水電站混凝土攪拌樓安裝于環(huán)境惡劣的施工現(xiàn)場,如何保證稱重傳感器測量精度是混凝土攪拌樓實現(xiàn)自動配料的關(guān)鍵。簡要分析了影響稱重傳感器測量精度的內(nèi)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(shè)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(shè)方興未艾,對建筑大壩、廠房所需要的混凝土質(zhì)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(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現(xiàn)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(wěn)定性,提高混凝土質(zhì)量的首要問題。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：

1 影響攪拌樓稱重傳感器測量精度的因素

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)的測量電路把電阻的變化轉(zhuǎn)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(xiàn)測量重量的目的。因此,彈性體、電阻應(yīng)變片、應(yīng)變膠和測量電路的制造工藝質(zhì)量是影響稱重傳感器測量準確度的關(guān)鍵。

彈性體是一個有特殊形狀的結(jié)構(gòu)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(chǎn)生一個高品質(zhì)的應(yīng)變區(qū),使粘貼在此區(qū)的電阻應(yīng)變完成信號的轉(zhuǎn)換任務(wù)。因此可以說彈性體的金屬材料材質(zhì)、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(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量精度的基礎(chǔ)工藝;電阻應(yīng)變片粘貼、固化、組橋、防護與密封、電路補償與調(diào)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(huán)節(jié)工藝不過關(guān),即使使用最好的應(yīng)變片也無濟于事。

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,現(xiàn)場使用環(huán)境惡劣,環(huán)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(chǎn)生零點漂移和靈敏度的變化。在使用過程中,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對測量結(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與實際使用時表現(xiàn)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(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(chǎn)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(tài)負荷和動態(tài)負荷組成,靜態(tài)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(tài)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(tài)沖擊及附加載荷。若在選擇傳感器容量時預(yù)留裕度較小,雖然傳感器可工作于特性曲線的線性段,測量精度高,但卻可能使之經(jīng)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(yù)留裕度較大,難以達到稱重系統(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) / 傳感器組合個數(shù)。

安全系數(shù)K 的確定取決于振動、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,在沖擊及偏載較小時,安全系數(shù)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(dǎo)致傳感器使用范圍精度下降,此時,其精度指標選取應(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(diào)零裝置抵消,若皮重過大,則導(dǎo)致測量系統(tǒng)參數(shù)匹配極不合理,使傳感器使用精度范圍減少,檢測性能指標難以達到,故障率增高。因此,對系統(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20 %,更不能在秤斗上現(xiàn)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(chǎn)廠家的標準產(chǎn)品系列中的值,否則,選用了非標準產(chǎn)品,不但價格貴,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)進行調(diào)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(guī)定,在給定值為(0. 5～1. 0)量程范圍內(nèi),來進行配料偏差的計算。若某些物料經(jīng)常按1/ 2 量程甚至1/ 3量程以下來進行配料定值,其結(jié)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(huán)境溫度的變化直接導(dǎo)致應(yīng)變片阻值的變化,對傳感器的精度、穩(wěn)定性造成直接影響,因此,選擇的傳感器,其溫度指標必須滿足現(xiàn)場環(huán)境條件。室外溫度波動大的地方,應(yīng)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?jié)B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(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、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(yīng)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(zhì)量不良引起的細微裂紋是導(dǎo)致潮氣進入,傳感器失效的重要原因,因此焊縫設(shè)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(yōu)質(zhì)密封材料密封內(nèi)部應(yīng)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(xiàn)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(jié)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(dǎo)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(yīng)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(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,并把信號線用金屬管套起來。

(4) 傳感器輸出極性應(yīng)當(dāng)與儀表指示對應(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)的二線端對調(diào)。

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(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,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)試時皮重測量用標準砝碼檢定,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;組合傳感器負載一致性的測量,應(yīng)符合廠家設(shè)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(jié)構(gòu)偏心引起偏載不超過10 %。

(4) 在傳感器組合于加載機構(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,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,必須避免強烈的熱輻射,尤其是單側(cè)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(yīng)有的作用,必要時應(yīng)加石棉或玻璃纖維來隔熱。

7 .稱重傳感器訂貨中的應(yīng)注意的幾個問題

(1) 針對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家計量法規(guī)定,具有計量器具生產(chǎn)許可證,并且產(chǎn)品質(zhì)量可靠。

(3)訂貨必須提前進行。稱重傳感器從應(yīng)變體、應(yīng)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(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)指標的穩(wěn)定性變差。殘余應(yīng)力的消除,要經(jīng)過利用時效使之自然釋放。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程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)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(yīng)急趕制,交貨迅速,導(dǎo)致質(zhì)量問題的事例不勝枚舉,應(yīng)引以注意。

8 .結(jié)語

目前我國大中型水電站建設(shè)對混凝土施工機械的要求很高,采用的攪拌設(shè)備基本是大容量、高強度并能生產(chǎn)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(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)更是提高測量精度的可靠保證。