制浆造纸过程中的木片称重、浆板称重及涂料称重等均可以使用电阻应变式称重传感器来实现并达到在线实时测量的目的。随着工业生产自动化程度的不断提高称重传感器已然成为过程控制中的一种必要的装置。现代化的造纸工厂普遍使用集散控制系统(DCS)对过程参数进行监测和控制,DCS系统信号传输普遍要求采用两线制4~20mA标准信号[2]对现场进行远程控制。因此一般的商用称重仪器无法满足制浆造纸工业现场物料称重和信号远传的需求。近年来庄育锋等针对电阻应变式称重变送器的非线性误差使用L-M算法建立BP神经网络模型使非线性得到有效的校正，陈昌和王忠福对传感器的信号使用仪表放大器AD623和数字电位器实现可编程增益放大器同时用算法校正漂移。石延平等以缠绕式铁基非晶态合金薄带作为磁芯并采用两种不同线圈方式传感器结构的称重传感器利用磁弹性效应和电磁感应工作原理与传统传感器相比有适应性强、寿命长等优点。马国明等提出了基于光纤光栅技术的新型称重传感器针对传统电阻应变式称重传感器的问题设计了双U型闭环弹性体结构和对称粘贴光纤光栅元件的方法达到克服偏载和提高精度的目的。LeeMJ等采用单壁碳纳米管薄膜进行称重测量将薄膜与传感器相结合进行批量制造灵敏度得到大幅度提高。KuhnelM等使用双弯曲梁弹簧单元作为载荷单元进行称重测量利用其可逆性、重复性及零误差等优点达到减小误差的效果。前述大多是通过先进技术去提高精度所以成本也相应较高且复杂许多。针对现场对标准信号的需求笔者设计了一种基于仪表放大器AD627和4~20mA双线电流转换器XTR105的电阻应变式两线制称重变送器通过纯模拟电路实现了将输出的电阻应变式称重传感器的信号转换为两线制4~20mA标准信号进行输出并进行非线性误差补偿且巧妙地采样XTR105内部基准对工作电路进行供电,作为一种简单、新颖的设计方案具有功耗低、接线方便及成本低廉等优点。1系统结构与原理变送器的基本原理为电阻应变电桥式称重传感器中应变电桥输出的微弱且具有零位误差的电压信号输入到放大器U1进行一级放大输出电压再和零位误差补偿电路输出的电压一起输入放大器U2进行二级差动放大输出电压再输入到V/I转换模块在输出电流调整电路的控制作用下转换为4~20mA电流并通过输出回路输出。其中,通过电路中的电位器可以方便地调整零位误差补偿量和输出放大倍数并由V/I转换模块对其他部分电路提供基准源。

2.结束语

针对传统称重传感器的缺陷和工业生产中DCS系统对变送器的需求笔者利用AD627放大器和XTR105实现了将变化极小、零位误差极大的电阻应变式称重信号转化换为两线制4~20mA标准信号。电路可以通过调节电位器进行零位误差补偿、输出增益调节和非线性补偿且放大器失调电压、失调电流对微弱信号的转换精度无影响,测量精度满足工业要求线性度高。由于电路使用的是纯模拟电路对信号进行处理和变换无需高精度AD采集加数字处理或复杂反馈平衡装置结构简单、成本低廉、功耗极低、性价比高。整个电路的供电和输出都是通过两线制来实现的,由于整流桥的存在使得变送器无正负极区分接线方便、简单可远程传输。实际应用中只要将变送器与适当量程的电阻应变式称重变送器相连接并适当调整所有的电位器便可以将测量信号接入现场的DCS系统中实现对工业现场物料质量的监测和控制。

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