作者：陳小剛，姚中海，梁彥兵，蘆偉

關鍵詞：機械伺服；電容料位器；重力料位器；光電料位器；狀态檢測

摘要：介紹了開關量、模拟量和數字量等三種傳感器的性能特點，并對輥式磨粉機常用的電容式、重力式和光電式等三種料位傳感器的性能特點進行了比較分析，認為其中的電容式料位傳感器經久耐用，具有較好的發展應用前景。

輥式磨粉機是通過一對相對轉動的磨輥對小麥原糧進行擠壓、搓撕和剪切，從而破碎小麥、剝離麸皮和麥芯的設備，它是小麥制粉的三大主機之一 ，是整個小麥制粉生産線的核心裝備，起着承上啟下的作用，其穩定和可靠性直接影響小麥粉的品質，磨粉機的發展經曆了從單式到複式、從手動到液壓再到氣動和自動控制、從小型到大型、從4輥到8輥的發展曆程。

傳感器是一種檢測裝置，它能感受到被測量物體的信息，并能将感受到的信息，按一定規律轉換成為電信号或其它所需形式的信息輸出，随着現代化的進程和智能生産的需要，傳感器逐步運用于輥式磨粉機中，用于物料監測、動作檢測、溫度和其它的工作參數的檢測。傳感器的運用提高了磨粉機的控制精度和工廠智能化程度。近年來輥式磨粉機采用的傳感器類型和形式多種多樣，性能各有優缺點。

1 常用傳感器的類型和性能特點

常用傳感器主要分為開關量、模拟量和數字量傳感器三種類型，其中開關量和模拟量傳感器運用廣泛。

(1) 開關量傳感器輸出的是高低電平變化的開關量信号,開關信号隻有0和1兩個狀态，可看作絕對碼隻有一位編碼時的特殊情況，一般用于檢測被測物的狀态、動作或位置，開關量傳感器主要有接近開關、光電開關和磁性開關等，行程開關、光電開關等傳感器的輸出就是開關信号，如輥式磨粉機常用接近開關檢測喂料狀态和研磨離合閘。

(2)模拟量傳感器輸出的是連續的電流、電壓或電阻等模拟量信号，輸出電流-般為 4~20 mA或0~20 mA，輸出電壓-般為0~5 V、0~10V或1~5 V，輸出電阻一般為pt100、pt200、pt500或ptl 000。

工業上一般均采用電流為4~20 mA作為模拟量輸出信号，主要有兩個原因，首先是相對于電壓模拟量而言具有更好的抗幹擾能力，傳輸信号時，信号線具有一定的電阻，若采用電壓傳輸則會在導線内産生一定的壓降，導緻接收端的信号産生一定的誤差。其次就是因為采用電流模拟量時，使用的是兩線制，即兩根線即是信号線，同時也是電源線，而采用4~20mA作為模拟量輸出是為了能夠給傳感器電路提供4 mA的靜态工作電流。輸出為電阻信号基本用于溫度監測，數字越大精度越高，模拟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，如輥式磨粉機常采用電容傳感器檢測物料高度。

(3) 數字量傳感器通常是數字量信息或是将測得的模拟量信号經過數據處理而輸出數字量數據，常見的數字量傳感器有震動傳感器按鈕傳感器、碰撞傳感器、觸摸傳感器和各種形式的編碼器，如輥式磨粉機通過編碼器準确控制伺服電機的傳動精度。

不同類型的傳感器其工作原理和性能各不相同，數字量在時間和數值上都是斷續變化的離散信号，模拟量反映的是電量測量數值在時間和數值上都是連續變化的信号，開關量反映的是狀态信号如開關的斷開和閉合，數字量和開關量類傳感器受外界幹擾小，信息輸出可靠，但對于需要實時控制或連續監測的場合存在滞後或間斷。模拟量信息輸出是連續的，運用較廣，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磁場的環境下容易受幹擾影響數據的準确性，在選用時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 輥式磨粉機料位控制傳 感器

輥式磨粉機的料位高度和料位波動區間将直接影響整個制粉車間的工藝平衡，料位的控制精度和波動區間控制能力是評判輥式磨粉機性能是否穩定可靠的一個重要指标，輥式磨粉機料位控制主要有機械伺服控制(如圖1所示)和傳感器智能料位控制(如圖2、3和4所示)，氣控磨粉機采用機械伺服料位控制，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，通過随動轉臂(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，從而實現料位的控制;電控磨粉機通過電子傳感器采集物料信号，輸出控制信息，控制喂料輥的轉速，從而控制物料流量，達到控制物料高度的目的，随着智能化程度的發展和傳感器的運用，氣控磨粉機的使用量逐年較少，而電控磨粉機的使用量逐漸增多，各輥式磨粉機生産廠家使用的控制物料的電子傳感器類型雖有所不同，都達到了控制物料流量的目的，但是各有優缺點，下面對輥式磨粉機常用的料位傳感器做簡要分析。

2.1 電容料位傳感器

電容式料位傳感器，是通過插人料倉中的電極與料倉壁之間構成電容器(如圖2)，存料桶倉内物料高度的變化引起電容量的變化，通過轉換電路得到相應的電壓或電流控制信号，因為電容量是連續變化的，因此電容料位傳感器可連續檢測料位高度，從而可任意控制料位高度和物料波動區間，也可用作料位開關，作為喂料或停機的輸人信号。

優點：安裝和維修方便、可連續檢測物料狀态,物料控制精度高，不受物料比重和粉塵影響。

缺點：

(1) 模拟量信号抗幹擾能力相對數字量較差，不适合長距離的信号傳輸。

(2) 不同物料和水分對應的電容值不同，在使用過程中因物料變化或水分變化，需要進行料位标定。

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力臂，一般采用φ6的碳鋼或不鏽鋼杆制作，将重力感應力臂深人存料倉下部(如圖3)，檢測存料筒内實時的物料變化，重力感應力臂将存料筒内物料的重量變化信息通過重力物料傳感器輸出重量信息，判斷倉内的物料高度，從而控制物料高度和物料波動區間。

優點：價格低，安裝維護方便、可連續檢測物料高度。

缺點:

(1) 輸出模拟量信号抗幹擾能力相對數字量較差，不适合長距離傳輸信号，可輸出數字量信号，但成本較高，相差約2~3倍。

(2) 重力檢測敏感性較差，在小麥制粉後路工藝位置，因物料比重小，料位高度控制不靈敏，檢測信息準确性較差，物料波動區間相對較大。

2.3 光電料位傳感器

光電料位傳感器，内部包含若幹組(一般為10~15組)近紅外發光二極管和光敏接收器。發光二極管所發出的光被導人傳感器相對應位置的透鏡。當存料筒内物料浸沒光電料位開關的透鏡時，則光折射到物料中，從而使接收器接收不到或隻能接收到少量光線。對應的光電料位開關通過感應這一工況變化後，發出相對應的位置信息，供控制器來判斷物料位置高度。

優點：成本低，開關量輸出信息，具有較強的抗幹擾能力，适合遠距離輸出信号。

缺點：

(1) 容易受物料粉塵影響導緻光敏接收器不能接收真實的物料信息。

(2) 不能連續監測物料變化，固定點位，物料波動區間受傳感器檢測點位影響，物料穩定區間設置點位間距限制，相對物料波動較大。

3 輥式磨粉機狀态監測傳感器

輥式磨粉機工作狀态主要通過接近開關傳感器檢測運行狀态或工作位置，如喂料輥運行狀态、磨輥的運行狀态和磨輥離合閘的工作位置等，由于接近開關傳感器屬于開關量傳感器，其輸出信号是通過開閉0和1兩個狀态進行，輸出信息可靠，結構簡單，所以各輥式磨粉機廠家基本都使用該傳感器用于磨粉機的狀态檢測，但是需要注意的是，接近開關因廠家和型号不同，最大監測的可靠距離基本在3~6 mm，在設計選用或面粉廠現場維護更換時，應盡可能選擇具有較大監測距離的接近開關，以保證監測數據的可靠性和機械安全。

4 結語

輥式磨粉機裡的電容料位控制傳感器具有較大的發展前景，随着材料、工藝、電子技術，特别是集成電路的高速發展，将會使電容式傳感器的優點得到發揚而缺點不斷得到克服。據實際使用數據統計，質量可靠的電容料位傳感器在生産線上已連續運行達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，正逐漸成為動态、低壓及一些特殊測量方面用途廣泛的傳感器。

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