1.高速定量包裝系統
該系統通過微機控制稱重傳感器的稱重和比較,輸出控制信號,進行定值稱重,控制外部給料系統的運行,實現自動稱重和快速分裝任務。
該系統采用MCS-51單片機、V/F電壓頻率轉換器等電子器件,其硬件電路框圖如圖1所示。采用8031作為中央處理器,BCD撥盤作為設定定值的輸入裝置。材料裝載在料鬥中,其重量使傳感器的彈性體變形,輸出與其重量成比例的電信號。傳感器的輸出信號經放大器放大後輸入V/F,微機壹方面將物體重量的瞬時數字量送入顯示電路顯示物體的瞬時重量,另壹方面進行稱重比較、開閉進料口、將物料放入箱內等壹系列稱重定值控制。
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圖1原理框圖
在整個定值包裝控制系統中,稱重傳感器是影響電子秤計量精度的關鍵部件,選用GYL-3型應變式稱重傳感器。四個電阻應變片構成壹個全橋電橋。在施加的橋壓力U恒定的情況下,傳感器的輸出信號與作用在傳感器上的重力和橋供給壓力成正比。而且橋供壓力U的變化直接影響電子秤的測量精度,所以要求橋供壓力穩定。毫伏傳感器的輸出經放大後成為0-10V的電壓信號,送入V/F轉換器進行A/D轉換,其輸出端輸出的頻率信號加到8031定時器和單片機輸入端T1的計數中。在微型計算機中,定時器0用於計數定時,定時器0的定時時間由所需的A/D轉換分辨率設置。
定時器1的計數值反映的是被測電壓,即物料的重量。在顯示的同時,計算機還根據設定值和測量值判斷定值。將測量值與給定值進行比較,取其差值以提供PID操作。當重量不足時,測量值會連續輸入並顯示。壹旦重量等於或大於給定值,控制接口輸出控制信號,控制外部加料設備停止加料,顯示最終測量值,然後發出應答指令,表示裝袋物料完畢,下壹袋可以裝車稱重。
圖2顯示了自動稱重和裝載設備。每個裝滿的箱子或袋子沿著傳送帶移動,直到它位於裝滿物料的電子秤下方,傳送帶停止移動,電磁線圈2通電,電子秤的料鬥翻轉,從而將所有物料倒入箱子或袋子中。當物料倒出後,輸送帶電機再次通電,將裝滿物料的盒子或袋子移走,保護輸送帶繼續運行,直到下壹個空袋子或空盒子切斷光電傳感器的光源,同時電子秤料盒復位。電磁線圈1通電,料鬥自動給電子秤加料。重量由微型計算機控制。當電子秤中的物料等於給定值時,電磁線圈1斷電,料鬥門被彈簧力關閉。充電系統開始下壹個充電周期。當傳送帶上的料鬥和箱子中有足夠的材料時,這個過程可以繼續。必要時,操作者可以隨時停止傳送帶,通過代碼盤輸入不同的給定值,然後再次啟動,以改變盒子或袋子中的重量。
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圖2自動稱重和裝載裝置
通過選擇不同的傳感器和改變稱重範圍,該系統可用於水泥、糖、面粉加工等行業的自動包裝。
2.傳感器在商用電子秤中的應用
目前商用電子計價秤的使用非常普及,將逐步取代傳統的桿秤和機械箱秤。電子計價秤在秤臺結構上有壹個顯著的特點:壹個相當大的秤臺,中間只安裝了壹個專門設計的傳感器來承受所有的物料重量。
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圖3定價量表內部結構示意圖
數量,如圖3所示。常用的電子計價秤傳感器的結構如圖4所示,其中圖4(a)是壹個帶雙橢圓孔的彈性體,秤盤用兩個螺孔緊固在懸臂梁端的上平面;圖4(b)示出了梅花形四孔彈性體。秤盤由懸臂梁端部側面的三個螺孔固定,中間支柱上貼有補償用的應變片。這兩種類型的傳感器最常用於計價秤。圖4(c)示出了三梁彎曲彈性體,其對彎曲應力進行采樣並且對重量響應敏感,並且適合於制造小型稱重和計價秤。圖4(d)示出了三梁剪切彈性體,其對中間敏感梁的剪切應力進行采樣,並且適合於制作重量範圍為幾百千克的計價秤。
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圖4定價量表的彈性體結構
用這些多光束高精度傳感器支撐壹個大型的稱重平臺,被稱重的物體可能放在任何稱重平臺的任何位置,必然會產生四角指示誤差。對於圖4(a)和圖4(b)所示的兩種結構形式的傳感器,角度差可以用銼刀修正。對於圖4(c)和(d)來說,它有兩個局部弱化的柔性輔助梁,使傳感器具有很強的抗側向力、側向力和扭矩的能力。傳感器的靈敏度系數和四角誤差可以通過填充輔助梁的柔性部分來調節。圖5是商用電子計價秤的電路框圖。傳感器采用梅花型四孔結構,如圖4(b)所示。該秤具有零點設置、單價自動清零、自動零點跟蹤、自動去皮、頻率累加、金額累加、打印輸出等功能。采用7段綠色熒光數碼管顯示,使用非常方便。
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圖5電子計價秤電路框圖
圖6是由CHBL3型S型雙孔彈性稱重傳感器制成的便攜式家用電子便攜秤的原理圖,它由稱重傳感器、放大電路、A/D轉換和液晶顯示組成。圖中E為9V疊層電池,R1-R4為稱重傳感器的四個電阻應變片,R5、R6、W1組成零點調整電路。當負載為零時,調整RW1,使LCD顯示為零。A1和A2是雙運算放大器集成電路LM358中的兩個單元電路,構成對稱同相放大器。A/D轉換器采用ICL7106雙積分A/D轉換器,液晶顯示采用3塊1/2 LCD。電子秤精度高,簡單實用,便於攜帶。
稱重傳感器是壹種高精度傳感器,必須按照規定的規格使用。如果不按規定的規格使用,不僅起不到稱重的作用,還容易損壞,尤其是絕對不允許超過負荷安全值使用。
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圖6便攜式電子秤電路框圖
對於溫度變化對電橋零點、輸出和靈敏度的影響,即使使用同壹批次的應變片,也會因應變片之間溫度特性的微小差異而產生誤差。因此,對於高精度的傳感器,必須進行溫度補償。解決方法是在粘貼的基板上采用適當溫度系數的自動補償片,從外部適當補償。
非線性誤差是傳感器特性中最重要的壹點。非線性誤差產生的原因很多,壹般由結構設計決定,也可以通過線性補償來改善。
滯後和蠕變是關於應變儀和粘合劑的誤差。由於膠粘劑是高分子材料,其特性隨溫度變化很大,因此稱重傳感器必須在規定的溫度範圍內使用。
當傳感器在露天使用時,還應考慮陽光直射引起的溫度和風壓的影響。