浅谈传感器在沥青混凝土搅拌设备中的应用.pdf

E Q U I P ME N T MA N A G E ME N T A N D MA I N T E N A N C E 1 隧围固匿国圈 文章编 号： 1 0 0 0 0 3 3 X( 2 0 1 4 ) 0 8 0 0 8 9 0 3 浅谈传感器在沥青混凝土搅拌设备 中的应用 张永 昕， 潘耀景 ， 聂 娟 ( 福建南方路 面机械 有限公司 ， 福建 泉州 3 6 2 0 2 1 ) 摘 要 ： 针对许 多使用者在对沥青混凝土拌和站各部分传感 器的原理及应用情况不了解的情况下， 经常出现误操作及意外情况， 阐述 了 自动化 、 智能化的沥青混凝土拌和站在精确计量、 物料传输、 测 量反 馈 物料 性状 、 故 障 自动报 警等 方 面使 用 的传感 器的原 理 、 技 术 指 标及 选 择依 据 ， 可 为 沥青拌 和 站使 用者提供 参 考依 据 。 关键词 ： 沥青混凝土搅拌设备 ； 传感器； 应用； 原理 中 图分类 号 ： U4 1 5 5 文 献标 志码 ： B Ap pl i c a t i o n o f S e ns o r s i n As ph a l t M i x i n g Pl a n t ZHANG Yo n g x i n，PAN Ya o j i n gNI E J u a n ( NF LG Ro a d Ma c hi n e r y Co Lt d ，Qu a n z h o u 3 6 2 0 2 1 ，Fu j i a n，C h i n a ) Abs t r a c t ：Gi v e n t h a t i n c or r e c t o pe r a t i on s a n d a c c i d e nt s ha p pe n a l l t he t i me d ur i n g d a i l y us e a nd m a i nt e na nc e o f a s ph a l t m i x i ng p l a nt d ue t o op e r a t or s un f a mi l i a r i t y wi t h t he pr i n c i p l e a nd a pp l i c a bi l i t y of s e n s o r s i n e a c h pa r t o f i t ，t he pr i n c i p l e，t e c h ni c a l s pe c i f i c a t i o n a nd s e l e c t i on b a s i s o f s e ns o r s a p pl i e d t o t he a ut o ma t i c a nd i n t e l l i g e nt a s pha l t m i x i ng p l a nt f o r t he us e of pr e c i s e me a s u r e me nt ，ma t e r i a l t r a ns i t ， m e a s u r i ng t he pr o p e r t i e s o f f e e db a c k m a t e r i a l a nd a u t o a l a r m we r e e x p o u n d e d ，wh i c h p r o v i d e s r e f e r e n c e f o r t h e u s e r s o f a s p h a l t mi x i n g p l a n t Ke y wo r d s：a s p ha l t m i x i ng p l a nt ；s e n s o r ；a p pl i c a t i o n；pr i n c i p l e 0 引 言 随着 沥青 混凝 土 需 求 量 不 断 扩 大 ， 品 质 要 求更 高 ， 自动化 、 智 能化 的沥 青混 凝土 搅拌 设备 越来 越受 到青 睐 。沥青混 凝 土 搅 拌 设 备 工 作 时 ， 需 要 严 格控 制 矿料 级 配 ， 以确保 生产 出合 格成 品 料 ； 要 及 时 了解 骨料 和 沥青 的温 度 ， 以保 证成 品料 的 温度适 合 碾压 、 摊铺 ； 还 应 监 控 各 种 配 料 的 供 应 量 ， 以保 证 持 续 供 料 、 连续 工作 。以上 关 键 信 息 的获 取 均 由传 感 器 反 馈完成 ， 因此传感器是确保整套设备安全 可靠运行 的重 要部 件 。本 文着 重介 绍传 感器 在 沥青混 凝 土搅 拌 设 备 中的应 用 。 1 传感器概述 传感器是一种检测装置 ， 是信息采集系统的首 要部件 ， 能感受到被测量 的信息 ， 并将其按一定规律 收 稿 日期 ： 2 0 1 4 - O 1 0 9 变换成 电信号或其他所需形式 的信息输出， 以满足 信息的传输 、 处理、 存储 、 显示 、 记 录和控制等要求 。 它是 实 现现 代化 测 量 和 自动 控 制 ( 包 括 遥 感 、 遥 测 、 遥控) 的主要环节 ， 是信息 的源头 ， 也是信息社会赖 以存 在 和发 展 的物质 与技 术基 础l 1 。 传感 器 通常 由 敏感 元 件 、 转 换 元 件 和 基 本转 换 电路 三部 分组 成 ， 其组 成结 构如 图 1所示 。其 中， 敏 感 元 件是 指能 直接 感 受 ( 或 响 应 ) 被 测 量 的部 分 ， 即 将被 测量 通过 传感 器 的敏感 元件 转换 成 与被测 量有 确定关 系的非 电量 或其 他量 。转 换元 件则将 上 述非 电量转 换 成 电参 量 。基本 转 换 电路 的作用是 将 转换 元 件输 入 的 电参 量 经 过 处理 转换 成 电压 、 电流 或 频 率等可测电量 ， 以便进行显示 、 记录、 控制和处理 。 传感器位于研究对象与测试 系统 的接 口位置， 其 作用 与地 位特 别重 要 。 图 2形象 地将 人体 与机 器 的相 似 对应关 系 列 出 ， 有 助 于进 一 步 的对 传 感 器 的 89 E QUI P ME NT MANAGE MENT AND MAI NTE NANCE 图 1 传感器组成结构 2 人 体 与 机器 的相 似 对 应 关 系 作用 进行认 识 。 2 传感器在沥青混凝土搅 拌设备上 的 应 用 沥青混凝 土搅拌设备 以各 种粒径 的碎 石 、 砂及 石 屑作 为骨料 ， 以沥青 为结合剂 ， 以矿粉为 填充剂 ， 将它 们按一定工艺处理后 ， 按特定的级配送进搅拌器混合 搅拌 均匀 ， 形成成 品料 ， 生产丁艺如 图 3所示 。 J习 3生产 T 艺 按照 道路施工与养护机械设备沥青混合料搅 拌设备 ( GB T 1 7 8 0 8 2 0 1 0 ) 的规定 ， 沥青混凝土 搅拌设 备 总成包 含 ： 冷 料 供 给 系 统 、 干燥 滚 筒 、 燃 烧 器 、 热 骨料 提升 机 、 振 动 筛 、 热 骨 料仓 、 计 量 系 统 、 搅 拌器 、 粉料 供 给系统 、 沥青 供 给系统 、 导热 油加 热炉 、 成 品料仓 、 除尘 系 统 、 电气控 制 系 统 、 气 路 控 制 系 统 以及 安全 与环保 系 统 。 3 传感器在沥青混凝土搅拌设 备 中的 分类及原理 3 1 冷 料仓 传感器 混凝土搅拌设备的冷料仓安装有湿度测量微波 传感 器 ， 用 来 检 测 骨 料 含 水 率 。常 用 的 有 英 国 HYD R ONI X 数 字 微 波 测 湿 传 感 器 Hy d r o P r o b e I I 、 Hy d r o Mi x VI等 。 冷料 仓传 感器 的工 作 原 理 为 ： 当腔体 插 入 砂 石 中时 ， 带 有外槽 缝 天线 的微 波 同轴 腔共 振 器 发 射 出 的微 波被 砂石 吸 收 ， 共 振 特 性 曲线 的 峰值 随微 波 被 砂 石吸 收而 衰减 ， 测量 微 波 的衰 减 量 即 可检 测 砂 石 的湿度 。 骨 料 的含 水 率是沥 青混 凝土 的一 项主 要技术 参 数 。沥 青混凝 土 骨料 烘 干 加 热 所 需 的热 量 ， 一 部 分 是 骨料 本身 温升 的需 要 ， 另 一 部 分 是 用 来使 骨料 中 的水分 汽化 ， 因此骨 料 含 水 率 高 ， 消耗 的热 量 多 ， 能 耗大 。而且 水汽 量 大对 通 风 烟 道 也有 不 利 影 响 ， 易 使 烟道 结露 ， 影 响 除尘 布 袋 的 使 用效 果 及 寿 命 。在 冷料仓 设 置传感 器 ， 为 骨 料 湿度 检 测 提 供 了保 障和 依据 。 3 2计 量模块 中 的传感 器 混凝 土搅 拌设 备 装 有许 多计 量 模 块 ， 如 骨 料计 量秤 、 矿粉计量秤和沥青计量秤等。这些计量模块 通 常使 用三点 或 四点 承 载式 电子 秤 ， 称 量 单 元 均 为 电阻应 变式称 重 传 感 器 ， 常用 品牌 有 美 国 TOI I E DO： S B 、 MTB以及 S T C等 系列产 品 。 称重传感器的工作原理为 ：传感器 ( 或称弹性 元 件 、 敏 感梁 ) 在 物体 重 力 的 作用 下 产 生 弹 性 变形 ， 粘 贴在 它表 面 的电阻应 变 片( 又称 敏感 元件 、 转换 元 件) 也随之产生变形 ， 使其阻值发生变化( 可能增大 ， 也 可能 减小 ) ； 检 测 电路 会 检 测 出 电 阻 的变 化 ， 并 把 变化量转换为相应的电信号( 电压或电流) 输出。称 重传感器的主要指标为额定容量和灵敏度 。 3 3温 度传感 器 ( 1 )导 热 油 系 统 一 般 使 用 铂 电 阻 温 度 传 感 器 S TT T 系列 ， 其 工作 原理 是利 用金 属 铂 ( P t ) 的 电阻 值 随温度 变化 而变 化 的特 性 ， 该 特 性 具 有 很好 的重 现性 和稳 定性 。铂 电阻温 度 传 感 器稳 定 性 好 ， 精 度 高 ， 应 用 温 度 范 围 广 ， 是 中低 温 区 ( 一2 0 0 6 5 0 。 C) 最常 用 的一 种 温度检 测器 。 ( 2 )骨料 测温 系统 采用 防腐 热 电偶 传 感 器 NF WR N一 4 3 3 ( 一4 04 O 0) 。其工作原理是 ： 将两 种不 同成 分 的导体 两端焊 接 ， 形 成 回路 ， 直接 测温 端 叫测量端 ， 接线端子端叫参比端 ； 当测量端和参 比端 存在温差时 ， 就会在回路 中产生热电流 ， 仪表就会指 示出热电偶产生热 电动势的对应温度值 。热电偶的 热 电动 势将 随着测 量 端 温 度 的 升高 而 增 大 ， 热 电动 势的大小只和热电偶导体材质以及两端温差有关 ， 和热 电极 的长度 、 直 径 无 关 。不 同材 质 的热 电偶 用 于不 同的温 度检 测 范 围 ， 且 灵 敏 度也 各 不 相 同 。对 E Q U I P ME N T M A N A G E ME N T A ND MA I N T E N A N C E I 嗵围西垦国圈 于 大 多 数 金 属 材料 热 电偶 而言 ， 灵 敏度 大约 在 5 4 O V 之 间 。 ( 3 )某拌和站的骨料及成 品料温度采用美国雷 泰高 温 红外线 测 温仪 C S I 检 测 。其测 温 原 理为 ： 红 外 线 测温 仪 由光 学 系统 、 光 电探 测 器 、 信 号 放大 器及 信号处理 、 显示输 出等部分组成 ， 被测物体和反馈源 的辐射线经调制器调制后输入红外线检测器 ， 两信 号的 差值 经放 大 器放 大 ， 从 而控 制 反馈 源 的温度 ， 使 反馈源的光谱辐 射高度和物体 的光谱辐射 高度一 样 ， 显示器 同步显示被测物体的温度 。 该 产 品针 对沥 青混 凝 土搅拌 设备 进行 过 设计 改 进 ， 增加探头增透膜 ， 它不但有 防腐蚀效用 ( 针对搅 拌缸下成品料产生的烟气) ， 还可 以避免气体对探头 产生 的冲击 影 响测温 的 准确性 。 主楼 平 台大 梁采 用压 电微 型 一体化 振 动变 送器 P R 3 0 1 0 ， 测量 范 围为 0 5 1T i m S ， 在 压 电式加 速 传 感 器基 础 上增 加 了 内置 的测 量 、 转换 、 积 分 、 放 大 、 变送 等 主要 电路 ， 以实 现 速度量 的输 出 。 成 品运料 小 车位 置 检 测 、 斗式 提 升机 从 动 端 脱 链 检测 以及 冷 料 给料 机 缺 料 检 测 等 系 统 ， 均 采 用 电 容式开关型传感 器接近开关 。其原理是 ： 被测物件 与 开关 外壳 作为 极 板形 成 电容 器 ， 测 量 时 随 关 物 件 向测 量 头靠 近 ， 电容 的介 电常数 发 生变化 ， 从 而使 电 容量发生变化， 电路状态同步变化来控制开关的连 通或 断 开 。 4 结 语 在沥青混凝土搅拌设备中， 传感器被大量应用 ， 通过及时准确检测并反馈各核心技术点 的温度 、 湿 度 、 位 置等 工作 状况 ， 可 以确保 整 套设 备安 全可 靠运 行 ， 极 大地 提升 了沥 青 混凝 土搅 拌 设 备 的 品 质 。传 感器 新 技术 的发 展及 应 用 ， 将进 一步 促 进 沥 青 混 凝 土搅 拌 技术 的进 步与 提 升 ， 远程 监 控 、 全 程 自动化 作 业在 未来 可 能成 为现 实 。 参考 文 献 ： 1 唐 文彦 传感 器( 第 4版 ) M 北京 ： 机械工业 出版社 ， 2 0 l 1 2 GB T l 7 8 O 8 2 O 1 o ， 道路 施工 与养护 机械设 备 沥青 混合 料 搅拌设备 I s 责任 编辑 ： 杜 卫华 ( 上 接 第 8 8页 ) 保 障 系数高 ， 加 快 了施工 进度 ， 有 效地 控 制 了地 表 和 洞 内下 沉 ， 减少 了超 挖及 回填 量 ， 减少 了每循环 施 工 的 时间 与成 本 。经过 量测 ， 与 前期 对 比 ， 每 次开 挖均 减少 超 挖 4 0 5 0 c m， 按 4 0 c m 计 算 ， 减 少超 挖 量 为 3 0 0 r n 。 ； 相 应 减 少 了 C 3 o喷 射 混 凝 土 回 填 量 3 0 0 m。 ，节省 费用 1 8 8 4万 元 。跟 管 工 艺 5 0 m 管 棚 一 循 环 施作 ， 相 比送 管 工 艺 两 循 环 施 作 5 5 m， 最 少 节 约时 间 1 5 d ， 节约 成 本 8 0 2万元 ， 还 不存 在 开 挖 支 护班 组后 续 窝工 情 况 ， 达 到 了很 好 的 双 盈 效 果 。但 其缺点是 ： 管棚的外钻头需要单独在厂家加工 ， 每个 6 0 0 8 0 0元 ， 每 根 管 棚 都 需 要 丢 1个 外 钻 头 在 孔 内 ， 按照 每 个 8 0 0元 计 算 ， 共 需 3 2万元 ， 比一 般 的 管 棚施 工成 本 高 。这些 费用 与跟 管管 棚施 工 产生 的 效益 相 比， 可 以忽略 不计 。 6 结 语 该 管棚 施 工 工 艺 能 够 加 快 软 弱 围 岩 的施 工 进 度 ， 同时又能 确保 施工 安全 ， 减 少施 工费 用 。随着 中 国隧道 工程 日益 增 多 ， 在 应 对 软弱 围岩 及 不 良地 质 条件 下 的隧 道施 T 时 ， 跟 管 工艺 洞 身 长 管 棚 法将 具 有广 阔 的应 用空 间 ， 值 得大 力推 广 。 参考 文献 ： 1 王海彦 ， 田岩平 隧道长大管棚预支护施 丁 = 放样技术 横断 面投影法 J 石家庄 铁路 职业技术 学院学报 ， 2 0 0 5 ， 4 ( 3 ) ： 4 5 4 8 2 杨文灿 ， 鲁 斌 隧道超 前长 管棚施 工技 术 J 湖南交 通科 技 ， B 0 0 9 ， 3 5 ( 4 ) ： 1 1 1 一 u 3 责任编辑 ： 杜卫华 91