浅谈传感器在沥青混凝土搅拌设备中的应用

摘要：针对许多使用者在对沥青混凝土拌和站各部分传感器的原理及应用情况不了解的情况下，经常出现误操作及意外情况，阐述了自动化、智能化的沥青混凝土拌和站在精确计量、物料传输、测量反馈物料性状、故障自动报警等方面使用的传感器的原理、技术指标及选择依据，可为沥青拌和站使用者提供参考依据。

关键词：沥青混凝土搅拌设备；传感器；应用；原理

中图分类号：U415.5文献标志码：B

Abstract： Given that incorrect operations and accidents happen all the time during daily use and maintenance of asphalt mixing plant due to operators unfamiliarity with the principle and applicability of sensors in each part of it， the principle， technical specification and selection basis of sensors applied to the automatic and intelligent asphalt mixing plant for the use of precise measurement， material transit， measuring the properties of feedback material and auto alarm were expounded， which provides reference for the users of asphalt mixing plant.

Key words： asphalt mixing plant； sensor； application； principle

0引言

随着沥青混凝土需求量不断扩大，品质要求更高，自动化、智能化的沥青混凝土搅拌设备越来越受到青睐。沥青混凝土搅拌设备工作时，需要严格控制矿料级配，以确保生产出合格成品料；要及时了解骨料和沥青的温度，以保证成品料的温度适合碾压、摊铺；还应监控各种配料的供应量，以保证持续供料、连续工作。以上关键信息的获取均由传感器反馈完成，因此传感器是确保整套设备安全可靠运行的重要部件。本文着重介绍传感器在沥青混凝土搅拌设备中的应用。

1传感器概述

传感器是一种检测装置，是信息采集系统的首要部件，能感受到被测量的信息，并将其按一定规律变换成电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现现代化测量和自动控制（包括遥感、遥测、遥控）的主要环节，是信息的源头，也是信息社会赖以存在和发展的物质与技术基础[1]。

传感器通常由敏感元件、转换元件和基本转换电路三部分组成，其组成结构如图1所示。其中，敏感元件是指能直接感受（或响应）被测量的部分，即将被测量通过传感器的敏感元件转换成与被测量有确定关系的非电量或其他量。转换元件则将上述非电量转换成电参量。基本转换电路的作用是将转换元件输入的电参量经过处理转换成电压、电流或频率等可测电量，以便进行显示、记录、控制和处理。

2传感器在沥青混凝土搅拌设备上的应用

沥青混凝土搅拌设备以各种粒径的碎石、砂及石屑作为骨料，以沥青为结合剂，以矿粉为填充剂，将它们按一定工艺处理后，按特定的级配送进搅拌器混合搅拌均匀，形成成品料，生产工艺如图3所示。

按照《道路施工与养护机械设备沥青混合料搅拌设备》（GB/T 17808―2010）的规定，沥青混凝土搅拌设备总成包含：冷料供给系统、干燥滚筒、燃烧器、热骨料提升机、振动筛、热骨料仓、计量系统、搅拌器、粉料供给系统、沥青供给系统、导热油加热炉、成品料仓、除尘系统、电气控制系统、气路控制系统以及安全与环保系统[2]。

3传感器在沥青混凝土搅拌设备中的分类及原理

3.1冷料仓传感器

混凝土搅拌设备的冷料仓安装有湿度测量微波传感器，用来检测骨料含水率。常用的有英国HYDRONIX数字微波测湿传感器HydroProbe II、HydroMix VI等。

冷料仓传感器的工作原理为：当腔体插入砂石中时，带有外槽缝天线的微波同轴腔共振器发射出的微波被砂石吸收，共振特性曲线的峰值随微波被砂石吸收而衰减，测量微波的衰减量即可检测砂石的湿度。

骨料的含水率是沥青混凝土的一项主要技术参数。沥青混凝土骨料烘干加热所需的热量，一部分是骨料本身温升的需要，另一部分是用来使骨料中的水分汽化，因此骨料含水率高，消耗的热量多，能耗大。而且水汽量大对通风烟道也有不利影响，易使烟道结露，影响除尘布袋的使用效果及寿命。在冷料仓设置传感器，为骨料湿度检测提供了保障和依据。

3.2计量模块中的传感器

混凝土搅拌设备装有许多计量模块，如骨料计量秤、矿粉计量秤和沥青计量秤等。这些计量模块通常使用三点或四点承载式电子秤，称量单元均为电阻应变式称重传感器，常用品牌有美国TOLLEDO：SB 、MTB以及STC等系列产品。

称重传感器的工作原理为： 传感器（或称弹性元件、敏感梁）在物体重力的作用下产生弹性变形，粘贴在它表面的电阻应变片（又称敏感元件、转换元件）也随之产生变形，使其阻值发生变化（可能增大，也可能减小）；检测电路会检测出电阻的变化，并把变化量转换为相应的电信号（电压或电流）输出。称重传感器的主要指标为额定容量和灵敏度。

3.3温度传感器

（1） 导热油系统一般使用铂电阻温度传感器STTT系列，其工作原理是利用金属铂（Pt）的电阻值随温度变化而变化的特性，该特性具有很好的重现性和稳定性。铂电阻温度传感器稳定性好，精度高，应用温度范围广，是中低温区（-200 ℃～650 ℃）最常用的一种温度检测器。

（2） 骨料测温系统采用防腐热电偶传感器NFWRN433（-40 ℃～400 ℃）。其工作原理是：将两种不同成分的导体两端焊接，形成回路，直接测温端叫测量端，接线端子端叫参比端；当测量端和参比端存在温差时，就会在回路中产生热电流，仪表就会指示出热电偶产生热电动势的对应温度值。热电偶的热电动势将随着测量端温度的升高而增大，热电动势的大小只和热电偶导体材质以及两端温差有关，和热电极的长度、直径无关。不同材质的热电偶用于不同的温度检测范围，且灵敏度也各不相同。对于大多数金属材料热电偶而言，灵敏度大约在5～40 μV・℃-1之间。

（3） 某拌和站的骨料及成品料温度采用美国雷泰高温红外线测温仪CSI检测。

其测温原理为：红外线测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成，被测物体和反馈源的辐射线经调制器调制后输入红外线检测器，两信号的差值经放大器放大，从而控制反馈源的温度，使反馈源的光谱辐射高度和物体的光谱辐射高度一样，显示器同步显示被测物体的温度。

该产品针对沥青混凝土搅拌设备进行过设计改进，增加探头增透膜，它不但有防腐蚀效用（针对搅拌缸下成品料产生的烟气），还可以避免气体对探头产生的冲击影响测温的准确性。

主楼平台大梁采用压电微型一体化振动变送器PR3010，测量范围为0～5 mm・s-1，在压电式加速传感器基础上增加了内置的测量、转换、积分、放大、变送等主要电路，以实现速度量的输出。

成品运料小车位置检测、斗式提升机从动端脱链检测以及冷料给料机缺料检测等系统，均采用电容式开关型传感器接近开关。其原理是：被测物件与开关外壳作为极板形成电容器，测量时随关物件向测量头靠近，电容的介电常数发生变化，从而使电容量发生变化，电路状态同步变化来控制开关的连通或断开。

4结语

在沥青混凝土搅拌设备中，传感器被大量应用，通过及时准确检测并反馈各核心技术点的温度、湿度、位置等工作状况，可以确保整套设备安全可靠运行，极大地提升了沥青混凝土搅拌设备的品质。传感器新技术的发展及应用，将进一步促进沥青混凝土搅拌技术的进步与提升，远程监控、全程自动化作业在未来可能成为现实。

参考文献：

[1]唐文彦.传感器（第4版）[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2]GB/T 17808―2010，道路施工与养护机械设备 沥青混合料搅拌设备[S].