輥式磨粉機(jī)常用傳感器類型和性能特點(diǎn)

陳小剛，姚中海，梁彥兵，蘆 偉

（中糧工程裝備（張家口）有限公司，河北 張家口 075000）

輥式磨粉機(jī)是通過一對(duì)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的磨輥對(duì)小麥原糧進(jìn)行擠壓、搓撕和剪切，從而破碎小麥、剝離麩皮和麥芯的設(shè)備，它是小麥制粉的三大主機(jī)之一，是整個(gè)小麥制粉生產(chǎn)線的核心裝備，起著承上啟下的作用，其穩(wěn)定和可靠性直接影響小麥粉的品質(zhì)，磨粉機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了從單式到復(fù)式、從手動(dòng)到液壓再到氣動(dòng)和自動(dòng)控制、從小型到大型、從4輥到8輥的發(fā)展歷程。

傳感器是一種檢測裝置，它能感受到被測量物體的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)或其它所需形式的信息輸出，隨著現(xiàn)代化的進(jìn)程和智能生產(chǎn)的需要，傳感器逐步運(yùn)用于輥式磨粉機(jī)中，用于物料監(jiān)測、動(dòng)作檢測、溫度和其它的工作參數(shù)的檢測。傳感器的運(yùn)用提高了磨粉機(jī)的控制精度和工廠智能化程度。近年來輥式磨粉機(jī)采用的傳感器類型和形式多種多樣，性能各有優(yōu)缺點(diǎn)。

1 常用傳感器的類型和性能特點(diǎn)

常用傳感器主要分為開關(guān)量、模擬量和數(shù)字量傳感器三種類型，其中開關(guān)量和模擬量傳感器運(yùn)用廣泛。

（1）開關(guān)量傳感器輸出的是高低電平變化的開關(guān)量信號(hào)，開關(guān)信號(hào)只有0和1兩個(gè)狀態(tài)，可看作絕對(duì)碼只有一位編碼時(shí)的特殊情況，一般用于檢測被測物的狀態(tài)、動(dòng)作或位置，開關(guān)量傳感器主要有接近開關(guān)、光電開關(guān)和磁性開關(guān)等，行程開關(guān)、光電開關(guān)等傳感器的輸出就是開關(guān)信號(hào)，如輥式磨粉機(jī)常用接近開關(guān)檢測喂料狀態(tài)和研磨離合閘。

（2）模擬量傳感器輸出的是連續(xù)的電流、電壓或電阻等模擬量信號(hào)，輸出電流一般為4～20 mA或0～20 mA,輸出電壓一般為0～5 V、0～10 V或1～5 V,輸出電阻一般為pt100、pt200、pt500或pt1 000。

工業(yè)上一般均采用電流為4～20 mA作為模擬量輸出信號(hào)，主要有兩個(gè)原因，首先是相對(duì)于電壓模擬量而言具有更好的抗干擾能力，傳輸信號(hào)時(shí)，信號(hào)線具有一定的電阻，若采用電壓傳輸則會(huì)在導(dǎo)線內(nèi)產(chǎn)生一定的壓降，導(dǎo)致接收端的信號(hào)產(chǎn)生一定的誤差。其次就是因?yàn)椴捎秒娏髂M量時(shí)，使用的是兩線制，即兩根線即是信號(hào)線，同時(shí)也是電源線，而采用4～20 mA作為模擬量輸出是為了能夠給傳感器電路提供4 mA的靜態(tài)工作電流。輸出為電阻信號(hào)基本用于溫度監(jiān)測，數(shù)字越大精度越高，模擬量傳感器主要有電容傳感器、溫度傳感器、電壓傳感器、壓力傳感器和流量傳感器等，如輥式磨粉機(jī)常采用電容傳感器檢測物料高度。

（3）數(shù)字量傳感器通常是數(shù)字量信息或是將測得的模擬量信號(hào)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理而輸出數(shù)字量數(shù)據(jù)，常見的數(shù)字量傳感器有震動(dòng)傳感器、按鈕傳感器、碰撞傳感器、觸摸傳感器和各種形式的編碼器，如輥式磨粉機(jī)通過編碼器準(zhǔn)確控制伺服電機(jī)的傳動(dòng)精度。

不同類型的傳感器其工作原理和性能各不相同，數(shù)字量在時(shí)間和數(shù)值上都是斷續(xù)變化的離散信號(hào)，模擬量反映的是電量測量數(shù)值在時(shí)間和數(shù)值上都是連續(xù)變化的信號(hào)，開關(guān)量反映的是狀態(tài)信號(hào)如開關(guān)的斷開和閉合，數(shù)字量和開關(guān)量類傳感器受外界干擾小，信息輸出可靠，但對(duì)于需要實(shí)時(shí)控制或連續(xù)監(jiān)測的場合存在滯后或間斷。模擬量信息輸出是連續(xù)的，運(yùn)用較廣，但在信息輸出過程中往往容易受外界影響，尤其是在長距離傳輸或在具有較強(qiáng)磁場的環(huán)境下容易受干擾影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在選用時(shí)需要通過減少傳輸距離、做好屏蔽和接地工作等來保證信息的可靠性。

2 輥式磨粉機(jī)料位控制傳感器

輥式磨粉機(jī)的料位高度和料位波動(dòng)區(qū)間將直接影響整個(gè)制粉車間的工藝平衡，料位的控制精度和波動(dòng)區(qū)間控制能力是評(píng)判輥式磨粉機(jī)性能是否穩(wěn)定可靠的一個(gè)重要指標(biāo)，輥式磨粉機(jī)料位控制主要有機(jī)械伺服控制（如圖1所示）和傳感器智能料位控制（如圖2、3和4所示），氣控磨粉機(jī)采用機(jī)械伺服料位控制，通過不同物料高度給重力浮漂（圖1所示2）施加不同的重量，通過隨動(dòng)轉(zhuǎn)臂（圖1所示5）控制喂料門（圖1所示6）開啟度來控制物料的流量，從而實(shí)現(xiàn)料位的控制；電控磨粉機(jī)通過電子傳感器采集物料信號(hào)，輸出控制信息，控制喂料輥的轉(zhuǎn)速，從而控制物料流量，達(dá)到控制物料高度的目的，隨著智能化程度的發(fā)展和傳感器的運(yùn)用，氣控磨粉機(jī)的使用量逐年較少，而電控磨粉機(jī)的使用量逐漸增多，各輥式磨粉機(jī)生產(chǎn)廠家使用的控制物料的電子傳感器類型雖有所不同，都達(dá)到了控制物料流量的目的，但是各有優(yōu)缺點(diǎn)，下面對(duì)輥式磨粉機(jī)常用的料位傳感器做簡要分析。

圖1 機(jī)械伺服料位控制示意圖

圖2 電容料位傳感器控制示意圖

2.1 電容料位傳感器

電容式料位傳感器，是通過插入料倉中的電極與料倉壁之間構(gòu)成電容器（如圖2），存料桶倉內(nèi)物料高度的變化引起電容量的變化，通過轉(zhuǎn)換電路得到相應(yīng)的電壓或電流控制信號(hào)，因?yàn)殡娙萘渴沁B續(xù)變化的，因此電容料位傳感器可連續(xù)檢測料位高度，從而可任意控制料位高度和物料波動(dòng)區(qū)間，也可用作料位開關(guān)，作為喂料或停機(jī)的輸入信號(hào)。

圖4 光電料位傳感器控制示意圖

優(yōu)點(diǎn):安裝和維修方便、可連續(xù)檢測物料狀態(tài)，物料控制精度高，不受物料比重和粉塵影響。

缺點(diǎn):

（1）模擬量信號(hào)抗干擾能力相對(duì)數(shù)字量較差，不適合長距離的信號(hào)傳輸。

（2）不同物料和水分對(duì)應(yīng)的電容值不同，在使用過程中因物料變化或水分變化，需要進(jìn)行料位標(biāo)定。

2.2 重力料位傳感器

重力式料位傳感器，是通過在重力傳感器固定一重力感應(yīng)力臂，一般采用?6的碳鋼或不銹鋼桿制作，將重力感應(yīng)力臂深入存料倉下部（如圖3），檢測存料筒內(nèi)實(shí)時(shí)的物料變化，重力感應(yīng)力臂將存料筒內(nèi)物料的重量變化信息通過重力物料傳感器輸出重量信息，判斷倉內(nèi)的物料高度，從而控制物料高度和物料波動(dòng)區(qū)間。

圖3 重力料位傳感器控制示意圖

優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格低，安裝維護(hù)方便、可連續(xù)檢測物料高度。

缺點(diǎn)：

（1）輸出模擬量信號(hào)抗干擾能力相對(duì)數(shù)字量較差，不適合長距離傳輸信號(hào)，可輸出數(shù)字量信號(hào)，但成本較高，相差約2～3倍。

（2）重力檢測敏感性較差，在小麥制粉后路工藝位置，因物料比重小，料位高度控制不靈敏，檢測信息準(zhǔn)確性較差，物料波動(dòng)區(qū)間相對(duì)較大。

2.3 光電料位傳感器

光電料位傳感器，內(nèi)部包含若干組（一般為10～15組）近紅外發(fā)光二極管和光敏接收器。發(fā)光二極管所發(fā)出的光被導(dǎo)入傳感器相對(duì)應(yīng)位置的透鏡。當(dāng)存料筒內(nèi)物料浸沒光電料位開關(guān)的透鏡時(shí)，則光折射到物料中，從而使接收器接收不到或只能接收到少量光線。對(duì)應(yīng)的光電料位開關(guān)通過感應(yīng)這一工況變化后，發(fā)出相對(duì)應(yīng)的位置信息，供控制器來判斷物料位置高度。

優(yōu)點(diǎn)：成本低，開關(guān)量輸出信息，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，適合遠(yuǎn)距離輸出信號(hào)。

缺點(diǎn)：

（1）容易受物料粉塵影響導(dǎo)致光敏接收器不能接收真實(shí)的物料信息。

（2）不能連續(xù)監(jiān)測物料變化，固定點(diǎn)位，物料波動(dòng)區(qū)間受傳感器檢測點(diǎn)位影響，物料穩(wěn)定區(qū)間設(shè)置點(diǎn)位間距限制，相對(duì)物料波動(dòng)較大。

3 輥式磨粉機(jī)狀態(tài)監(jiān)測傳感器

輥式磨粉機(jī)工作狀態(tài)主要通過接近開關(guān)傳感器檢測運(yùn)行狀態(tài)或工作位置，如喂料輥運(yùn)行狀態(tài)、磨輥的運(yùn)行狀態(tài)和磨輥離合閘的工作位置等，由于接近開關(guān)傳感器屬于開關(guān)量傳感器，其輸出信號(hào)是通過開閉0和1兩個(gè)狀態(tài)進(jìn)行，輸出信息可靠，結(jié)構(gòu)簡單，所以各輥式磨粉機(jī)廠家基本都使用該傳感器用于磨粉機(jī)的狀態(tài)檢測，但是需要注意的是，接近開關(guān)因廠家和型號(hào)不同，最大監(jiān)測的可靠距離基本在3～6 mm，在設(shè)計(jì)選用或面粉廠現(xiàn)場維護(hù)更換時(shí)，應(yīng)盡可能選擇具有較大監(jiān)測距離的接近開關(guān)，以保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性和機(jī)械安全。

4 結(jié)語

輥式磨粉機(jī)里的電容料位控制傳感器具有較大的發(fā)展前景，隨著材料、工藝、電子技術(shù)，特別是集成電路的高速發(fā)展，將會(huì)使電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)得到發(fā)揚(yáng)而缺點(diǎn)不斷得到克服。據(jù)實(shí)際使用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，質(zhì)量可靠的電容料位傳感器在生產(chǎn)線上已連續(xù)運(yùn)行達(dá)86 421 h，仍能保持良好的可靠性和檢測精度，電容式傳感器作為一種高靈敏度、高精度的傳感器，正逐漸成為動(dòng)態(tài)、低壓及一些特殊測量方面用途廣泛的傳感器。