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音叉式物位開(kāi)關(guān)在盾構(gòu)機(jī)上的應(yīng)用

更新時(shí)間:2021-12-10      點(diǎn)擊次數(shù):240

音叉式物位開(kāi)關(guān)在盾構(gòu)機(jī)上的應(yīng)用

音叉式物位開(kāi)關(guān)傳感器用于盾構(gòu)機(jī)液壓油箱油位,膨潤(rùn)土水箱水位的探測(cè)。本文詳細(xì)的介紹了音叉式物位開(kāi)關(guān)傳感器工作原理,功能組成,并結(jié)合在盾構(gòu)機(jī)上的使用情況,對(duì)現(xiàn)階段國(guó)際、國(guó)內(nèi)該傳感器發(fā)展及應(yīng)用情況進(jìn)行對(duì)比,結(jié)合典型實(shí)例對(duì)音叉式物位開(kāi)關(guān)傳感器的應(yīng)用進(jìn)行了研究。
  
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音叉式物位開(kāi)關(guān)傳感器工作原理
   音叉式物位開(kāi)關(guān)工作原理根據(jù)物料對(duì)振動(dòng)中的音叉有無(wú)阻力,探知料位是否到達(dá)或超過(guò)某高度,并發(fā)出通斷信號(hào),這種原理不需要大幅度的機(jī)械運(yùn)動(dòng),驅(qū)動(dòng)功率小,不必校準(zhǔn),可快速低成本啟動(dòng)。機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件,無(wú)維修、無(wú)磨損,運(yùn)行壽命長(zhǎng),靈敏而可靠。
   傳感器的音叉由彈性良好的金屬制成,材料一般使用不繡鋼,如SS316。金屬本身具有確定的固有頻率,如外加交變力的頻率與其固有頻率一致,則叉體處于共振狀態(tài)。由于周圍空氣對(duì)振動(dòng)的阻尼微弱,金屬內(nèi)部的能量損耗又很少,所以只需微小的驅(qū)動(dòng)功率就能維持較強(qiáng)的振動(dòng)。
   傳感器的音叉以固有的頻率振動(dòng),當(dāng)音叉觸及液體或其他物料時(shí),其固有的振動(dòng)頻率降低,能量消耗在物料顆粒間的摩擦上,迫使振幅急劇衰減而停振,頻率的變化激活液位開(kāi)關(guān),產(chǎn)生通斷信號(hào)。
   音叉式物位開(kāi)關(guān)傳感器為了給音叉提供交變的驅(qū)動(dòng)力,利用放大電路對(duì)壓電元件施加交變電場(chǎng),靠逆壓電效應(yīng),產(chǎn)生機(jī)械力作用在叉體上。放大電路原理圖如圖(1)。用另外一組壓電元件的正壓電效應(yīng)檢測(cè)振動(dòng),它把振動(dòng)力轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑷醯慕蛔冸娦盘?hào)。再由電子放大器和移相電路,把檢振元件的信號(hào)放大,經(jīng)過(guò)移相,施加到驅(qū)動(dòng)元件上去,構(gòu)成閉環(huán)振蕩器。在這個(gè)閉環(huán)中,既有機(jī)械能也有電能,叉體是其中的一個(gè)環(huán)節(jié),倘若受到物料阻尼難以振動(dòng),正反饋的幅值和相位都將明顯地改變,破壞了振蕩條件,就會(huì)停振。只要在放大電路的輸出端接以適當(dāng)?shù)钠骷浑y得到開(kāi)關(guān)信號(hào)。
   音叉料位開(kāi)關(guān)安裝時(shí)的叉體不一定裝在容器壁上,也可以從頂部伸入,根據(jù)所需控制的料位決定伸入長(zhǎng)度。叉體的制造和裝配良好時(shí),音叉可用于液位測(cè)量或控制,但不適合過(guò)分粘稠的漿料。
  音叉式物位開(kāi)關(guān)的方框圖如圖1

1 音叉式液位傳感器 為了保護(hù)壓電元件免受物料損傷和粉塵污染,音叉式物位開(kāi)關(guān)將驅(qū)動(dòng)和檢振元件裝在叉體內(nèi)部,經(jīng)過(guò)金屬膜片傳遞振動(dòng)。如圖2

   2 壓電音叉體

   圖4給出音叉料位開(kāi)關(guān)信號(hào)放大電路的電路原理,商家提供產(chǎn)品及技術(shù)指導(dǎo)性的說(shuō)明,一般不提供電路原理,但對(duì)于音叉料位開(kāi)關(guān)技術(shù)來(lái)說(shuō),雖然型號(hào)繁多,從電子技術(shù)原理來(lái)分析,基本上差異不大。如圖4為信號(hào)放大電路,可能元件使用元件不同于本圖,但大致原理是相同的。
    放大電路可由集成電路LM324構(gòu)成,LM324是單電源四運(yùn)算放大器,LM423采用14腳雙列直插塑料封裝,管腳排列如圖3


  圖3 LM324管腳排列
  

4 信號(hào)放大電路

    圖4A1擔(dān)任前置放大,A2為低通濾波,A3為移相電路,A4為電壓放大,圖中PZT2為采用具有兩個(gè)電極的壓電材料的驅(qū)動(dòng)元件。PZT1為檢振元件,采用壓電晶體多諧振蕩器電路。由壓電晶體的阻抗頻率特性可知,電路的振蕩頻率只取決于晶體本身的諧振頻率,而和電路中的RC的數(shù)值無(wú)關(guān)。各電路元件的參數(shù)一般按照固有頻率為300Hz的叉體設(shè)計(jì)。
    圖4中的D3D4音叉式物位開(kāi)關(guān)傳感器的狀態(tài)燈光顯示,D4用紅色發(fā)光管,D3則用綠色發(fā)光管,料位過(guò)高而停振時(shí),D4亮而D3滅,料位正常叉體振蕩時(shí)D3亮,D4滅。用作下限報(bào)警時(shí),可將D3D4接法互換。
    音叉式物位開(kāi)關(guān)輸出形式:分NPN二線,NPN三線,NPN四線,PNP二線,PNP三線,PNP四線,DC二線,AC二線,AC五線(自帶繼電器)等幾種常用的形式輸出。以下主要是介紹PNP三線和AC二線(晶閘管)的輸出形式。
    如圖(5)所示為AC二線(晶閘管)的輸出形式,一般用在需控制閘門或出料機(jī)械設(shè)備在料位過(guò)高時(shí)自動(dòng)排放,可在圖(5)中可采用用固態(tài)繼電器SSRSSR是有光電隔離的雙向晶閘管,它可以使交流電路通斷,由于是無(wú)觸點(diǎn)的,比繼電器或接觸器可靠。

 圖5 晶閘管輸出電路

    如果采用PLC的控制方式,則需在容器的上下方都裝叉體,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)料或自動(dòng)出料的邏輯控制,或者希望把料位越限信號(hào)遠(yuǎn)傳到控制室,可以采用圖(6)PNP三線輸出電路取代圖(5) AC二線(晶閘管)的輸出形式。當(dāng)叉體振蕩時(shí)電源線上會(huì)有窄脈沖出現(xiàn)。在控制室里另有控制電路,它根據(jù)直流供電線上有無(wú)疊加的脈沖信號(hào),判斷料位是否越限,并按要求使被控的進(jìn)出料設(shè)備啟停。

2實(shí)際應(yīng)用
    盾構(gòu)機(jī)拖車2上帶有一個(gè)液壓油箱,在盾構(gòu)機(jī)的控制要求,設(shè)油位*大、油位報(bào)警、油位*小三個(gè)信號(hào)輸出點(diǎn),安裝有三個(gè)德國(guó)E+H公司的FTL260音叉式物位開(kāi)關(guān)
    因音叉式物位開(kāi)關(guān)傳感器的信號(hào)采集后傳輸?shù)?/span>盾構(gòu)機(jī)操作室的PLC數(shù)字量輸入模快,盾構(gòu)機(jī)的控制系統(tǒng)采用的PLC采用的是西門子公司的S7-400的型號(hào),其數(shù)字量輸入模快選用的是采集PNP三線輸出電路信號(hào)的輸入模塊。選用德國(guó)E+H公司的FTL260音叉式物位開(kāi)關(guān),輸出信號(hào)是PNP,三線制。可滿足盾構(gòu)機(jī)對(duì)液壓油箱油位,膨潤(rùn)土箱液位的控制要求,且不受被測(cè)介質(zhì)絕緣性,泡沫,懸浮固體,氣泡,浪涌等影響,滿足使用要求。
    GLDLTF101音叉式物位開(kāi)關(guān)傳感器, 可用于儲(chǔ)罐成管道中液體或泥漿物位的控制。   
  LTF101音叉式物位開(kāi)關(guān)傳感器其主要特征為:
  液體或泥漿物位測(cè)量
  PNP開(kāi)關(guān)輸出
  LED開(kāi)關(guān)狀態(tài)指示
  不銹鋼接濕材料
  結(jié)構(gòu)小巧,便于安裝
  以下為兩種音叉式液位開(kāi)關(guān)的性能比較。

 在選用國(guó)產(chǎn)的產(chǎn)品代替進(jìn)口的產(chǎn)品時(shí),應(yīng)注意其螺紋接口的尺寸和音叉式液位開(kāi)關(guān)輸出信號(hào)的選擇。國(guó)內(nèi)螺紋接口一般為公制,而進(jìn)口的音叉式液位開(kāi)關(guān)螺紋接口為英制。
    對(duì)于輸出信號(hào)的選擇,應(yīng)和廠家說(shuō)明音叉式液位開(kāi)關(guān)為PNP集電極開(kāi)路或NPN集電極開(kāi)路,二線制或三線制開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出。因?yàn)楫?dāng)音叉式液位開(kāi)關(guān)的輸出信號(hào)不正確時(shí),PLC不能采集到音叉式液位開(kāi)關(guān)的輸入信號(hào),造成對(duì)系統(tǒng)功能的影響。
  
    音叉式物位開(kāi)關(guān)傳感器是一種適應(yīng)所有液體的限位開(kāi)關(guān),適用于防爆區(qū)、食品、藥品生產(chǎn)等各種環(huán)境,是一種新型的傳感器。在盾構(gòu)機(jī)的維修中,作為維修人員,了解盾構(gòu)機(jī)上使用的各種傳感器的工作原理,功能特點(diǎn)非常重要。

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