘貼在此區(qū)的電阻應(yīng)變完成信號(hào)的轉(zhuǎn)換任務(wù)。因此可以說(shuō)彈性體的金屬材料材質(zhì)、金屬材料的鍛造、機(jī)械加工、熱處理和表面處理等是保證稱重傳感器測(cè)量精度的支持工藝,它決定了彈性體的淬透性、強(qiáng)度和韌性、疲勞強(qiáng)度等。電阻應(yīng)變片是稱重傳感器的核心元件,其工作原理是基于材料的電阻應(yīng)變效應(yīng),用粘合劑粘貼在傳感器彈性元件上。其自身制造工藝、應(yīng)變片粘接劑(應(yīng)變膠)是保證稱重傳感器測(cè)量精度的基礎(chǔ)工藝;電阻應(yīng)變片粘貼、固化、組橋、防護(hù)與密封、電路補(bǔ)償與調(diào)整是保證稱重傳感器測(cè)量精度的核心工藝。從粘貼到電路補(bǔ)償無(wú)論哪一個(gè)環(huán)節(jié)工藝不過(guò)關(guān),即使使用最好的應(yīng)變片也無(wú)濟(jì)于事。

1. 2 外在影響因素

水電站建設(shè)用混凝土攪拌樓安裝在施工現(xiàn)場(chǎng),現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境惡劣,環(huán)境溫度、濕度、大氣壓力、震動(dòng)、磁場(chǎng)、電場(chǎng)等諸多因素均可能引入換能誤差、產(chǎn)生零點(diǎn)漂移和靈敏度的變化。在使用過(guò)程中,傳感器結(jié)構(gòu)、容量、技術(shù)參數(shù)選擇、物料的給定、安裝工藝不合理同樣也會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生誤差,甚至增大傳感器的損壞率。因此,稱重傳感器的制造檢定指標(biāo)與實(shí)際使用時(shí)表現(xiàn)的精度及其他性能指標(biāo)二者不能等同。盡管傳感器制造技術(shù)在不斷提高,但決不能忽視稱重傳感器的使用技術(shù),當(dāng)使用條件發(fā)生變化時(shí)就必須采取措施對(duì)各種誤差源進(jìn)行限制。

2 .合理選擇稱重傳感器額定容量

額定容量是生產(chǎn)廠家給出的稱量范圍的上限值。稱重時(shí),傳感器所承受的載荷由靜態(tài)負(fù)荷和動(dòng)態(tài)負(fù)荷組成,靜態(tài)負(fù)荷主要指被測(cè)對(duì)象的重量值和附加載荷(如秤斗、附件等重量),動(dòng)態(tài)負(fù)荷是指進(jìn)、卸料時(shí)物料及機(jī)械動(dòng)作沖擊載荷,所以額定容量的選擇要充分考慮動(dòng)態(tài)沖擊及附加載荷。若在選擇傳感器容量時(shí)預(yù)留裕度較小,雖然傳感器可工作于特性曲線的線性段,測(cè)量精度高,但卻可能使之經(jīng)常工作于超載狀況下,勢(shì)必降低了使用壽命;反之,若選擇傳感器容量時(shí)預(yù)留裕度較大,難以達(dá)到稱重系統(tǒng)精度的要求。所以傳感器的額定荷重值(額定容量)= K(皮重+ 最大稱重) / 傳感器組合個(gè)數(shù)。

安全系數(shù)K 的確定取決于振動(dòng)、沖擊、偏載等因素,應(yīng)依具體稱重系統(tǒng)的情況而定。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),在沖擊及偏載較小時(shí),安全系數(shù)可取1.2～1. 5,如水泥、細(xì)石料傳感器;在沖擊及偏載然考慮了沖擊和偏載則必增大傳感器容量的裕度,導(dǎo)致傳感器使用范圍精度下降,此時(shí),其精度指標(biāo)選取應(yīng)相應(yīng)提高。皮重指秤斗及其上面各附件的重量,皮重是在被測(cè)量為零時(shí),傳感器所承受的附加載荷。在稱重測(cè)量時(shí),它被自重調(diào)零裝置抵消,若皮重過(guò)大,則導(dǎo)致測(cè)量系統(tǒng)參數(shù)匹配極不合理,使傳感器使用精度范圍減少,檢測(cè)性能指標(biāo)難以達(dá)到,故障率增高。因此,對(duì)系統(tǒng)精度應(yīng)優(yōu)于0.5 %FS 的混凝土攪拌樓,皮重應(yīng)限制在最大稱重量的10 %左右,不宜超過(guò)20 %,更不能在秤斗上現(xiàn)場(chǎng)加裝校秤架等附件,以減少傳感器超載的可能性。另外,選擇傳感器的額定容量要盡量符合生產(chǎn)廠家的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品系列中的值,否則,選用了非標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品,不但價(jià)格貴,而且損壞后難以替換。其次,在同一稱重系統(tǒng)中,不允許選用額定容量不同的傳感器,否則,該系統(tǒng)沒(méi)法正常工作。

3 .正確設(shè)定混凝土各配料的給定值范圍

在稱重系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試、運(yùn)行時(shí),各物料稱的給定值一定要大于1/ 2量程,才能保證實(shí)測(cè)配料精度。因?yàn)閲?guó)家標(biāo)準(zhǔn)和水電部標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,在給定值為(0. 5～1. 0)量程范圍內(nèi),來(lái)進(jìn)行配料偏差的計(jì)算。若某些物料經(jīng)常按1/ 2 量程甚至1/ 3量程以下來(lái)進(jìn)行配料定值,其結(jié)果是配料超差機(jī)率大大增加,尤其是添加劑等稱量范圍較小的物料。

4. 重視稱重傳感器的溫、濕度運(yùn)行條件

混凝土攪拌樓站通常是露天安裝,傳感器可能遭受日曬雨淋,溫度劇烈變化。在選擇傳感器時(shí)必須考慮更大的溫度范圍,更高的濕度條件。環(huán)境溫度的變化直接導(dǎo)致應(yīng)變片阻值的變化,對(duì)傳感器的精度、穩(wěn)定性造成直接影響,因此,選擇的傳感器,其溫度指標(biāo)必須滿足現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件。室外溫度波動(dòng)大的地方,應(yīng)選擇溫度范圍寬、溫漂小(即溫度對(duì)零點(diǎn)及輸出靈敏度影響較小)的傳感器。在濕度條件,測(cè)量電路任何部分因受潮絕緣下降,都會(huì)引起零點(diǎn)漂移,測(cè)量精度變差,甚至無(wú)法工作。較為有效的防潮辦法是:傳感器采用密封防潮式;插頭、座、盒選用防水(潮)型;引出電纜要倒懸,防止?jié)B水;對(duì)可能滲水處,用703硅橡膠密封。

5. 采用三重防護(hù)措施密封稱重傳感器

受價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)的影響,目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的S型傳感器、板環(huán)式傳感器幾乎都取消了外殼。但在混凝土攪拌樓稱重系統(tǒng)中,傳感器在運(yùn)行中不斷地受到外力的作用并產(chǎn)生變形,此外還有可能受到震動(dòng)、沖擊或撞擊這樣的機(jī)械損傷。因此,為保證測(cè)量精度的可靠性應(yīng)選用有外殼且外殼要厚的傳感器進(jìn)行第一道防護(hù)。另外傳感器焊縫質(zhì)量不良引起的細(xì)微裂紋是導(dǎo)致潮氣進(jìn)入,傳感器失效的重要原因,因此焊縫設(shè)計(jì)要深且要校核焊縫強(qiáng)度作為第二道防護(hù)。最后一道防護(hù)是要選用優(yōu)質(zhì)密封材料密封內(nèi)部應(yīng)變片。

6 .嚴(yán)格稱重傳感器安裝工藝程序

6. 1 電氣實(shí)驗(yàn)及接線方面

(1)稱重傳感器在安裝之前必須做現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收實(shí)驗(yàn):外觀及出廠資料檢查要與訂貨要求相符;按“負(fù)荷傳感器試驗(yàn)方法”進(jìn)行絕緣電阻測(cè)量、直流電阻測(cè)試、輸出靈敏度測(cè)試,并將測(cè)試結(jié)果與出廠實(shí)驗(yàn)記錄或原始值比較,如有明顯異常,反映存在問(wèn)題,必須進(jìn)行加以處理,達(dá)到要求后再進(jìn)行安裝。

(2)嚴(yán)防輸入、輸出端交錯(cuò)連接,導(dǎo)致輸出值躍變,無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。確認(rèn)傳感器輸入、輸出端方法是用萬(wàn)用表測(cè)量直流電阻值,輸入、輸出電阻值應(yīng)基本相等,但在有精確補(bǔ)償時(shí),輸入電阻會(huì)略大于輸出電阻。

(3)傳感器的信號(hào)電纜一般不能與強(qiáng)電電源線或控制線在同一通道內(nèi)并行布置,以免引入干擾。若必須并行放置,那么,它們之間的距離應(yīng)保持在50cm以上,并把信號(hào)線用金屬管套起來(lái)。

(4) 傳感器輸出極性應(yīng)當(dāng)與儀表指示對(duì)應(yīng)。當(dāng)荷重增大,稱重指示增大;反之相反。否則,應(yīng)將傳感器輸入(或者輸出)的二線端對(duì)調(diào)。

6. 2 機(jī)械安裝工藝方面

(1)傳感器安裝時(shí),要保證負(fù)荷由加荷點(diǎn)沿傳感器加荷軸線作用,就一定要避免力的分路及力學(xué)干擾因素。多只傳感器的組合使用中,為防止偏載誤差,其布置應(yīng)使每只傳感器受力一致,如3只傳感器其應(yīng)按120°均勻布置。同時(shí),拉桿應(yīng)垂直,在含溫差膨脹在內(nèi)的垂直度偏差不應(yīng)大于3°。

(2) 傳感器懸掛裝置要有足夠剛度,以免引起卸載不回零及稱量誤差。使用中注意秤斗于吊桿間不宜用緩沖橡皮墊。

(3) 安裝調(diào)試時(shí)皮重測(cè)量用標(biāo)準(zhǔn)砝碼檢定,系統(tǒng)精度要符合要求,即混凝土稱量系統(tǒng)精度優(yōu)于0. 5 %FS;組合傳感器負(fù)載一致性的測(cè)量,應(yīng)符合廠家設(shè)計(jì)要求,即傳感器額定輸出靈敏度相互間差值不大于1. 5%;傳感器電橋電壓完全一致;皮重結(jié)構(gòu)偏心引起偏載不超過(guò)10 %。

(4) 在傳感器組合于加載機(jī)構(gòu)之后,避免電焊作業(yè)以免燒壞傳感器,但在需要電焊作業(yè)時(shí),應(yīng)在傳感器上下吊桿間安裝短路用的多芯軟銅線。

(5)傳感器使用中,必須避免強(qiáng)烈的熱輻射,尤其是單側(cè)的強(qiáng)烈熱輻射。雖然傳感器采用溫度補(bǔ)償,卻常因不處于均勻溫度下而難以起到應(yīng)有的作用,必要時(shí)應(yīng)加石棉或玻璃纖維來(lái)隔熱。

7 .稱重傳感器訂貨中的應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

(1) 針對(duì)具體攪拌樓稱重系統(tǒng)的應(yīng)用條件在訂貨合同中提出產(chǎn)品質(zhì)量及技術(shù)一般性要求和特殊性要求。

(2) 所選制造廠必須按國(guó)家計(jì)量法規(guī)定,具有計(jì)量器具生產(chǎn)許可證,并且產(chǎn)品質(zhì)量可靠。

(3)訂貨必須提前進(jìn)行。稱重傳感器從應(yīng)變體、應(yīng)變片制作到貼片、防護(hù)與密封、檢測(cè)需要近百道工序。其中的每道工序,均能使應(yīng)變體、應(yīng)變片產(chǎn)生殘余應(yīng)力,而殘余應(yīng)力的存在將導(dǎo)致傳感器的線性度、滯后、蠕變等技術(shù)指標(biāo)的穩(wěn)定性變差。殘余應(yīng)力的消除,要經(jīng)過(guò)利用時(shí)效使之自然釋放。一只性能良好工作穩(wěn)定的傳感器生產(chǎn),一定要包含多次按序消除加工過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力的時(shí)效工序,通常為3個(gè)月左右的時(shí)間,故傳感器訂貨宜提前進(jìn)行,以保證其制造性能。有的廠商在無(wú)儲(chǔ)備時(shí),應(yīng)急趕制,交貨迅速,導(dǎo)致質(zhì)量問(wèn)題的事例不勝枚舉,應(yīng)引以注意。

8 .結(jié)語(yǔ)

目前我國(guó)大中型水電站建設(shè)對(duì)混凝土施工機(jī)械的要求很高,采用的攪拌設(shè)備基本是大容量、高強(qiáng)度并能生產(chǎn)多品種的混凝土攪拌樓,而稱重傳感器的測(cè)量誤差對(duì)混凝土的強(qiáng)度影響很大。因此,在實(shí)際使用過(guò)程中,不能僅僅依賴于選用高質(zhì)量高精度的優(yōu)質(zhì)傳感器,在此基礎(chǔ)上,重視傳感器的使用技術(shù)更是提高測(cè)量精度的可靠保證。