称重传感器在制漆企业中的设计应用

黄睿，李雪

称重传感器在制漆企业中的设计应用

黄睿，李雪

（辽宁省石油化工规划设计院有限公司，辽宁 沈阳 110000）

在某制漆企业的工艺流程中均采用了称重传感器来实现各种物料配比的计量，并且在后续的投产过程中达到了很好的效果。本文介绍了称重传感器的工作原理，探讨了称重传感器的选型原则，提出了称重传感器安装时的注意事项。

称重传感器； 制漆企业； 设计

随着我国工业的快速发展，制漆行业靠人控制的时代已经远远跟不上发展的步伐。如今的制漆行业主要的竞争力在于配方，那么如何能够保证配方的精准配比及高精度地达到产品预期指标，成为控制质量的关键。制漆企业的特点是产品批号等种类繁多，间歇生产，以物理调和工艺为主。以某企业新建制漆项目为例，在工艺流程中均采用了称重传感器来实现各种物料配比的计量，并且在后续的投产过程中达到了很好的效果。

除此之外，称重传感器还具备以下优点：高阻抗，小功率，仅需很低的输入能量；可获得较大的变化量，从而具有较高的信噪比和系统稳定性；动态响应快，工作频率可达几兆赫，被测物是导体或半导体均可；结构简单，适应性强，可在高低温、强辐射等恶劣的环境下工作，应用较广。

1 称重传感器在工艺流程中的应用

本文选取某制漆厂特种涂料车间中调和罐V-0301的称重传感器的应用为案例。调和罐V-0301共接收A、B、C 3种配方原料，每种原料按不同重量配比进行调和，向V-0301先投入原料A，由称重传感器实时监测重量，达到额定重量后，关断A原料送料管道的气动切断阀HV-0301A，同时关断原料输送泵P-0301；停止A原料输送后启动B原料的投料流程，同样由称重传感器实时监测重量，达到额定重量后关断B原料送料管道的气动切断阀HV-0301B，同时关断原料输送泵P-0302；停止B原料输送后启动C原料的投料流程，由称重传感器实时监测重量，达到额定重量后关断C原料送料管道的气动切断阀HV-0301C，同时关断原料输送泵P-0303；待A、B、C 3种配方原料投放完毕后，启动搅拌器进行搅拌调合，待达到预定时间后打开V-0301的出口开关阀，将调合好的半成品送入到下一个工段进行加工。由于该项目规模比较大，所有控制均由PLC控制，并自动完成，其中的关键计量仪表为称重传感器。PLC控制大大降低了人工的成本，同时也极大地提高了控制精度和效率。

2 称重传感器工作原理

简单的说，在称重传感器中有3个部件发挥了重要作用：弹性体、电阻应变片和检测电路。工作时，被测物体被安置在传感器上，弹性体就会由于受到物体的压力而变形，弹性体的变形又引起它表面的电阻应变片跟着变形，电阻应变片的变形又导致它的阻值改变，接着阻值的增大或减小数值就会经由检测电路转变成电信号，从而就可以显示出物体的重量，这样就完成了整个称重过程。

2.1 弹性体

弹性体在称重传感器中的作用很直接，首先它要感知外界物体的作用力，并要利用反作用力来承受这个物体的作用力，接着它要引起电阻应变片的变化以使整个称重进行下去。

2.2 电阻应变片

电阻应变片在称重传感器中是一个传承部件，它将弹性体对它的作用力转化成阻值的变化，再把这种变化信息传递给下一步，电阻应变片的组成其实就是一根电阻丝和一个有机材料基座，电阻丝的伸长可以引起电阻的变化。

2.3 检测电路

检测电路在称重传感器中的作用很关键，因此检测电路要有强大的抗干扰性，保证信号转换不会受到周围环境的影响，这样才能确保称重的准确性。

3 称重传感器的选型

称重传感器实际上是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。采用称重传感器应先要考虑传感器所处的实际工作环境及工况，这点对正确选用称重传感器至关重要，它关系到传感器能否正常工作以及它的安全和使用寿命，乃至整个衡器的可靠性和安全性。目前，市场上的称重传感器的种类有很多，包括光电式、液压式、电容式、电磁力式等，每个类型都各有特点，使用起来也不尽相同。

3.1 仪表位号编制

本项目中列举设备V-0301的称重传感器的仪表位号为WT-0301，本项目中的称重传感器位号的首位字母为了与压力变送器区分，所以采用了字母“W”来表示，而仪表序号为了能够与设备V-0301相互对应，所以直接采用了设备位号的顺序号“0301”。

3.2 称重传感器的操作条件

本项目中，根据工艺专业提供的操作压力为常压，操作温度为常温，被测参数最小荷重（没有物料投入情况下）为0.6 t，最大荷重（满物料投入情况下）为2.0 t。

3.3 传感器的规格

传感器主要选型规格参数为：测量范围选用0~3 t；精度为0.5%；测量元件数量3个；固定形式为固定式；材质选用合金钢；过载能力150；灵敏度2 mV；操作现场为爆炸危险区域内，所以选用防爆等级Exd ⅡBT4；防护等级IP68；电气接口尺寸G3/4。

3.4 变送器规格

变送器主要选型规格参数为：按照项目中统一规定的要求，选用输出信号4~20 mA；电源220 V AC（供电电源根据厂家提供的要求酌情选用）；测量范围0~3 t；防护等级IP65；变送器与传感器信号传输的电缆为厂家预置电缆，根据传感器厂家提供的技术参数要求，成套配备的预置电缆为15 m，长度大于15 m则会产生信号衰减，影响测量的精度，所以本设计中设置变送器位置时距离不超过15 m的距离，能够满足在实际应用中的需要。

4 称重传感器安装注意事项

称重传感器是将质量信号转变为可测量的电信号输出装置。在传感器的安装使用过程中，传感器所处的工作环境、传感器的安装方式以及传感器的最大载重等都将关系到传感器乃至整个衡器能否正常工作以及它的安全和使用寿命。

安装称重传感器的底座安装面应平整、清洁，无任何油膜、胶膜等杂物存在。安装底座本身应有足够的强度和刚性，一般要求高于传感器本身的强度和刚度。

称重传感器要轻拿轻放，尤其是弹性体材料为铝合金的小量程传感器，任何冲击、跌落对其计量性能均可能造成不可挽回的损害。

每种称重传感器的加载方向都是确定的，在传感器使用时一定要在此方向上加载负荷。横向力、附加的弯矩、扭矩力应尽量避免。

水平调整：单只传感器安装底座的安装平面要用水平仪调整至水平，多个传感器的安装底座的安装面要尽量调整到一个水平面上，尤其是传感器数多于3个称重系统中更应注意这一点，这样做的主要目的是为了使各传感器所承受的负荷基本一致，让衡器计量更加精确，对传感器使用也更加安全。本项目中采用的是一台调和罐配备3个传感器测量，采用3点平均敷设在罐体支撑臂下方。

5 结束语

该项目已经部分投产，在应用过程中能够完全满足生产的过程控制需要，提高了工作效率和产品质量的掌控度。称重传感器在实际应用中工作状态稳定，达到项目设计的预期。

［1］SHB Z 02-1995，仪表符号和标志[S]．

Design and Application of Weighing Sensor in Paint Making Enterprises

（Liaoning Petrochemical planning and Design Institute Co., Ltd., Shenyang Liaoning 110000, China）

Weighing sensors are used in the process flow of a paint company to achieve the measurement of various material,and good results have been achieved in the subsequent production process.In this paper,the working principle of the weighing sensor was introduced, the selection principle of the weighing sensor was discussed, and the precautions during installing the weighing sensor were put forward.

Weighing sensor; Paint manufacturer; Design

2019-12-31

黄睿（1982-），男，工程师，辽宁沈阳人，2010年毕业于沈阳工业大学电气工程及其自动化专业，研究方向：仪表自动化设计。

李雪（1983-），女，满族，工程师，辽宁沈阳人，2010年毕业于沈阳化工大学化学工程与工艺专业，研究方向：化工工艺管道设计。

TH715.1

A

1004-0935（2020）07-0903-03