水電站混凝土攪拌樓安裝于環境惡劣的施工現場,如何保證稱重傳感器測量精度是混凝土攪拌樓實現自動配料的關鍵。簡要分析了影響稱重傳感器測量精度的內在與外在因素,從實際使用的角度,討論了提高稱重傳感器測量精度可靠性的幾點措施,這些措施主要包括:合理選擇稱重傳感器額定容量;正確設定混凝土各配料的給定值;重視稱重傳感器的溫、濕度運行條件;對傳感器采用三重保護的密封;嚴格稱重傳感器的安裝工藝程序。

前我國的大中型水電站建設方興未艾,對建筑大壩、廠房所需要的混凝土質量要求也越來越高。因此,如何保證混凝土攪拌樓自動配料計量準確可靠,是生產出高品質混凝土的關鍵。稱重傳感器作為混凝土攪拌樓實現自動配料的重要的信號檢測元件,保證傳感器測量的準確度和可靠性,是提高配料精度和穩定性,提高混凝土質量的首要問題。稱重傳感器在混凝土攪拌站上的應用應注意一下幾點：

1 影響攪拌樓稱重傳感器測量精度的因素

1. 1 內在影響因素

混凝土攪拌樓稱重傳感器目前普遍采用電阻應變式,其工作原理是基于彈性體(彈性元件)在外力作用下產生彈性形變,使粘貼在它表面的電阻應變片(轉換元件) 也同時產生變形,從而引起應變片的阻值發生變化(增大或減小),再經相應的測量電路把電阻的變化轉換為電信號(電壓或電流),輸出與重量成正比的電信號,從而實現測量重量的目的。因此,彈性體、電阻應變片、應變膠和測量電路的制造工藝質量是影響稱重傳感器測量準確度的關鍵。

彈性體是一個有特殊形狀的結構件。它的功能有兩個,首先是它承受稱重傳感器所受的外力,其次,它要產生一個高品質的應變區,使粘貼在此區的電阻應變完成信號的轉換任務。因此可以說彈性體的金屬材料材質、金屬材料的鍛造、機械加工、熱處理和表面處理等是保證稱重傳感器測量精度的支持工藝,它決定了彈性體的淬透性、強度和韌性、疲勞強度等。電阻應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變效應,用粘合劑粘貼在傳感器彈性元件上。其自身制造工藝、應變片粘接劑(應變膠)是保證稱重傳感器測量精度的基礎工藝;電阻應變片粘貼、固化、組橋、防護與密封、電路補償與調整是保證稱重傳感器測量精度的核心工藝。從粘貼到電路補償無論哪一個環節工藝不過關,即使使用最好的應變片也無濟于事。

1. 2 外在影響因素

水電站建設用混凝土攪拌樓安裝在施工現場,現場使用環境惡劣,環境溫度、濕度、大氣壓力、震動、磁場、電場等諸多因素均可能引入換能誤差、產生零點漂移和靈敏度的變化。在使用過程中,傳感器結構、容量、技術參數選擇、物料的給定、安裝工藝不合理同樣也會對測量結果產生誤差,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與實際使用時表現的精度及其他性能指標二者不能等同。盡管傳感器制造技術在不斷提高,但決不能忽視稱重傳感器的使用技術,當使用條件發生變化時就必須采取措施對各種誤差源進行限制。

2 .合理選擇稱重傳感器額定容量

額定容量是生產廠家給出的稱量范圍的上限值。稱重時,傳感器所承受的載荷由靜態負荷和動態負荷組成,靜態負荷主要指被測對象的重量值和附加載荷(如秤斗、附件等重量),動態負荷是指進、卸料時物料及機械動作沖擊載荷,所以額定容量的選擇要充分考慮動態沖擊及附加載荷。若在選擇傳感器容量時預留裕度較小,雖然傳感器可工作于特性曲線的線性段,測量精度高,但卻可能使之經常工作于超載狀況下,勢必降低了使用壽命;反之,若選擇傳感器容量時預留裕度較大,難以達到稱重系統精度的要求。所以傳感器的額定荷重值(額定容量)= K(皮重+ 最大稱重) / 傳感器組合個數。

安全系數K 的確定取決于振動、沖擊、偏載等因素,應依具體稱重系統的情況而定。根據經驗,在沖擊及偏載較小時,安全系數可取1.2～1. 5,如水泥、細石料傳感器;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,導致傳感器使用范圍精度下降,此時,其精度指標選取應相應提高。皮重指秤斗及其上面各附件的重量,皮重是在被測量為零時,傳感器所承受的附加載荷。在稱重測量時,它被自重調零裝置抵消,若皮重過大,則導致測量系統參數匹配極不合理,使傳感器使用精度范圍減少,檢測性能指標難以達到,故障率增高。因此,對系統精度應優于0.5 %FS 的混凝土攪拌樓,皮重應限制在最大稱重量的10 %左右,不宜超過20 %,更不能在秤斗上現場加裝校秤架等附件,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廠家的標準產品系列中的值,否則,選用了非標準產品,不但價格貴,而且損壞后難以替換。其次,在同一稱重系統中,不允許選用額定容量不同的傳感器,否則,該系統沒法正常工作。

3 .正確設定混凝土各配料的給定值范圍

在稱重系統進行調試、運行時,各物料稱的給定值一定要大于1/ 2量程,才能保證實測配料精度。因為國家標準和水電部標準規定,在給定值為(0. 5～1. 0)量程范圍內,來進行配料偏差的計算。若某些物料經常按1/ 2 量程甚至1/ 3量程以下來進行配料定值,其結果是配料超差機率大大增加,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。在選擇傳感器時必須考慮更大的溫度范圍,更高的濕度條件。環境溫度的變化直接導致應變片阻值的變化,對傳感器的精度、穩定性造成直接影響,因此,選擇的傳感器,其溫度指標必須滿足現場環境條件。室外溫度波動大的地方,應選擇溫度范圍寬、溫漂小(即溫度對零點及輸出靈敏度影響較小)的傳感器。在濕度條件,測量電路任何部分因受潮絕緣下降,都會引起零點漂移,測量精度變差,甚至無法工作。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,防止滲水;對可能滲水處,用703硅橡膠密封。

5. 采用三重防護措施密封稱重傳感器

受價格競爭的影響,目前國內生產的S型傳感器、板環式傳感器幾乎都取消了外殼。但在混凝土攪拌樓稱重系統中,傳感器在運行中不斷地受到外力的作用并產生變形,此外還有可能受到震動、沖擊或撞擊這樣的機械損傷。因此,為保證測量精度的可靠性應選用有外殼且外殼要厚的傳感器進行第一道防護。另外傳感器焊縫質量不良引起的細微裂紋是導致潮氣進入,傳感器失效的重要原因,因此焊縫設計要深且要校核焊縫強度作為第二道防護。最后一道防護是要選用優質密封材料密封內部應變片。

6 .嚴格稱重傳感器安裝工藝程序

6. 1 電氣實驗及接線方面

(1)稱重傳感器在安裝之前必須做現場驗收實驗:外觀及出廠資料檢查要與訂貨要求相符;按“負荷傳感器試驗方法”進行絕緣電阻測量、直流電阻測試、輸出靈敏度測試,并將測試結果與出廠實驗記錄或原始值比較,如有明顯異常,反映存在問題,必須進行加以處理,達到要求后再進行安裝。

(2)嚴防輸入、輸出端交錯連接,導致輸出值躍變,無法進行測量。確認傳感器輸入、輸出端方法是用萬用表測量直流電阻值,輸入、輸出電阻值應基本相等,但在有精確補償時,輸入電阻會略大于輸出電阻。

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

(4) 傳感器輸出極性應當與儀表指示對應。當荷重增大,稱重指示增大;反之相反。否則,應將傳感器輸入(或者輸出)的二線端對調。

6. 2 機械安裝工藝方面

(1)傳感器安裝時,要保證負荷由加荷點沿傳感器加荷軸線作用,就一定要避免力的分路及力學干擾因素。多只傳感器的組合使用中,為防止偏載誤差,其布置應使每只傳感器受力一致,如3只傳感器其應按120°均勻布置。同時,拉桿應垂直,在含溫差膨脹在內的垂直度偏差不應大于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) 安裝調試時皮重測量用標準砝碼檢定,系統精度要符合要求,即混凝土稱量系統精度優于0. 5 %FS;組合傳感器負載一致性的測量,應符合廠家設計要求,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;皮重結構偏心引起偏載不超過10 %。

(4) 在傳感器組合于加載機構之后,避免電焊作業以免燒壞傳感器,但在需要電焊作業時,應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,必須避免強烈的熱輻射,尤其是單側的強烈熱輻射。雖然傳感器采用溫度補償,卻常因不處于均勻溫度下而難以起到應有的作用,必要時應加石棉或玻璃纖維來隔熱。

7 .稱重傳感器訂貨中的應注意的幾個問題

(1) 針對具體攪拌樓稱重系統的應用條件在訂貨合同中提出產品質量及技術一般性要求和特殊性要求。

(2) 所選制造廠必須按國家計量法規定,具有計量器具生產許可證,并且產品質量可靠。

(3)訂貨必須提前進行。稱重傳感器從應變體、應變片制作到貼片、防護與密封、檢測需要近百道工序。其中的每道工序,均能使應變體、應變片產生殘余應力,而殘余應力的存在將導致傳感器的線性度、滯后、蠕變等技術指標的穩定性變差。殘余應力的消除,要經過利用時效使之自然釋放。一只性能良好工作穩定的傳感器生產,一定要包含多次按序消除加工過程中產生的內應力的時效工序,通常為3個月左右的時間,故傳感器訂貨宜提前進行,以保證其制造性能。有的廠商在無儲備時,應急趕制,交貨迅速,導致質量問題的事例不勝枚舉,應引以注意。

8 .結語

目前我國大中型水電站建設對混凝土施工機械的要求很高,采用的攪拌設備基本是大容量、高強度并能生產多品種的混凝土攪拌樓,而稱重傳感器的測量誤差對混凝土的強度影響很大。因此,在實際使用過程中,不能僅僅依賴于選用高質量高精度的優質傳感器,在此基礎上,重視傳感器的使用技術更是提高測量精度的可靠保證。