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高溫稱(chēng)重信號傳輸方案探討

日期:2025-07-01 14:25
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摘要:
高溫稱(chēng)重信號傳輸方案探討

 
  稱(chēng)重顯示儀表因電子器件受允許工作溫度的影響限制,一般只能在0~40℃條件下長(cháng)期工作,因此如何將高溫區電子秤的稱(chēng)重信號傳輸到常溫區進(jìn)行處理與顯示,是一個(gè)必須解決的重要問(wèn)題。本文著(zhù)重介紹信號傳輸在使用中的難點(diǎn)問(wèn)題和解決方案。
關(guān)鍵詞:高溫 信號傳輸 數字化
一、引言
高溫環(huán)境,是指電子衡器設備所處的現場(chǎng)環(huán)境溫度超出50℃及以上。如冶金企業(yè)的煉鋼鋼水包計量、鐵水包計量、鋼水包行車(chē)計量、熱送焦炭計量、熱送燒結礦計量、紅送鋼坯計量、線(xiàn)材軋制在線(xiàn)計量等。高溫稱(chēng)重傳感器的使用環(huán)境一般都非常惡劣,如在冶金行業(yè)應用時(shí)環(huán)境溫度梯度變化劇烈,鋼水澆注時(shí)會(huì )產(chǎn)生大量灰塵、腐蝕性氣體、潮氣等,鋼坯連鑄回轉爐鋼包電子秤,由于轉臺為360°旋轉,傳感器信號線(xiàn)會(huì )被纏繞,信號無(wú)法進(jìn)行有線(xiàn)傳輸,因此高溫環(huán)境稱(chēng)重除選用耐高溫的傳感器、接線(xiàn)端子、引線(xiàn)、專(zhuān)用電纜等特殊元器件外,還必須采用特殊的制造工件和補償手段以及多種傳輸方式來(lái)保障信號傳輸準確可靠。
二、稱(chēng)重信號傳輸數字化
由于模擬式稱(chēng)重傳感器輸出信號小,抗干擾能力差,傳輸距離短,稱(chēng)重顯示控制儀復雜,組秤調試周期長(cháng),根本不適應智能電子衡器的發(fā)展。數字稱(chēng)重傳感器系統是將傳統模擬應變式傳感器與現代電子技術(shù)及計算機軟件技術(shù)相集成而發(fā)展起來(lái)的新型電子稱(chēng)量技術(shù),其主要特點(diǎn)如下:
 
1.通過(guò)數字補償電路和數字補償工藝,可進(jìn)行線(xiàn)性、滯后、蠕變等補償,改善了性能;內裝溫度傳感器,通過(guò)補償軟件可進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度補償,穩定性好,減小了衡器的系統誤差。
2.由模擬信號轉換為數字信號提高了傳感器輸出信號的抗干擾能力,特別適用于電磁干擾強、信號傳輸距離遠的工作環(huán)境。
3.使用一對一的A/D轉換方法(即每只傳感器均配有一路A/D轉換器),簡(jiǎn)化了秤體的標定、調整過(guò)程,根據用戶(hù)實(shí)際使用經(jīng)驗,使用數字傳感器系統電子衡器的標定時(shí)間約為傳統方法的1/4。
 
4.各數字式智能稱(chēng)重傳感器的地址可調,便于應用與互換。記憶能力免除了更換傳感器后的校準問(wèn)題;在無(wú)法用砝碼進(jìn)行標定的場(chǎng)合,輸入各傳感器的標定參數后,可保證衡器的工作能力,特別適用于無(wú)法用砝碼進(jìn)行標定的稱(chēng)量系統。
5.改善了電子衡器的維護特性,對于沒(méi)有維修能力的直接用戶(hù)來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。采用數字傳感器系統的電子衡器,在傳感器或系統中的部件發(fā)生故障時(shí),可較準確地指出所損壞的傳感器的位置,以便進(jìn)行更換。特別需指出的是采用數字傳感器系統的電子衡器中當某一個(gè)傳感器發(fā)生故障時(shí),數字傳感器系統在進(jìn)行必要的設置后,仍能保證衡器的工作能力。
 
6.稱(chēng)重傳感器采用高集成化高智能化的處理單元全數字量輸出;可以防止用簡(jiǎn)單電路改變稱(chēng)量信號大小的方式進(jìn)行**。
7.采用軟件運算方法代替常規使用電位器方法進(jìn)行秤體四角器整,消除了可調節電位器產(chǎn)生的溫漂和時(shí)漂影響,提高了衡器的穩定性和可靠性。
8.數字通訊技術(shù)采用工業(yè)標準RS232/485接口總線(xiàn)技術(shù),實(shí)現稱(chēng)重信號的遠距離傳輸,傳輸距離不小于1000m;輸出信號大,可達3V~4V,信噪比高使抗干擾能力增強,同時(shí)提高了系統的防雷擊能力;高抗干擾、高精度稱(chēng)重濾波技術(shù),將一臺普通的電子秤讀數穩定度提高五倍以上。其中數字稱(chēng)重系統與模擬稱(chēng)重系統的根本區別是:
 
數字稱(chēng)重系統可對本系統內的每一個(gè)稱(chēng)重傳感器單獨尋址,從而可分別對其進(jìn)行監控、故障識別和稱(chēng)重信息處理,具有自識別、自診斷、自校準、無(wú)砝碼標定功能,大大提高了系統的自動(dòng)控制能力。
 
模擬稱(chēng)重系統其*底層的溯源器是標準法碼,而數字稱(chēng)重系統為標準力源,這一特性奠定了數字電子衡器無(wú)法碼檢定的理論基礎,為工業(yè)稱(chēng)重計量節省了大量人力物力。
 
③模擬稱(chēng)重系統的A/D轉換器只有16bit,即有50000個(gè)可用計數;而每一個(gè)數字稱(chēng)重傳感器的分辨力為20bit,相當于1000000個(gè)可用計數,4個(gè)數字稱(chēng)重傳感器組成的數字稱(chēng)重系統,可以提供4000000個(gè)可用計數的分辨力。這不僅對需要添加小量物料的電子配料秤,就是對一般的電子衡器提高分辨力也是至關(guān)重要的。正是數字稱(chēng)重技術(shù)克服了模擬稱(chēng)重系統固有的缺點(diǎn),使稱(chēng)重計量技術(shù)跟上現代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、智能化的發(fā)展潮流。稱(chēng)重傳感器的智能化有兩種結構:整體型——在稱(chēng)重傳感器內部增加放大、濾波、A/D轉換器、微處理器、溫度傳感器等數字處理電路,利用數字補償技術(shù)與工藝實(shí)現各項補償。模塊化分離型——將整體型數字式智能稱(chēng)重傳感器內的數字電路置于外部接線(xiàn)盒內,稱(chēng)為數字模盒。將普通模擬式稱(chēng)重傳感器接入數字模盒,就可變模擬輸出為數字輸出,將原先在傳感器內部的A/D轉換電路移至接線(xiàn)盒內,通常將具有A/D轉換模塊的接線(xiàn)盒稱(chēng)為數字接線(xiàn)盒,再將數字接線(xiàn)盒輸出的數字信號傳遞給顯示控制器。這一結構大大改善了A/D轉換電路的工作環(huán)境,其特點(diǎn)如下:a.具有數字稱(chēng)重傳感器的全部特性,配置靈活,方便。b.模塊化數字傳感器系統穩定性大大提高。c.總線(xiàn)結構便于多個(gè)稱(chēng)量傳感器的應用可通過(guò)指令更改傳感器的測量特性;布線(xiàn)簡(jiǎn)單,驚奇的通訊技術(shù)實(shí)現電子秤多CPU單總線(xiàn)雙向數據通訊。從顯示控制器至數字接線(xiàn)盒只需一條電纜線(xiàn)。一臺PC機可遙控幾十臺電子秤鍵盤(pán)操作和各種數據采集。所以,利用整體型數字稱(chēng)重傳感器(內含放大、濾波、A/D轉換、CPU和溫度傳感器等)或模擬式稱(chēng)重傳感器加數字接線(xiàn)盒(含A/D轉換器、數字電路和微處理器等)組成的數字稱(chēng)重系統是現代稱(chēng)重計量與控制系統工程的重要發(fā)展方向,數字測量技術(shù)保證以高精度和高可靠性適應代表現代控制技術(shù)發(fā)展趨勢的現場(chǎng)總線(xiàn)、控制網(wǎng)絡(luò )和信息網(wǎng)絡(luò )技術(shù)發(fā)展的需要。數字化稱(chēng)重是電子稱(chēng)重技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。
三、稱(chēng)重信號傳輸走線(xiàn)方式
稱(chēng)重傳感器引出線(xiàn)為高溫(300℃)電纜,信號調整器引出線(xiàn)與稱(chēng)重顯示器如果直接用導線(xiàn)連接此方法投資小,但若操作不當易造成導線(xiàn)扭斷影響正常稱(chēng)量,根據不同的使用情況,在設計中可通過(guò)以下兩種方式連接: 
1.采用轉換器集流環(huán)信號傳輸裝置(以CXZ-2型為例)
①回轉爐鋼包電子秤,可在回轉臺支承柱的筒腔內設置一個(gè)接線(xiàn)盒,引出的總線(xiàn)輸入到CXZ-2型轉換器集流環(huán)信號傳輸裝置。能有效將回轉臺任意角度旋轉時(shí)的傳感器信號準確無(wú)誤地傳輸到儀表中,而不受外界信號干擾,解決了由于鋼包工作臺回轉時(shí)使電纜發(fā)生相互纏繞而無(wú)法實(shí)現稱(chēng)重信號有線(xiàn)傳輸的難題。
 
 
②CXZ-2型傳感器信號轉換器,是一種把傳感器信號通過(guò)滑環(huán)傳輸到下一工作環(huán)節的信號轉換裝置。CXZ-2型傳感器信號轉換器主要功能特點(diǎn):
 
a.可實(shí)現兩組傳感器進(jìn)行自動(dòng)信號轉換。
b.內部信號通過(guò)銀片接觸式傳遞。
c.可實(shí)現雙向傳輸。
d.不受外界信號干擾。
③CXZ-2型信號集流環(huán)由主軸、外罩、底座等三大部件組成。安裝時(shí)轉換器主軸必須與搖臂主軸同心。安裝接線(xiàn)方式如圖2。轉換器上有四組航空插座。從外表看兩組在主軸,兩組在外罩上,而實(shí)際主軸上兩組分別與外罩上兩組是相通的。當轉換器外罩旋轉時(shí)主軸上始終有兩組穩定的信號輸出。接線(xiàn)方法為:
a.外罩上兩組航空插頭分別與兩搖臂上鋼包秤接線(xiàn)盒輸出線(xiàn)相連。
b.主軸上兩組航空插座分別與操作室稱(chēng)重儀表輸入線(xiàn)相連接。
  
2.采用無(wú)線(xiàn)傳輸方式
無(wú)線(xiàn)傳輸型稱(chēng)重測力儀器,是由一組數字式稱(chēng)重測力及發(fā)射裝置和另一組接收顯示裝置組合而成的。它是通過(guò)稱(chēng)重測力元件感測所稱(chēng)重量,經(jīng)放大器將此信號放大,再由濾波器濾除雜訊后,由模數轉換器轉換成數字信號并通過(guò)發(fā)射裝置發(fā)射出去。另一組的接收裝置接收上述無(wú)線(xiàn)信號,解碼還原成數字信號送至微型計算機進(jìn)行處理后直接顯示其數值,也可通過(guò)串行接口送至中央控制計算機進(jìn)行處理,適合各種大包秤、中包秤、行車(chē)秤等稱(chēng)重計量、鋼包爐前稱(chēng)重信號不方便走線(xiàn)的稱(chēng)重控制系統中。無(wú)線(xiàn)發(fā)射機,是由A/D轉換盒、發(fā)射盒構成,其中A/D轉換盒中包含高精度A/D轉換器及微處理器。它將現場(chǎng)的稱(chēng)重信號進(jìn)行處理并發(fā)射給無(wú)線(xiàn)接收機。其具有超強的抗電源干擾能力;具有軟件自動(dòng)恢復功能,使儀表能在惡劣的環(huán)境中正常工作;采用多種數字濾波方法,動(dòng)態(tài)響應速度快。
四、稱(chēng)重信號電氣連接方面
在傳感器的信號電纜電氣連接方面,傳感器的信號電纜線(xiàn)應遠離強電力電源及其它強干擾源;信號電纜線(xiàn)應采用防水導管保護;不要自行加長(cháng)電纜線(xiàn);電磁場(chǎng)對傳感器輸出紊亂的影響。在此情況下,應對傳感器的屏蔽性進(jìn)行嚴格檢查,看其是否具有良好的抗電磁能力。傳感器的信號電纜,不與強電電源線(xiàn)或控制線(xiàn)并行布置(例如不要把傳感器信號線(xiàn)和強電電源線(xiàn)及控制線(xiàn)置于同一管道內)。若它們必須并行放置,那么,它們之間的距離應保持在50cm以上,并把信號線(xiàn)用金屬管套起來(lái)。不管在何種情況下,電源線(xiàn)和控制線(xiàn)均應絞合起來(lái),絞合程度50轉/米,若傳感器信號線(xiàn)需要延長(cháng),則應采用特制的密封電纜接線(xiàn)盒。若不用此種接線(xiàn)盒,而采用電纜與電纜直接對接(錫焊端頭),則應對其進(jìn)行密封防潮處理。所有通向顯示電路或從電路引出的導線(xiàn),均應采用屏蔽電纜。屏蔽線(xiàn)的聯(lián)接及接地點(diǎn)特別予以注意,接好后應檢驗絕緣電阻,且需達到標準(2000MΩ~5000MΩ),必要時(shí),應重新標定傳感器。若信號電纜線(xiàn)很長(cháng),又要保證很高的測量精度,應考慮采用帶有中繼放大器的電纜補償更為合理。傳感器輸出信號讀出電路不應和能產(chǎn)生強烈干擾的設備(如可控硅、接觸器等)及有可觀(guān)熱量產(chǎn)生的設備放在同一箱體中,若不能保證這一點(diǎn),則應考慮在它們之間設置障板隔離之,并在箱體內安置風(fēng)扇。用以測量傳感器輸出信號的電子線(xiàn)路,應盡可能配置獨立的供電變壓器,而不要和接觸器等設備共用同一主電源。
五、結束語(yǔ)
通過(guò)完成多臺耐高溫電子秤的設計改造,解決高溫環(huán)境稱(chēng)重取得了較好的應用效果。適應環(huán)境惡劣及高溫車(chē)間使用,有利于稱(chēng)重的精度及系統的可靠性,保證稱(chēng)重的穩定性。數字化傳感器的信號經(jīng)匹配器用有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)方式傳至稱(chēng)重儀表,進(jìn)行顯示、打印、儲存等操作。還可配備大屏幕、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)數據管理、打印機等,提高了高溫稱(chēng)重的現代化管理水平,從而取得較好的社會(huì )效益和經(jīng)濟效益.

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