設計制造電子稱中的高溫傳感器

　    摘要：目前的高溫傳感器都是國內引進，費用高昂且不方便。國內一些專家為了解決這類問題，著手研究自己的高溫傳感器，文章簡要給大家介紹了這方面的一些知識。　

        一、概述
　　
　　高溫環境用稱重傳感器的國產化生產是近年才得以發展起來的。高溫環境，是指電子衡器設備所處的現場環境溫度超出50°C及以上。如冶金企業的煉鋼鋼水包計量、鐵水包計量、鋼水包行車計量、熱送焦炭計量、熱送燒結礦計量、紅送鋼坯計量、線材軋制在線計量等。
　　
　　原來，國內冶金企業為了解決高溫稱重計量，從國外引進，費用昴貴，且配件備件困難。
　　
　　為了解決高溫稱重計量，實現耐高溫稱重傳感器的國產化生產，節約外匯，降低設備成本，國內傳感器廠家積極開展耐高溫稱重傳感器的研制。

        我國耐高溫稱重傳感器國產化的大致歷程是：
　　
　　我國冶金企業根據惡劣高溫環境的需要提出需求→委托國外應變計生產商研制高溫應變計→國內傳感器廠利用耐高溫應變計生產制造耐高溫稱重傳感器→配套制造防高溫秤體→配上智能化稱重儀表→形成智能型耐高溫電子稱量裝置。
　　
　　余姚市通用儀表有限公司是實現高溫稱重傳感器國產化設計生產的廠家之一。耐高溫稱重傳感器采用進口KFH系列高溫自補償應變計和耐高溫貼片膠設計制造。應用耐高溫焊錫和高溫電纜，焊錫的熔點達305℃，電纜工作溫度250℃～500℃；傳感器的彈性體與外殼全密封，IP67防護。
　　
　　為使高溫傳感器國產化的生產與校準標準化，公司從1998年開始，投入大量人力物力，反復做材料試驗、溫度試驗、壓力試驗和加工裝配工藝試驗，從試驗過程中總結經驗，總結規律性，使高溫傳感器生產實現工藝標準化、規范化。穩定和完善了TY耐高溫傳感器的制造工藝。
　　
　　近年來，國家和地方政府對高溫環境計量應用技術十分重視，特殊高溫環境檢測用產品被納入“國家*產品目錄”。余姚通用儀表公司的“耐高溫電子稱量裝置”被列為寧波市“創新基金”項目，為企業增加投入，扶持企業發展耐高溫產品。
　　
　　浙江省衡器管理所的工程技術人員深入到傳感器生產現場，與余姚市通用儀表有限公司的技術人員一起反復試驗，反復論證，共同起草了JJG（浙）68—2003《高溫負荷傳感器地方計量檢定規程》，經浙江省質量技術監督局批準，于2003年3月在國內發布。使高溫傳感器的檢驗校準有了統一規范。
　　
　　二、TY耐高溫稱重傳感器的特點
　　
　　（一）TY耐高溫稱重傳感器，采用進口玻璃纖維增強型聚酰亞安基底卡碼溫度自補償應變計設計制造，具有如下功能特點：
　　
　　工作溫度：-196℃—+250℃，補償溫度：+10℃—+250℃。
　　
　　采用進口貼片膠和保護面膠，工作溫度：-196℃—+250℃。
　　
　　采用進口耐高溫焊錫，熔點溫度：+305℃—365℃。
　　
　　采用耐高溫引線與接線端子，耐溫250℃。采用耐高溫電纜和耐高溫接頭。
　　
　　具有在長期高溫熱幅射、環境溫度梯變或瞬變等惡劣條件下，能保持稱重或測力的準確性和穩定性。
　　
　　可替代國外進口耐高溫傳感器產品，耐高溫達250°C及以上，適用于如車載鋼水包、連鑄鋼水包、鋼水包行車吊、冶煉配料計量及其它高溫環境計量。
　　
　　（二）、TY耐高溫稱重傳感器高溫性能指標　　
　　（三）、TY高溫傳感器生產工藝簡介　　
　　三、采用耐高溫稱重傳感器設計制造耐高溫電子秤
　　
　　（一）耐高溫電子秤稱重原理與工作過程：被稱重高溫包→緩沖裝置→受力導向裝置→稱重箱體耐高溫稱重傳感器→信號傳輸裝置→智能化稱重控制器→顯示與控制。
　　
　　（二）HSB型模塊式秤體的結構特點
　　
　　模塊式耐高溫鋼包電子秤，利用導向柱與導套合為一體的優點，在箱體上露出承重頭，稱量時，鋼包包耳座落在承重頭上進行計量。模塊式秤體，由一組長方體鋼結構件焊接組成，內部安裝稱重傳感器，秤體外形尺寸根據用戶現場實際情況確定。秤體內設有導向和限位裝置，保證稱重傳感器不受任何側向力。
　　
　　秤體結構由全密封箱體、承壓頭、導向套、耐高溫傳感器、通風管等幾部分組成。秤體從外表看，是一臺整體式全封閉鋼結構焊接箱體，稱量時利用兩只承載頭進行計量，信號線從秤體內部走線，即使有鋼水外溢出也不會燒損傳感器。
　　
　　秤體內部傳感器的安裝固定采用限位式固定，用戶在維護更換時極為方便，整臺秤體安裝時只須割去原承重臺進行替換，對位后與大梁焊接，無須任何螺絲進行緊固，安裝方便。秤體與稱量箱如示意圖（圖1）　　　　
　　設計制作特點
　　
　　1、解決了電子秤工作時的高溫威脅難題
　　
　　應用了耐高溫稱重重感器和耐高溫電纜，系統在≥250℃溫度范圍內長期穩定工作。設計了全密閉式稱量箱，傳感器安裝在全密閉箱體內，耐高溫電纜從箱體內引到大梁里面，即使鋼水外溢，也不會燒壞電纜。
　　
　　2、傳感器抗沖擊設計
　　
　　根據不同的應用工況，采用不同結構的傳感器：對連鑄回轉臺采用雙球面擺桿式傳感器，它具有300%的抗沖擊能力；對于車載鋼包秤，采用強度冗余的平面橋式傳感器，它除了能抗垂直沖擊外，還能抗水平沖擊力，以抗御鋼包車啟動或剎車時產生的巨大沖擊力。
　　
　　3、堅固的稱量箱設計
　　
　　根據現場使用情況，箱體全部焊接，使其成為一個剛度很強的構件，傳感器由弧面承壓柱導入，這根圓柱又兼作導柱，從而簡化了結構，減少了成本。另外，稱量箱側安裝了可方便開閉的門，以使傳感器的更換非常方便，更換一只傳感器，一個工人只需1小時左右即可完成，而不需要動用機械設備。
　　
　　4、接近導向架和zui終導向架設計，保證鋼包的平穩導入。
　　
　　（三）、HSB鋼包電子秤主要技術參數　　
　　四、稱重信號傳輸走線方式
　　
　　稱重顯示儀表及各種變送器因電子器件受允許工作溫度的影響限制，一般只能在0～40℃條件下長期工作，因此如何將高溫區電子秤的稱重信號傳輸到常溫區進行處理與顯示，是一個必須解決的重要問題。根據不同的使用情況，在設計中采用如下方法。
　　
　　（一）采用CXZ—2型轉換器集流環信號傳輸裝置
　　
　　如鋼坯連鑄回轉爐鋼包電子秤，由于轉臺為360°旋轉，傳感器信號線會被纏繞，信號無法進行有線傳輸。可在回轉臺支承柱的筒腔內設置一個接線盒和集流環信號轉換器，引出的信號總線輸入到CXZ—2型轉換器集流環信號傳輸裝置。CXZ-2型傳感器信號轉換器，是一種把傳感器信號通過滑環傳輸到下一工作環節的信號轉換裝置。信號轉換器的安裝結構如圖2。　　　　
　　（二）采用無線傳輸方式
　　
　　稱重數據無線傳輸系統由WFJ-F型稱重數據發射機和WFJ-S型稱重數據接收機組成（圖3），傳輸距離≥500m，適用于行車吊稱重計量和鋼包爐前稱重信號有線傳輸有困難的地方等。無線傳輸接收方式原理見圖4。　　　　　　
　　5、結束語
　　
　　為解決高溫環境稱重的特種計量，選用國產稱重傳感器設計改造鋼包車電子秤和大噸位行車電子秤，與國內冶金企業廠家合作，進行了一些有效的探索，先后完成多臺耐高溫電子秤的設計改造，取得了較好的應用效果。HSB耐高溫鋼包電子秤被列為寧波市*產品，獲市科技進步獎。“耐高溫電子稱量裝置”被列為寧波市“創新基金”項目，得到了國家科技部門的扶持。
　　
　　高溫環境條件下計量用特種電子秤的設計應用，目前仍是我國待攻關解決的課題，須要計量產品制造者與計控應用者共同探索與實踐。