基于冲板式流量计设计

长江大学电子信息学院 李兴五 张 欣

计量的精度在一定程度上反映一个国家的工业水平。冲板式流量计作为计量家族的重要成员，但是冲板式流量计目前存在精度不高，自动化程度低等却缺点。本文通过数学计算推出在刮板机正常工作范围内，物料的质量与角度成正比，并且在测试中精度较高，自动化程度高。

流量的监测和控制在保证生产的稳定和安全、提高企业产能、节约成产成本、保障产品质量等方面有着至关重要的作用（廖常初.S7-200 SMART PLC编程及应用(第二版)[M].机械工业出版社,2015）。冲板式流量计是一种用于动态检测连续流动的固体颗粒或粉体物料的流量检测设备（蔡旭明.基于全自动包装机PLC的优化设计[J].机电工程技术,2012(7):31-34）。随着科学技术的发展，我们对计量越来越追求更高的精度。我们反观传统冲板式流量计，为了使之性能方面越来越优越、在陌生环境中的适应能力更强、智能化程度更高，并且操作简单，易于学习和上手，我们则必须增强其性能（范正田,徐罕.冲量式固体流量计原理及应用[J].自动化与仪表,1996(4):47-50）。刮板机应用场合广泛，如煤矿工业中对输送煤粉的流量计量，家用天然气管道的用户计量，食品工业中食用油、食盐、面粉等质量流量动态计量，污染行业中对排放废液流量的计量，农业生产中对输送谷物流量的计量等。因此研制一种新型的冲板式流量计具有十分重大的意义。

1 整体设计思路

1.1 总体思路

本课题主要研究内容是通过角位移传感器提取冲板的角度信号，通过PLC把测量监测物料冲击冲板形成的一个角度换算得到与其成线性关系的瞬时流量，然后由瞬时流量计算出累计流量。整个系统流程图如图1所示：

图1 冲板式流量计原理框图

1.2 核心问题-流量与电流对应

测定连续物料流量的本质反映是物料的质量，物体在下落过程中由于重力给冲板推力产生角度。

由于物料在下落过程中加速度α非常小，可忽略不计故推力F推与质量m成正比。

图2 冲板受力分析图

2 算法分析

2.1 标定程序

不同物料之间由于密度等的因素影响，测定的流量是不同的，而相同物料由于前级输送的速度不同对流量测定也不相同，因此标定就显得尤为重要。

本课题标定以0.5吨面粉为例，记录面粉输送完成后的秒数。程序框图如图3所示：

图3 标定程序框图

本文所用控制硬件西门子S7-200 SMART AD精度0～27648，上程序框图得到的标尺为1°对应的模拟量值。

标定目的是1°所对应的流量值，即标尺2。

2.2 总体程序

本文所述冲板式流量计基本功能：

图4 工作基本程序框图

图5 测试画面

（1）通过角位移传感器提取冲板的角度信号，采用角位移信号读取冲板的角度，通过角度信号计算出对应的冲板流量的上下限标定；

（2）由角度信号计算冲板式流量计的瞬时流量和累计流量，通过标定的上下限，根据冲板瞬时角度计算当前流量，由冲板的瞬时流量，计算累计流量；

（3）累计流量清零、累计流量掉电保存；（4）工作基本程序框图如图4所示。

3 测试结果及分析

本文以0.5吨面粉作为标定测试画面如图5所示。

上界面显示：t=0.5吨，h=301/3600=0.0836111111小时。

瞬时流量：Q=0.5/0.0836111111=5.980066445977吨/小时

4 结语

基于对冲板式流量计的研究得出一下几点结论：

（1）本文对物料的瞬时料量、累计料量计算精度较高。

（2）因为要利用质量与角度的线性关系不适用于角度变换超过5°的系统。作者简介：李兴五（1997—），男，河北石家庄人，大学本科，研究方向：电子信息。