作者：陈小刚，姚中海，梁彦兵，芦伟
关键词：机械伺服；电容料位器；重力料位器；光电料位器；状态检测
摘要：介绍了开关量、模拟量和数字量等三种传感器的性能特点，并对辊式磨粉机常用的电容式、重力式和光电式等三种料位传感器的性能特点进行了比较分析，认为其中的电容式料位传感器经久耐用，具有较好的发展应用前景。
辊式磨粉机是通过一对相对转动的磨辊对小麦原粮进行挤压、搓撕和剪切，从而破碎小麦、剥离麸皮和麦芯的设备，它是小麦制粉的三大主机之一 ，是整个小麦制粉生产线的核心装备，起着承上启下的作用，其稳定和可靠性直接影响小麦粉的品质，磨粉机的发展经历了从单式到复式、从手动到液压再到气动和自动控制、从小型到大型、从4辊到8辊的发展历程。
传感器是一种检测装置，它能感受到被测量物体的信息，并能将感受到的信息，按一定规律转换成为电信号或其它所需形式的信息输出，随着现代化的进程和智能生产的需要，传感器逐步运用于辊式磨粉机中，用于物料监测、动作检测、温度和其它的工作参数的检测。传感器的运用提高了磨粉机的控制精度和工厂智能化程度。近年来辊式磨粉机采用的传感器类型和形式多种多样，性能各有优缺点。
1 常用传感器的类型和性能特点
常用传感器主要分为开关量、模拟量和数字量传感器三种类型，其中开关量和模拟量传感器运用广泛。
(1) 开关量传感器输出的是高低电平变化的开关量信号,开关信号只有0和1两个状态，可看作绝对码只有一位编码时的特殊情况，一般用于检测被测物的状态、动作或位置，开关量传感器主要有接近开关、光电开关和磁性开关等，行程开关、光电开关等传感器的输出就是开关信号，如辊式磨粉机常用接近开关检测喂料状态和研磨离合闸。
(2)模拟量传感器输出的是连续的电流、电压或电阻等模拟量信号，输出电流-般为 4~20 mA或0~20 mA，输出电压-般为0~5 V、0~10V或1~5 V，输出电阻一般为pt100、pt200、pt500或ptl 000。
工业上一般均采用电流为4~20 mA作为模拟量输出信号，主要有两个原因，首先是相对于电压模拟量而言具有更好的抗干扰能力，传输信号时，信号线具有一定的电阻，若采用电压传输则会在导线内产生一定的压降，导致接收端的信号产生一定的误差。其次就是因为采用电流模拟量时，使用的是两线制，即两根线即是信号线，同时也是电源线，而采用4~20mA作为模拟量输出是为了能够给传感器电路提供4 mA的静态工作电流。输出为电阻信号基本用于温度监测，数字越大精度越高，模拟量传感器主要有电容传感器、温度传感器、电压传感器、压力传感器和流量传感器等，如辊式磨粉机常采用电容传感器检测物料高度。
(3) 数字量传感器通常是数字量信息或是将测得的模拟量信号经过数据处理而输出数字量数据，常见的数字量传感器有震动传感器按钮传感器、碰撞传感器、触摸传感器和各种形式的编码器，如辊式磨粉机通过编码器准确控制伺服电机的传动精度。
不同类型的传感器其工作原理和性能各不相同，数字量在时间和数值上都是断续变化的离散信号，模拟量反映的是电量测量数值在时间和数值上都是连续变化的信号，开关量反映的是状态信号如开关的断开和闭合，数字量和开关量类传感器受外界干扰小，信息输出可靠，但对于需要实时控制或连续监测的场合存在滞后或间断。模拟量信息输出是连续的，运用较广，但在信息输出过程中往往容易受外界影响，尤其是在长距离传输或在具有较强磁场的环境下容易受干扰影响数据的准确性，在选用时需要通过减少传输距离、做好屏蔽和接地工作等来保证信息的可靠性。
2 辊式磨粉机料位控制传 感器
辊式磨粉机的料位高度和料位波动区间将直接影响整个制粉车间的工艺平衡，料位的控制精度和波动区间控制能力是评判辊式磨粉机性能是否稳定可靠的一个重要指标，辊式磨粉机料位控制主要有机械伺服控制(如图1所示)和传感器智能料位控制(如图2、3和4所示)，气控磨粉机采用机械伺服料位控制，通过不同物料高度给重力浮漂(图1所示2)施加不同的重量，通过随动转臂(图1所示5)控制喂料门(图1所示6)开启度来控制物料的流量，从而实现料位的控制;电控磨粉机通过电子传感器采集物料信号，输出控制信息，控制喂料辊的转速，从而控制物料流量，达到控制物料高度的目的，随着智能化程度的发展和传感器的运用，气控磨粉机的使用量逐年较少，而电控磨粉机的使用量逐渐增多，各辊式磨粉机生产厂家使用的控制物料的电子传感器类型虽有所不同，都达到了控制物料流量的目的，但是各有优缺点，下面对辊式磨粉机常用的料位传感器做简要分析。
2.1 电容料位传感器
电容式料位传感器，是通过插人料仓中的电极与料仓壁之间构成电容器(如图2)，存料桶仓内物料高度的变化引起电容量的变化，通过转换电路得到相应的电压或电流控制信号，因为电容量是连续变化的，因此电容料位传感器可连续检测料位高度，从而可任意控制料位高度和物料波动区间，也可用作料位开关，作为喂料或停机的输人信号。
优点：安装和维修方便、可连续检测物料状态,物料控制精度高，不受物料比重和粉尘影响。
缺点：
(1) 模拟量信号抗干扰能力相对数字量较差，不适合长距离的信号传输。
(2) 不同物料和水分对应的电容值不同，在使用过程中因物料变化或水分变化，需要进行料位标定。
2.2 重力料位传感器
重力式料位传感器，是通过在重力传感器固定一重力感应力臂，一般采用φ6的碳钢或不锈钢杆制作，将重力感应力臂深人存料仓下部(如图3)，检测存料筒内实时的物料变化，重力感应力臂将存料筒内物料的重量变化信息通过重力物料传感器输出重量信息，判断仓内的物料高度，从而控制物料高度和物料波动区间。
优点：价格低，安装维护方便、可连续检测物料高度。
缺点:
(1) 输出模拟量信号抗干扰能力相对数字量较差，不适合长距离传输信号，可输出数字量信号，但成本较高，相差约2~3倍。
(2) 重力检测敏感性较差，在小麦制粉后路工艺位置，因物料比重小，料位高度控制不灵敏，检测信息准确性较差，物料波动区间相对较大。
2.3 光电料位传感器
光电料位传感器，内部包含若干组(一般为10~15组)近红外发光二极管和光敏接收器。发光二极管所发出的光被导人传感器相对应位置的透镜。当存料筒内物料浸没光电料位开关的透镜时，则光折射到物料中，从而使接收器接收不到或只能接收到少量光线。对应的光电料位开关通过感应这一工况变化后，发出相对应的位置信息，供控制器来判断物料位置高度。
优点：成本低，开关量输出信息，具有较强的抗干扰能力，适合远距离输出信号。
缺点：
(1) 容易受物料粉尘影响导致光敏接收器不能接收真实的物料信息。
(2) 不能连续监测物料变化，固定点位，物料波动区间受传感器检测点位影响，物料稳定区间设置点位间距限制，相对物料波动较大。
3 辊式磨粉机状态监测传感器
辊式磨粉机工作状态主要通过接近开关传感器检测运行状态或工作位置，如喂料辊运行状态、磨辊的运行状态和磨辊离合闸的工作位置等，由于接近开关传感器属于开关量传感器，其输出信号是通过开闭0和1两个状态进行，输出信息可靠，结构简单，所以各辊式磨粉机厂家基本都使用该传感器用于磨粉机的状态检测，但是需要注意的是，接近开关因厂家和型号不同，最大监测的可靠距离基本在3~6 mm，在设计选用或面粉厂现场维护更换时，应尽可能选择具有较大监测距离的接近开关，以保证监测数据的可靠性和机械安全。
4 结语
辊式磨粉机里的电容料位控制传感器具有较大的发展前景，随着材料、工艺、电子技术，特别是集成电路的高速发展，将会使电容式传感器的优点得到发扬而缺点不断得到克服。据实际使用数据统计，质量可靠的电容料位传感器在生产线上已连续运行达86 421 h，仍能保持良好的可靠性和检测精度，电容式传感器作为一种高灵敏度、高精度的传感器，正逐渐成为动态、低压及一些特殊测量方面用途广泛的传感器。
,
