基于plc控制皮带秤的毕业设计

基于plc控制皮带秤的毕业设计内容摘要：

混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测和粉粒体进料量控制等，都应用了称重传感器。 目前，称重传感器几乎运用到了所有的称重领域。 称重传感器的工作原理 称重传感器是将被测力一重力 (压力 )等机械量转换为与之成比例 的电信号的仪器。 称重传感器按其工作原理可分为电阻应变式、压阻式、压磁式、压电式等。 1)压阻式称重传感器某些固体材料受到外力作用后，除了产生变形，其电阻率也要发生变化。 这种由于应力作用而使材料电阻率发生变化的现象称为“压阻效应”。 利用压阻效应制成的称重传感器称为压阻式称重传感器。 压阻式称重传感器有两种类型 :半导体应变式称重传感器、扩散型压阻式称重传感器口 51。 半导体应变式称重传感器的结构形式基本上与电阻应变式称重传感器相同，所不同的是应变片的敏感栅是用半导体制成。 与金属应变片相比，它的优点是体积小而灵敏度高 ，同样也存在敏感栅易于损坏的问题。 扩散型压阻式称重传感器的基片是半导体单晶硅。 单晶硅各向异性，因此必须根据传感器受力变形情况来加工制作扩散硅敏感电阻模片，不易保证精度。 2)压磁式称重传感器铁磁物质受到机械力作用后，在物质内部会产生机械应力，从而引起该物体导磁系数发生变化，压磁式称重传感器就是建立在这种效应基础上的。 3)压电式称重传感器一些离子型电介质沿一定方向受到外力作用而变形时，内部会产生极化现象，在表面上产生电荷，当外力去掉以后，又重新回到不带电状态。 这种机械能转换为电能的现象称为“顺压电效应”。 反 之，称为“逆压电效应”。 具有压电效应的物质称为压电材料。 压电式称重传感器的基本原理是利用压电材料的压电效应做成的。 由于它的固有频率很高，所以它的高频响应要优于压阻式称重传感器 [8]。 4)电阻应变式电阻应变式称重传感器由电阻应变计和金属弹性梁两个主要器件组成。 电阻应变计由康铜箔在绝缘基底材料上做成丝状电阻丝，利用导线的电阻率与直径大小成反比的特性，当丝状电阻丝在外力作用下，在弹性范围内其直径发生细微变化时，它的电阻值也随之发生变化，因而电阻应变计能将称重传感器所受到的力变为电信号。 由于电阻 8 变化很小，必须用灵 敏度较高的惠斯顿桥式测量电路来测量。 惠斯顿桥式测量电路要求四个负载电阻的阻值之差极小。 称重传感器的选择 动态称重系统上使用的称重传感器应有下述特性 : 1） 好的抗侧向力及抗偏载能力。 因为动态称量中，干扰力及作用点偏离中心是几乎不可避免的。 2） 拆装、更换方便。 因为动态衡器一般安装于运输量较大的厂矿铁路专用线上，往往不允许所在线路闭塞时间过长。 3） 在冲击、振动载荷下，应有良好的长期稳定性。 4） 具有较小的零点漂移温度系数和灵敏度温度系数，以适应各季节环境温度的变化。 5） 具有良好的密封性，以防 止潮气、粉尘进入 [9]。 称重传感器是皮带秤力与电转换的核心部件，称重传感器按变换原理分类主要有 ： 电阻应变片式、差动变压器式、电容式、压磁式、压电式等。 本设计选用电阻应变式称重传感器，它被广泛的应用在各领域，电阻应变式称重传感器获取力值数据具有转换元件体积小，反应快，失真小，测力范围宽（从几克到几千吨）以及效率高，使用简便，可远距离传递信号和与计算机配套使用等优点。 有三种应力被应用于称重传感器中， 它们分别是 ， 拉伸与压缩应力 ， 弯曲应力和剪切应力。 1） 利用拉伸应力与压缩应力的称重传感器， 即 柱式称重传感器 ， 弹性体呈柱式的传感器具有结构简单、易于加工制作、便于贴片等特点，但其不足之处则是抗侧向力较差。 2）弯曲应力是传感器 有多种形式：以材料区分，有铝质或钢质；以密封形式区分，有涂覆密封或内充惰性气体金属波纹管 (薄膜 )密封；以受力形式区分，有拉力或压力；以安装方式区分有弧面连接、万向节连接、簧片弹性连接等。 悬臂梁式称重传感器结构简单，灵敏度高，便于制作加工，但对力作用点较敏感，对于振动大的场合，其输出信号不稳定。 3） 剪切应力 型传感器 如 剪切梁式称重传感器 ，其 弹性体截面形式多为工形，电阻应变片贴在中性层位置上。 根据 材料力学可知，梁上的受力点移动时，梁上剪切力引起的剪应力与梁的弯矩无关。 因此，该型传感器对受力点的变化不敏感，它的特点是结构简单、灵敏度高、线性好，但弹性体贴片困难，加工不易。 所用材质多为铝材，稳定性差，而钢质的又多为大量程，不适用于皮带秤的选用。 但是，该型传感指仍是一种有前途的理想传感器，尚需进一步研究开发。 9 图 3 柱型称重传感器结构图 F a F( b ) 图 4 悬臂梁式称重传感器 基于上述诸多因素，我们使用 S 型剪切梁式称重传感器，它综合了各自的优点，是基本上功能结构完善的称重传感器。 S 型 剪切梁式传感器的剪切力与梁弯矩无关，消除了受力点移动所引起的输出灵敏度变化，对侧向载荷也有较大的抵抗能力，而且结构紧凑小巧。 称重传感器的安装 在这个问题上，有许多的经验和教训，传感器的联接装置，在皮带秤整个称重系统中 10 占有相当重要的地位。 在皮带秤动态计量时，如何克服振动，偏载等多种因素的影响，将重力准确地传递到传感器是一个不可忽视的环节。 如果没有合理地安装称重传感器以及没有性能良好的联接 装置，即皮带秤秤架设计得再好，传感器准确度再高，也不能得到很高的系统准确度及其长期稳定性 [8]。 图 5 电子皮带秤安装示意图 对于皮带秤的传感器联接装置不仅在理论上需要有消除测向力的结构设计，而且在传感器联接器的加工和安装也要保证一定的精度。 正常工作时，如果重力的作用点能在传感器轴线周围和某点周围自如地游移，并不影响皮带秤的准确度。 但假若重力作用点产生了较大偏移，从某一点偏移到另一点而不能自如地游移，即正态分布的均值发生了变化。 所以，如何保证联接装置的加工和安装精度也是一个关键点，特别对于小量程 的皮带秤来说，皮带秤的振动常使作用点产生偏移，在皮带秤动态计量过程中，从某点偏移到另一点，造成了系统误差。 通常要求传感器的连接有如下要求 : (l)能有效消除测向力的影响 ； (2)在动态过程中，重力作用点不允许产生偏移只允许围绕某点产生呈正态分布规律的游移 ； (3)便于安装、维修 ； (4)标准化、系列化和整体性好 ； (5)成本低、加工简单。 称重传感器选择注意问题 11 称重传感器在选用时要考虑到很多因素，实际使用当中我们主要从下列几个因素考虑。 另外，称重传感器的灵敏度、最大分度数、最小检定分度值等也 是传感器选用中必须考虑的指标。 1） 使用环境称重传感器实际上是一种将质量信号转换成可测量的电信号输出装置。 首先要考虑传感器所处的实际工作环境，相应的环境因素下我们必须选择对应的传感器才能满足必要的动态称重的要求，这点对于正确选用传感器至关重要，它关系到传感器能否正常工作以及它的安全和使用寿命，乃至整个衡器的可靠性和安全性。 2） 传感器的数量和量程传感器数量的选择是根据电子衡器的用途、秤体需要支撑的点数 (支撑点数应根据秤体几何重心和实际重心重合的原则而确定 )而定。 一般来说秤体有几个支撑点就选用几只传感器，但是 对于一些特殊的秤体如电子吊钩。