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ENGLISH0755-88840386發(fā)布時間:2021-05-14 14:46:21 |來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載
該文章以西南工學(xué)院微機(jī)所研制的WJP一Ⅲ(恒速秤)和WPP一Ⅲ(調(diào)速皮帶秤)懸臂式微機(jī)皮帶秤為例,分析各種誤差,干擾產(chǎn)生的原因和處理方法。其它型號的懸臂式皮帶秤大同小異,可以參考。
任何稱重計量儀器經(jīng)過一段時期使用,都會產(chǎn)生誤差。對于在惡劣環(huán)境的工業(yè)現(xiàn)場使用的動態(tài)計量設(shè)備,誤差的產(chǎn)生更是多因素和不可避免的。全面地認(rèn)識和正確地分析產(chǎn)生誤差的原因,不僅對于準(zhǔn)確的計量、精確的配料,而且對于生產(chǎn)管理和質(zhì)量管理都同樣具有重要意義。
誤差的產(chǎn)生和分析
產(chǎn)生誤差的因素可能各種各樣,有些可能是難以預(yù)料的。本節(jié)只討論對系統(tǒng)精度影響大和較普遍性的誤差問題。
1 機(jī)械零點(diǎn)變化
機(jī)械零點(diǎn)變化可能是微機(jī)皮帶秤配重變化;皮帶張緊變化而引起皮帶秤力臂中心變化;減速機(jī)內(nèi)潤滑油油量變化;皮帶秤積灰;皮帶粘料(物料太濕)等。這些變化最終都表現(xiàn)為皮帶秤皮重變化。因此,改變配重,調(diào)整皮帶張緊程度和減速機(jī)加油等工作都應(yīng)在校秤之前進(jìn)行。皮帶秤積灰影響皮重,應(yīng)定期清掃,一般以每班清掃兩次為宜,形成制度。經(jīng)常檢查皮帶上有無粘著物料,經(jīng)常清理。必要時可安裝刮板(這種情況不多見)。
2 荷重通道誤差
微機(jī)皮帶秤計量是以荷重信號和速度信號為依據(jù),如果這兩個信號通道發(fā)生誤差,自然會影響皮帶秤計量精度。
荷重通道誤差由荷重傳感器、傳輸線路和放大器三個環(huán)節(jié)引入。如傳感器的時漂、溫漂、疲勞損傷、傳感器電源波動;信號傳輸線路的線路損耗、空間電磁干擾;放大器零點(diǎn)漂移、放大倍數(shù)漂移和放大器電源波動等。
放大器零點(diǎn)漂移是直流弱信號放大所特有的問題,多發(fā)生在前級放大器。所幸的是,現(xiàn)在荷重通道前級放大器一般使用斬波自穩(wěn)零第四代運(yùn)放ICL7650,使得傳統(tǒng)的直流放大器主要誤差——零漂問題已變得不太突出了。相反,用于調(diào)整系統(tǒng)零點(diǎn)的電位器W1反倒成了影響放大器零點(diǎn)的主要因素。加入電位器W1作用有二:一是用于放大器初調(diào)試(如略去空間電磁干擾的線路信號衰減則是相對固定的零點(diǎn)偏移);二是遷移荷重傳感器引入的附加附差。放大器調(diào)試一經(jīng)完成,一般很少再調(diào)整。遷移荷重傳感器電橋不平衡引入的零點(diǎn)漂移,在新裝傳感器時抵消自身電橋不平衡引入的零點(diǎn)誤差,使用較長時間后,傳感器也會產(chǎn)生不可恢復(fù)的疲勞損傷,帶來電橋新的不平衡。因此,W1在正常運(yùn)行以后很少使用。實(shí)踐證明,在調(diào)試完成后,用固定電阻代替,效果較好。
用于調(diào)整放大器放大倍數(shù)的W2,往往也會因振動和長期使用而觸點(diǎn)表面氧化引入噪聲。這是有觸頭元件所共有的缺點(diǎn)。再者,有不少微機(jī)皮帶秤為調(diào)整方便把該電位器裝在前面板或后面板上,由于W2一般數(shù)十千歐到數(shù)百千歐,這樣大的電阻容易引入空間電磁干擾。最好的方法就是在系統(tǒng)已經(jīng)調(diào)試完畢后,用固定電阻代替W2。不但減少線路長度,且沒有了接觸點(diǎn),是有百益而無一害的。
3 速度通道
目前,水泥工業(yè)調(diào)速式或恒速式皮帶秤多采用測速發(fā)電機(jī)測速。而目前較流行的方式是用直流測速發(fā)電機(jī)和壓頻轉(zhuǎn)換元件。這種測速方式主要缺點(diǎn)是引入較大的非線性誤差,這是由于測速發(fā)電機(jī)在大范圍內(nèi)輸出特性不線性。解決非線性問題最簡單實(shí)用的方法是在工作點(diǎn)附近局部線性化。即系統(tǒng)標(biāo)定應(yīng)盡可能在工作點(diǎn)附近進(jìn)行。實(shí)踐表明,這種方法是行之有效的。
如果對速度線性有進(jìn)一步要求(如精度等級提高或全量程線性),可以作出測速發(fā)電機(jī)工作曲線(n/u),再利用軟件插值方法解決。
當(dāng)然,解決速度通道全量程線性的最徹底方法是使用脈沖式測速發(fā)電機(jī)、光電式、霍爾式速度傳感器。雖然脈沖式測速發(fā)電機(jī)的線性度較高,但它仍是間接測速,即測量電機(jī)轉(zhuǎn)速,而不是皮帶帶速,荷重變化、皮帶打滑和皮帶卡料均得不到反映。因此,利用光電傳感器直接測量皮帶秤轉(zhuǎn)速是較好的方法。
4 干擾問題
微型計算機(jī)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)是一個復(fù)雜的專門課題。本文只對影響系統(tǒng)計量精度的幾個主要因素,電源波動和空間電磁場對模擬通道的影響進(jìn)行探討。
對于微型計算機(jī)和數(shù)字通道,較強(qiáng)的干擾給系統(tǒng)帶來的直接后果是不能正常工作,如程序不能運(yùn)行、數(shù)據(jù)沖亂、系統(tǒng)復(fù)位、顯示打亂、不能通訊等,這種故障容易被發(fā)現(xiàn)。二是如果干擾直觀上對數(shù)字部分無影響,就不會影響系統(tǒng)計量精度。一般而言,數(shù)字通道的抗干擾能力較模擬通道強(qiáng)。這也是數(shù)字電路使用開關(guān)量的優(yōu)點(diǎn)之一。
對于模擬通道,干擾對其的影響主要體現(xiàn)在兩個方面,一是電磁耦合通過傳感器信號線加入放大通道,二是電源波動影響放大器正負(fù)電源對稱度和穩(wěn)定度。
解決由傳感器通道引入電磁干擾的常用方法是根據(jù)傳輸距離正確的選用屏蔽電纜的芯徑和屏蔽層良好接地,并在放大器前端設(shè)置低通濾波器,濾出交流分量。
動力設(shè)備啟停和電網(wǎng)波動都會影響計算機(jī)電源、放大器電源、傳感器電源、采樣參考電源。自然,這些電源本身質(zhì)量不高也會引入一些干擾。對于穩(wěn)定度要求較高的傳感器電源和放大器參考電源應(yīng)采用多級穩(wěn)壓和其他一些特殊措施。一般而言,整個系統(tǒng)對電源要求的順序是:采樣參考電源→傳感器電源→放大器電源→計算機(jī)電源→打印機(jī)電源。
設(shè)計者應(yīng)根據(jù)上述各電源自身的要求和特點(diǎn)而采取相應(yīng)措施。對于使用者,在系統(tǒng)總電源前加入一級交流穩(wěn)壓電源是必要的。市場上的交流穩(wěn)壓電源種類繁多。用戶常常感到無從下手,況且一些交流穩(wěn)壓電源根本不能起到穩(wěn)壓的作用或者不適合環(huán)境惡劣的工業(yè)稱重現(xiàn)場,致使一些用戶屢屢選擇不當(dāng)。根據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn),電網(wǎng)波動較大或穩(wěn)壓要求不太高的用戶,選用廣東羅定生產(chǎn)的鐵塔牌參數(shù)式交流穩(wěn)壓電源。這種穩(wěn)壓電源的特點(diǎn)是穩(wěn)壓范圍寬,抗沖擊能力強(qiáng),缺點(diǎn)是穩(wěn)壓精度不高。對電源質(zhì)量要求較高的用戶,可以選用精密凈化式交流穩(wěn)壓電源。這種穩(wěn)壓電源的精度較高,缺點(diǎn)是穩(wěn)壓范圍窄,只能工作在180~260V范圍。對于中小型水泥廠,電源波動常常會超出此范圍。
控制誤差
系統(tǒng)精度應(yīng)包括計量精度與控制精度。因此,系統(tǒng)誤差也應(yīng)包括計量誤差和控制誤差。系統(tǒng)計量精度對于廣大設(shè)計者和使用者容易接受和掌握。而控制精度往往不被人們重視,這就是當(dāng)今種類繁多的微機(jī)配料系統(tǒng),雖校秤表明系統(tǒng)計量精度高,而實(shí)際配料效果差的主要原因。事實(shí)上,系統(tǒng)的計量并不是目的,而是通過準(zhǔn)確地計量進(jìn)而達(dá)到準(zhǔn)確的配料之目的。
那么何為控制精度,怎么才能提高系統(tǒng)的控制精度呢?通俗地講,控制精度是指由執(zhí)行器執(zhí)行的結(jié)果與皮帶秤控制器(這里以龍芯JY500B系列皮帶秤儀表為例)發(fā)布指令的統(tǒng)一程度。對于配料系統(tǒng),控制精度最終體現(xiàn)在給料與配比的精確程度。誤差常發(fā)生在執(zhí)行回路,如執(zhí)行器或相應(yīng)的放大器。在常見的滑差調(diào)速電機(jī)系統(tǒng)中,產(chǎn)生誤差的主要原因是觸發(fā)脈沖產(chǎn)生回路與滑差調(diào)速電機(jī)的非線性。對于有相當(dāng)市場占有率的電振機(jī)加恒速皮帶秤構(gòu)成的系統(tǒng)中,控制誤差主要產(chǎn)生于電振機(jī)。雖單相可控硅觸發(fā)回路從電壓給定到可控硅輸出電壓之間線性度較差,但與電振給料機(jī)的特性相比,情況還是要好的多,實(shí)際運(yùn)行表明,電振機(jī)的線性度、重復(fù)性都很差,誤差不小于5%。要保證系統(tǒng)控制誤差小于1%,采用閉環(huán)控制的電振機(jī)加恒速皮帶秤一般難以達(dá)到。
綜上,要提高系統(tǒng)控制精度,如下三點(diǎn)考慮是有參考意義的:
?。?)電振機(jī)輸出特性較差,最好不要使用電振機(jī)加恒速秤的方式。
?。?)在用滑差電機(jī)構(gòu)成的調(diào)速皮帶秤中,觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生盡量使用線性度較高的集成元件而避免使用單結(jié)晶體管觸發(fā)電路。
(3)在有條件的地方,盡量采用線性度較高的變頻調(diào)速方式。變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)很成熟,價格也為一般的用戶所能接受。
結(jié)束語
在懸臂梁式微機(jī)皮帶秤中,引入的計量誤差主要是皮重變化,放大器零點(diǎn)漂移,荷重信號回路的電磁干擾,電源波動對放大器的干擾等。消除這些誤差是通過正確操作與管理,屏蔽線的正確選用與良好接地。由于工業(yè)現(xiàn)場動力負(fù)載的啟停對計量系統(tǒng)的影響是不可避免的,故合理選用交流穩(wěn)壓電源很有必要。
提高皮帶秤系統(tǒng)控制精度也是一個非常重要的課題。這對于設(shè)計者和設(shè)備選型部門應(yīng)該引起高度重視。
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