一種量化監(jiān)控大型衡器傳感器故障的方法探討

李新峰

【摘 要】通過(guò)對(duì)大型衡器傳感器的原理、構(gòu)造的介紹、研究，引出大型衡器傳感器故障產(chǎn)生的可能原因和部位，進(jìn)而對(duì)可能產(chǎn)生的故障采取相應(yīng)的監(jiān)測(cè)、判斷等量化防范措施，最后提出傳感器監(jiān)控儀的設(shè)計(jì)構(gòu)想。

【關(guān)鍵詞】大型衡器；傳感器；原理；故障原因；量化監(jiān)控；防范監(jiān)督方法；傳感器監(jiān)控儀設(shè)計(jì)

傳感器是衡器的重要組成部分，它把被稱物體的重量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理后顯示給用戶計(jì)量數(shù)據(jù)?？梢哉f(shuō)，傳感器是衡器稱重?cái)?shù)據(jù)的淵源，是衡器的心臟，它的正常工作與否，直接關(guān)系到衡器計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

由于傳感器的外觀構(gòu)造密閉，以及衡器的使用現(xiàn)場(chǎng)約束等因素的制約，我們不可能直接采用肉眼或常用工具等直觀的方法預(yù)測(cè)故障、發(fā)現(xiàn)故障、檢測(cè)故障、排除故障，這就給衡器管理工作造成了很大的盲目性。衡器傳感器的使用過(guò)程和衰變程度無(wú)法預(yù)知，很容易造成傳感器突然壞掉，衡器計(jì)量性能喪失，無(wú)法正常使用。特別是對(duì)于大型衡器，因?yàn)橛?jì)量任務(wù)的繁重和傳感器安裝位置的限制，再加上材料報(bào)批、審核、采購(gòu)等都需要一定的時(shí)間，這樣就給衡器的及時(shí)恢復(fù)使用造成了時(shí)間上的緊迫要求，勢(shì)必要耽誤一定量的計(jì)量任務(wù)和工作。

為了能夠及時(shí)了解和掌握大型衡器傳感器的健康狀態(tài)，做到設(shè)備故障的提前預(yù)知、健康狀態(tài)的階段掌握，我們提出探討一種能夠量化監(jiān)控大型衡器傳感器健康狀態(tài)的方法以及裝置，從而達(dá)到量化監(jiān)控大型衡器工作狀態(tài)的目的。

1.衡器傳感器的原理、構(gòu)造

1.1原理

傳感器就是把非電量力值轉(zhuǎn)換成各種電參量，然后，通過(guò)電參量的測(cè)量來(lái)確定力值的器件。其工作原理示意圖如下：

圖1 傳感器工作原理示意圖

現(xiàn)在企業(yè)內(nèi)部常用的傳感器是電阻應(yīng)變片式稱重傳感器，這種傳感器是由彈性體和一定數(shù)量的電阻應(yīng)變片組成，該電阻應(yīng)變片都是用應(yīng)變膠粘貼在彈性體上的，要求它和彈性體有同步應(yīng)變。其工作原理為：當(dāng)外力作用于傳感器的彈性體上的時(shí)候，使該彈性體產(chǎn)生相對(duì)形變，根據(jù)虎克定律，在彈性限度內(nèi)，該外力的大小與彈性體的應(yīng)變成正比，其形變使內(nèi)部電橋產(chǎn)生電信號(hào)輸出，這樣使得輸出的電信號(hào)與外力成正比，可以用下式表示為：

W∝ε∝△R/R∝△U/U

式中：

W——外力；

ε——彈性體的應(yīng)變；

△R/R——電阻應(yīng)變片阻值相對(duì)變化量；

△U/U——傳感器輸出靈敏度。

其外形結(jié)構(gòu)依據(jù)使用條件、工作原理的不同而存在較大的差異，現(xiàn)代企業(yè)常用的電阻應(yīng)變片式稱重傳感器的外形一般如下圖所示：

圖2電阻應(yīng)變片式稱重傳感器一般外型

2.衡器傳感器故障分析及方法的提出

由衡器傳感器的工作原理可知，傳感器的構(gòu)造涉及到力學(xué)、電學(xué)、化學(xué)等學(xué)科，傳感器故障可能的產(chǎn)生原因有：

（1）由彈性體引起。

（2）由電橋及線路引起。

（3）因傳感器粘貼工藝引起。

值得注意的是：故障不管是以上哪個(gè)原因引起的，其現(xiàn)象都要通過(guò)電橋的不平衡輸出顯示出來(lái)。抓住這個(gè)特點(diǎn)，我們就可以尋找一種方法，有針對(duì)性的采取一種方式，把傳感器輸出信號(hào)的變化情況量化，分步驟、分階段的了解和掌握傳感器的病變過(guò)程，做到對(duì)傳感器“亞健康”狀態(tài)的掌控，從而就掌握了磅秤“心臟”的健康狀態(tài)，最終達(dá)到量化監(jiān)控衡器運(yùn)行、減少材料開(kāi)支和計(jì)量損失、為生產(chǎn)贏得時(shí)間的目的。

經(jīng)驗(yàn)表明：大型衡器傳感器零點(diǎn)輸出的大小，是由其設(shè)計(jì)質(zhì)量、制作工藝的質(zhì)量等條件的集中反映，而這些因素就構(gòu)成了新購(gòu)傳感器的潛在故障的內(nèi)因。同時(shí)，這也就解釋了為什么有些新裝的未開(kāi)封的傳感器計(jì)量效果不好、穩(wěn)定性較差的原因。

其實(shí)，依據(jù)傳感器零點(diǎn)的特性，我們可以把傳感器空磅和空載時(shí)作為一個(gè)特例，依據(jù)傳感器空磅和空載時(shí)輸出的信號(hào)變化，摸索傳感器的信號(hào)輸出變化規(guī)律，設(shè)定一定的變化標(biāo)準(zhǔn)，依次采用監(jiān)測(cè)、跟蹤、分析的方法，對(duì)衡器各個(gè)使用工況下、各個(gè)工作階段的不同狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，從而就達(dá)到了量化監(jiān)控衡器傳感器健康狀況的目的。這種思路特別是對(duì)于大型衡器傳感器的管理和監(jiān)控有很好的效果。

3.大型衡器傳感器健康監(jiān)測(cè)和判斷步驟

3.1監(jiān)測(cè)

（1）對(duì)傳感器空載時(shí)的監(jiān)測(cè)。

在實(shí)際稱重工況條件下，將該衡器的每只傳感器置于空載狀態(tài)，測(cè)量每只傳感器在一定激勵(lì)電壓下的輸出值，按位置編號(hào)，并做好位置對(duì)應(yīng)記錄和電壓輸出記錄。此數(shù)據(jù)即為傳感器空載時(shí)的輸出值。

同時(shí)，可測(cè)量傳感器的輸入阻抗、輸出阻抗及空載輸出，并與傳感器出廠時(shí)廠家給定的值相比對(duì)，觀察數(shù)據(jù)的變化。這樣可以衡量傳感器在安裝前的健康狀態(tài)是否良好，以及可以確定傳感器使用中達(dá)到了何種亞健康狀態(tài)。

（2）對(duì)傳感器空磅時(shí)的監(jiān)測(cè)。

在實(shí)際工況條件下，在衡器承載器均與傳感器較好接觸，衡器各個(gè)工作所需的部件均在正常使用狀態(tài)下，測(cè)量該秤每只傳感器在激勵(lì)電壓下的輸出值，按位置編號(hào)填入上述記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)表格內(nèi)。此數(shù)據(jù)即為傳感器空磅時(shí)的輸出值。

（3）在標(biāo)準(zhǔn)重量條件下的監(jiān)測(cè)。

在實(shí)際稱重工況條件下，在一定的標(biāo)準(zhǔn)重量（每次對(duì)應(yīng)恒定的標(biāo)準(zhǔn)重量）加載的作用力下，測(cè)量每只傳感器的輸出值，按照同樣的方法把數(shù)據(jù)填入上述相應(yīng)表格內(nèi)。也可每次用多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)重量值，一一進(jìn)行測(cè)量，并做好對(duì)應(yīng)記錄。此數(shù)據(jù)即為傳感器標(biāo)重時(shí)的輸出值。具體記錄格式可參照?qǐng)D3所示：

圖3傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄表

3.2跟蹤

根據(jù)使用環(huán)境、頻次、評(píng)價(jià)狀態(tài)等具體信息，確定合適的監(jiān)測(cè)間隙，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)每只傳感器的空磅輸出、空載輸出、標(biāo)重輸出進(jìn)行量化監(jiān)控。具體方法為：

（1）利用生產(chǎn)時(shí)間間隙，對(duì)衡器的每只傳感器的空載輸出、空磅輸出進(jìn)行定期測(cè)量，如可能的話，最好在一定的標(biāo)準(zhǔn)重量下對(duì)每只傳感器的標(biāo)重輸出電壓，作好記錄，并與原來(lái)的做好比較。

（2）當(dāng)傳感器的空磅輸出、空載輸出、標(biāo)重輸出中任何一項(xiàng)變化較大時(shí)，應(yīng)縮短跟蹤時(shí)間間隔；如數(shù)據(jù)都比較穩(wěn)定，則可適當(dāng)延長(zhǎng)時(shí)間間隔。

（3）在計(jì)量任務(wù)比較繁重時(shí)，可采用同一載荷在秤的不同點(diǎn)或者不同稱量段進(jìn)行自身比對(duì)，如果計(jì)量數(shù)據(jù)超過(guò)允許誤差，則再測(cè)量每只傳感器的空磅輸出、空載輸出，與原來(lái)記錄作比較，就可很容易得到亞健康狀態(tài)傳感器的位置。

（4）如發(fā)現(xiàn)了哪個(gè)傳感器確實(shí)存在了亞健康狀態(tài)的現(xiàn)象時(shí)，我們應(yīng)縮小測(cè)量時(shí)間間隔，加大監(jiān)測(cè)的力度，作好記錄，做好比對(duì)，密切注意數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)。

3.3分析

根據(jù)以上記錄數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，我們可以去除異常數(shù)據(jù)，而后，可以根據(jù)數(shù)據(jù)的具體變化情況，采用一定的分析統(tǒng)計(jì)方法，有針對(duì)性的確定故障的類型、故障的部位，或者預(yù)測(cè)將要發(fā)生“病變”的傳感器具體位置，以及該傳感器的實(shí)際工作狀態(tài)，從而很快找到故障傳感器，排除故障。

根據(jù)以上方法的分析結(jié)果，我們可以結(jié)合各自的生產(chǎn)實(shí)際狀況，結(jié)合長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)、跟蹤，找到適合于自身衡器的變化規(guī)律，再經(jīng)過(guò)實(shí)際檢驗(yàn)，就可以形成具有各自單位衡器管理特色的診斷指標(biāo)，從而達(dá)到指導(dǎo)大型衡器計(jì)量工作、服務(wù)生產(chǎn)、節(jié)本增盈的效果。

4.傳感器監(jiān)控儀的設(shè)計(jì)構(gòu)想

根據(jù)如上所述的監(jiān)測(cè)、跟蹤方法，我們可以借助于現(xiàn)代化的電子、信息、網(wǎng)絡(luò)等手段，設(shè)計(jì)一種可以達(dá)到監(jiān)測(cè)、跟蹤的目的，同時(shí)又不占用人力資源、可以自動(dòng)報(bào)警、平時(shí)加以適當(dāng)管理就可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)跟蹤的效果。

設(shè)想傳感器監(jiān)控儀連接圖如下：

圖4傳感器監(jiān)控儀連接圖

如果傳感器監(jiān)控儀能夠設(shè)計(jì)成功的話，必將對(duì)現(xiàn)用的大型衡器的現(xiàn)場(chǎng)管理起到極大的推動(dòng)作用，降低衡器管理的人力資源投入，提高設(shè)備使用中的健康透明度，提高衡器管理的前瞻性和主動(dòng)性，延長(zhǎng)衡器運(yùn)行時(shí)間，量化監(jiān)控衡器運(yùn)行狀態(tài)，大大降低衡器故障的排除成本。