GS型磁弹性测力仪说明书

1、GS型磁弹性测力仪使用说明书上海西派埃自动化仪表工程有限公司目 录一 产品概述二 技术性能三 仪表结构四 工作原理五 安装与使用六 注意事项与若干说明七 一般维护和故障维修八 仪表成套九 订货须知附 录1 线路图2 双（单）点台式后面板连接图3 仪表现场使用方法一 产品概述GS型磁弹性测力仪是工业生产过程中用以检测力（或重量）参数的自动化仪表，它由磁弹性测力传感器和配套显示仪表两部分组成。本仪表采用的磁弹性测力传感器具有输出信号大、工作稳定可靠、使用寿命长、过载能力强、能在较恶劣环境下长期连续工作等特点。因此，广泛应用于工业生产现场，进行各种力值（或重量）的测量和控制。该仪表具有单点测力、两点

2、测力二种基本方式。也可根据用户要求，提供多点测量方式，本仪器能同时输出0-10V（或0-5V）分力值讯号和0-10V（0-5V,4-20mA）合力值讯号，供用户实现生产过程自动测量与控制。被测量值在仪表的面板上用数字表显示出来，供操作人员监视用。二 技术性能1 额定测量上限：5、10、15、20、30、50KN。2 测力点数：单点测量或两点测量，也可按用户要求组合进行多点测量。3 输出信号:单点式：0-10VDC（或0-5VDC）(负载阻抗2K)；两（或多）点式：分力值：0-10VDC(或0-5VDC) (负载阻抗2K)； 合力值：0-10VDC(或0-5VDC) (负载阻抗2K)；合力值还可

3、输出4-20mA(负载阻抗500)4 基本误差限：±1.0% ±1.5%;5 回 差：优于基本误差限的1/2；6 重复性误差：优于基本误差限的1/3；7 过载能力：额定测量上限的200%；8 动态响应时间：不大于60ms；9 初始力值补偿范围：0-40%额定测量上限；10 上下限报警设定调节范围：0-100%额定测量上限；11 上下限报警各有一组转换触点供用户使用，容量阻抗AC220V、0.5A或DC27V、1A；12 传感器的工作环境温度：-10 +60；13 显示仪表的工作环境温度：0 +45；14 传感器外壳为防水式；15 传感器工作环境相对湿度95%显示仪表工作环境

4、相对湿度85%16 供电电压及频率：AC220V±10%，50Hz±1HZ；17 消耗功率：小于或等于90W三 仪表结构GS型磁弹性测力仪由磁弹性传感器及其配套显示仪表（二次仪表）组成，其具体结构为：1、 传感器结构磁弹性测力传感器主要由磁性合金片粘贴而成的导磁体和导磁体上的两个绕组及其他部件组成。根据量程等级的不同可分为两种形式：弹性机架形式和无弹性机架形式。弹性机架式是将导磁体安装并密封在机架内，被测力通过弹性机架上的承压块或钢球传到内部的导磁体受力面上，机架内还配有输出信号校正电阻和温度补偿电阻。无弹性机架式又分为两种无外壳式和有外壳式。无外壳式被测力直接作用于传感器

5、导磁体的受力面上，有外壳式则将被测力通过外壳顶部的均压块传递到内部传感器导磁体的受力面上，其输出信号校正电阻和温度补偿电阻附设在夹板或一个小接线盒中。传感器不管为何种结构，其绕组、校正电阻、温度补偿电阻及输出接插头处均用密封胶固、以免受潮引起性能变化。传感器通过密封插头座（航空插头或专用插头）引出一根四芯屏蔽电缆（RVVP4x15/0.15或4x48/0.2）直接接到接线盒，特殊情况电缆外面还有特殊的保护套。2、 显示仪表结构磁弹性测力仪的显示仪表为台式结构。台式结构是用一个标准的KBA型机箱（其四周有插板封闭），将传感器的激磁电源部件和信号处理部件全装在里面的结构形式。根据用户不同的订货要求

6、，仪表有若干组合（如单点式、两点式及多点式），但其信号处理电子印板均包含有交直流转换板；和差、电流板；报警和±15V电源板等四种，用户在使用中各印板位置不能互换，拆下后应按原位置插入。报警设定调节电位器安装在报警板上, 用户可根据需要调节。仪表的前面板上有电源开关，数显表，调零电位器，报警灯，两点式的还有一个输出选择开关，可分别显示各分力、差力和合力值。仪表的后面板上有电源输入、信号输入、信号输出端子板（各输出信号及报警点均从它引出）。详细布置和接线可见附录的“连线图”。上述台式结构的仪表也可装在机柜内，构成柜式仪表.四 工作原理图一是GS型磁弹性测力仪整机（两点式）工作原理方框图。

7、对于单点式除去图中的B通道及和差电路即可。大于两点的也只要增加几个部件就行，详细电路图见附录1:“电器原理线路图”。（图一）1、 传感器的工作原理磁弹性测力传感器是采用磁弹性合金片粘贴而成的导磁体作为机械力值（或重量）-电量转换器的。磁弹性测力传感器由导磁体和两组互成直角并穿过整个导磁体孔芯的线圈组成。图二（a） 图二（b）图二（a）为传感器在无外部机械力值（或重量）作用的理想条件下，当初初级绕组通以恒定正弦交流作为激磁电流时，初级绕组周围磁力线的分布状态。由于初次级两绕组互相垂直，故初级绕组产生的磁通不通过次级绕组，因而次级绕组不会有感应电动势产生，输出为零。图二（b）为传感器在外部机械力作

8、用时的磁力线分布示意图。当有外作用力P时，由于导磁材料的磁弹性效应引起材料沿作用力P方向上的导磁率下降，于是原来相对于次级绕组对称分布的磁力线产生了畸变，有一部分磁力线穿过次级绕组，因而在次级绕组中产生了感应电动势，且P越大，磁力线畸变越厉害，次级绕组上产生的电动势就越大，这样就将外作用力P转换成了电讯号。导磁体材料磁性参数的差异会引起传感器特性存在一定的差异，可在每个传感器标定时，在次级绕组两端接一适当的校正电阻予以基本消除。2、 显示仪表的工作原理传感器输出信号通过屏电缆线和接线盒接到仪表箱进行处理：(1) 仪表中的第一块印板是进行放大及交直流转换的电路。其各级功能如下：a) 交流放大及频

9、率补偿（图三）图三此电路为一差动交流放大器。图中C101、C102为频率补偿与案件，电路的传递函数为：U2/U1=R103+R104/R101+ R103+R104*R109/R107*1/1+jwR109C101当f=50Hz入电路参数得:U2/U1=7.2由于采用了双端对称差动输入电路，所以具有较好的抗共模干扰能力。由上述可见，当f发生变化时，U2/U1也要发生变化，当f升高，U2/U1下降，从而说明此电路还有低通滤波作用，并能补偿由于频率波动而引起传感器输出信号的变化。b) 全波线性整流器有A101输出的交流信号还需要进行线性整流完成交直流转换。在此由A102、A103来完成，线路如图四

10、所示，此电路工作过程如下：图四当有电压输入时，此电压经R111、R112同时加到A102和A103、若输入电压为正半波，经R111加到A102使D105截止，D106导通，于是在B点有一个Usr一样大小的（比例系数为R113/R111=1）负半波出现，这个倒相的负半波信号与Usr通过R112加到A103的正半波信号在A103中叠加，B点的信号电压经A103倒相放大（R116/R115=）10倍。而Usr信号经A103倒相放大（R116/R112=）5倍，二者相位相反叠加，最终在C点出现幅度为5Usrm的正半波。当Usr为负半波时，经R111加到A102使D105导通，D106截止，无信号在B点

11、出现，Usr通过R112加到A103倒相放大（R116/R112倍），则在C点也得到幅度为5Usrm的正半波，于是在C点就得到了一个全波整流信号。由于A102、A103（即uA741）开环放大倍数很大，这大大缩小了D106正向特性的非线性而能获得较高的整流线性，加以适当选择R111，R112,R113，R115等元件，该线路能实现较好的线性交直流转换。c) 滤波调零电路及输出级（见附录1“线路图”）上述C点获得的全波整流信号经过R118，C105,和R119，C106组成的滤波器取出其平均值送到调零电路（A104等组成）。调零电路为一双端输入的减法器，调节显示仪表面板上的调零电位器改变零补信号

12、大小，从而可在大范围内（本仪表允许在40%额定负荷的初始信号范围）补偿被测力（或重量）中的初始信号（如轧辊及机械传动装置的自重等），使输出信号由零起始.经过滤波调零的信号最后送入输出级，该级的设立更便于整个仪表的满度调节（调节W103使输出为0-10VDC或0-5DVC），尤其是排除了调零，调满度之间的互相影响，大大提高了现场使用精度。以上对于单点式测量已完成了力值（或重量）- 电压的转换。(2)和、差电路及电流输出电路在两点（或多点）式测力系统中，除了要求对应于每一个传感器所受负荷有一个独立的输出信号外，还要求和值或差值信号，有的还要求有较大功率及标准电流的输出以便于送到控制系统中，本电路就

13、是为完成这些功能而设计的（电路参看附录1线路图）。a)和值电路为同相输入反馈为1的加法器（由A202等元件组成），两个分力信号UA、UB均为0-10VDC(或5VDC)，则输出 UA+B=UA+UB/2 亦为0-10VDC(或5VDC)。b)差值电路为双端输入比例为1的减法器（由A201等元件组成），UA从同相端输入,UB从反相端输入，则输出UA-B=UA+(-UB)= UA-UB ，最大差值输出为0-±10VDC(或±5VDC)。c)电流输出电路为恒流输出形式。恒流输出电路（也叫接地负载稳流器）如图五所示.图五所谓恒流就是当外接负载RL变化时在该负载上流过的电流，恒定在一

14、定数值而不跟随负载变化，设计的恒流源可调整使输出电流为0-10mA或4-20mA两种标准形式，当要求0-10mA电流输出时，负载RL变化范围0-1K（即RL1K），当要求4-20mA电流输出时，负载RL变化范围在0-500（即RL500）。 (3)报警器电路仪器中的报警器有二组，各装在一块印板上，报警器将总(合)力讯号与内部设定讯号比较后，当总(合)力的讯号在上下限设定讯号以外，则仪器将作上限或下限报警。在印板上装有调节设定点的带指针的电位器。图六为上限报警电路。图六*（A-D,B-C交叉连接即成下限报警）.图中E点加入总力值信号，F点为0-10V线性连续可调的设定讯号。设定讯号由W301中心

15、头取出，经A302放大后给出，由于B点是A301同相端，R307为正反馈电阻，设定时使比较器KOF大于1,以保证反馈的实现，而同时改变R303、R305的阻值则可调节回差值。A301输出端只有二个状态，就是其正负向最大摆幅约为±13V左右。此电路的工作过程可以用图七表示。图七当UE从零增大到UF+/2 时，UG突跳至+13V，T301导通，发出上限报警；当UE下降到UF-/2 时，UG突跳至-13V，T301截止，解除报警，及UF分别由R303，R305及W301调节，互不影响。例如：当R303，R305阻值减小时，图七中A,B两点放至A、B,以UF为中心左右同时缩小. =2*R30

16、1+R302+R303/ R301+R302+R303+R307*UH式中：UH约为8.5V 调节范围0.08V-1.5V。UF调节范围0-10V图六中，若将A与D,C与B相连，就成为下限报警器，其原理同上,此时，当UE<UF+/2时,则发出下限越限报警，当UE>UF+/2 时，解除报警。（4）±15V电源仪器中供给各级电路的±15V电源由三点稳压器为主体构成。全部组装在一块板上，整流后的直流电压为24V左右，其电路可见附录1“线路图”。上下限报警继电器的线圈驱动电流由整流后的24V左右直流电压供给.（5）显示表分压电路此电路与数字表头配合，使数字表头直接显示被

17、测力值。（6）激磁供电电源为了使传感器的激磁电流保持恒定，仪器的激磁电阻采用图八所示的结构。图八恒压稳压器的输入电压为220±10%，稳定度优于±1%，L为线性电感，C起提高功率因数作用，变压器B起隔离和调压作用，调整B次级抽头，可改变激磁电流的大小，C数值应取为能最好地补偿激磁回路的无功功率。五 安装与使用正确的安装和使用对保证测量准确度和使用寿命是非常重要的，下面对传感器及仪表的安装和使用分述如下。1 传感器的安装（1） 带弹性机架式传感器的安装当被测力不能垂直作用于传感器的受力平面时，宜选用带弹性机架钢球式传感器，因为被测外力通过机架上钢球和弹性机架的作用，可较均匀地

18、分布在传感器受力平面上，适当减小侧向分力引起的测量误差。钢球式弹性机架传感器的安装位置不受方向限制。如图九（a）(b)所示。图九 （a:平卧安装） (b竖起安装)上图所示，只要被测外力的方向与传感器受力平面的法线方向的夹角小于或等于3°都能确保测量精确度。当被测外力方向的偏角较大时，传感器测量的数值实际上是外力的垂直分力。(2)张力传感器的张力包角对于用于钢厂检测带钢张力的张力传感器的安装除上述外，还必须注意“张力包角”，以下以带钢轧制为例：因设计传感器时是根据带钢张力和带钢与托辊的包角(图十)来计算的，安装传感器时必须保证订货时确定的“张力包角”，不然会产生较大的测量误差，双点式张

19、力测量还必须保持两边水平。图十测量的张力值与包角的关系，一般由下式计算决定：a） 单点式测量F=T(sin+sin)+G式中：F作用于传感器上张力的垂直分力,即传感器测量值 T带钢的实际张力 G张力辊及其附件重量 、被测带钢的包角（与水平方向夹角）.a) 双点式测量：Fa=Fb=T(sin+sin)+G/2式中：Fa、Fb分别作用于两侧（A、B侧）传感器上的张力垂直分力。(3) 安装的注意事项a) 传感器应牢固的固定在测力点上，使受力状态良好，对两点式（或多点式）测力系统应仔细调节测力点，以使各传感器受力尽量均匀一致。b) 在安装时对传感器及其外壳严禁敲打碰撞。(4) 直固（压）式弹性机架传感

20、器的安装：直固（压）式弹性机架传感器（注：不包括直固（水平）式弹性机架传感器）安装时，除应按以上所述各项执行时，还应注意其张力包角一定要相等（=）！且平卧安装。当包角不相等时（）或竖直安装时，该类型弹性机架传感器极易损坏！2 显示仪表的安装仪表应放在灰尘少，无腐蚀性气体，干燥通风的现场或仪表房内，室内温度最好不要超过30，仪表与传感器之间的安装距离一般不应超过50米，连接电缆尽量粗些为好（如RVVP4X48/0.2）。所有连接点必须连接正确可靠，电缆线不要与强电线平行走线，以免引起不必要的干扰。3 使用（1） 机柜式仪表的使用a) 按接线图（见附图）接好全部连线，并确保每一点的电接触良好，方可

21、接通电源，此时机柜铭牌上的指示灯亮，220V已进入机柜。b) 先开启显示仪表上的“电源开关”，其上的指示灯亮，仪表通电工作。按动仪表柜上的红绿按钮，指示灯亮，激磁电源部分已有激磁电流输出，此时传感器已工作。c) 按动仪表上“输出选择”直键开关（单点无此开关），便可分别指示A、B、A+B、A-B力值，至此就可投入使用了。d) “报警指示”的设定由仪表箱中报警板上的带指针电位器调节，仪表出厂时一般“下限”调在满度量程15-20%。“上限”调在满度量程的80-85%左右，用户根据需要可自行调节。（2） 机箱（台）式仪表的使用按台式仪表接线图接好后面板的所有接头，开启“电源开关”，此时传感器和仪表都已

22、通电工作，然后再按上述的c)、d)调节就可投入使用了。不过这里需要注意的是：如需调节“报警设定”。必须打开机箱的上盖板才能进行。盖板的开启是先旋松仪表箱后面四个螺钉，拉出两侧板，再拉出顶盖板。工作完毕后复原上盖和侧板，旋紧螺钉。六 注意事项与若干说明1. 使用时，传感器的受力方向及应力分布力求固定不变，以免引起漂移。2. 成套仪表现场安装连线时，应严格按编号一致的传感器、显示仪表组成一套测力系统。对于多点式测量，各传感器也应按A、B的标志接到相应的接插件上。传感器输出信号线应远离交流高压、大电流的电力线。3. 现场传感器与仪表之间的四芯电缆，其二组导线（激磁及信号）的来回程直流电阻值要求越小越

23、好，最大值不能超过2。4. 在多点式测量中，传感器的安装位置应力求使传感器受力均匀。5. 本仪器由于集成电路输出电流有限，输出电压为10VDC时，即要求负载阻抗2K。输出电流为4-20mADC时，负载阻抗500。6. 当被测力含交流分量（即被测力以某一力值为中心上下频繁波动）。建议报警器上的回差调节大一些，以免在报警点附近继电器频繁动作。7. 本仪器在20%过载范围内仍有力值讯号输出，其精度约在2.0%以内，但不作考核。因此，当补偿了20%的初始力值后，仍能测量到100%的额定力值（此时传感器受力实为120%额定测量上限）。8. 当用户使用外接高精度电压表时，调零最好以外接显示仪表零点为准。9

24、. 除非用户在校准时，电路板上的电位器不能随意调整，各电路板位置亦不能互换。、10.由于本仪器在开关机时的短暂时间内输出扰动讯号，此讯号有时会引起报警误动作，因此在与控制执行器联用时，要求先开启测力仪，后再开启动控制执行器，在关机时则先关闭控制执行器，再关断测力仪电源。七 一般维护和故障维修本仪器主要用于力（或重量）参数的在线检测和计量，为保证测量的精确，经常的维护是必要的，使用时一般应尽量使仪表洁净，各接插点间接触良好，各传输电线绝缘好，经常的维护可延长仪表的使用寿命，并减少故障的出现。如前所述，本仪表主要由两大部件组成，传感器和显示仪表。而显示仪表又有激磁电源和信号处理器两部分组成，当然还

25、包括各传输电缆和接插件。传感器是一种特殊的力敏感元件。出了故障用户一般是难以修复的，因此这里着重介绍显示仪表的故障和修复。检查时应首先检查显示仪表，再检查传感器。依次进行，表1例举了部分典型故障，供用户维修时参考。 表一故障现象可能产生的原因检查方法不接传感器信号很大，调零电位器调不到零信号处理电路故障（一般是集成电路）1检查GS951印板，元器件焊点及±15V电源使其正常。2检查GS951印板的E1A的各点，更换出故障的uA741芯片3检查调零补偿电路DW101、C107、EW点为3V左右，使其正常不接传感器时能调零，接入传感器后输出过大调不到零传输电缆和传感器（一般为传感器）故障1检查传输电缆是否激磁线与信号线碰上，使信号线有大电压，排除之。2可试一下,在GS951板的R137上并联一个100电阻。3测量传感器零点输出信号（50mV），如过大则传感器内部分压补偿电阻脱焊或损坏，用户难正确排除。应联系维修。输出显示值很小或根本无输出显示无激磁电流，激磁电源和传输电缆故障1 检查激磁电压（激磁变压器电感损坏或焊头脱落）排除之2 传输电缆互相短路如有激磁电流则除上述原因外，可能传输电缆或传感器的绝缘电阻太低，严重漏电。1 检查传输电