余嵐嵐 李宇璐 應(yīng)海松 譚 曜 王曉娟 何 鵬3

（1.寧波海關(guān)技術(shù)中心；2.寧波中盛產(chǎn)品檢測有限公司）

余嵐嵐（1982—），女，工程師，碩士，315100浙江省寧波市鄞州區(qū)。

鐵礦取制樣設(shè)施的設(shè)計建造大同小異，設(shè)施各部分既可單機檢測操作，也可中央集控聯(lián)機操作。工作時中央集控設(shè)備是關(guān)鍵，除一些老式中央集控設(shè)備采用傳感—繼電—接觸器控制外，目前大多采用大型可編程序控制器（PLC）結(jié)合小型工控機作為取制樣中央集控設(shè)備的心臟，以多種傳感器作為取制樣設(shè)施的神經(jīng)［1］，從而完成鐵礦從碼頭卸載，通過輸送皮帶到達機械取制樣設(shè)施，按設(shè)定進行自動化粒度篩分、破碎、縮分、計量、返礦、樣品收集等流程。

1 控制單元

1.1 可編程序控制器（PLC）

可編程邏輯控制器是一種進行邏輯運算的控制器，主要用于順序控制。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，目前可編程邏輯控制器的功能已超出邏輯控制、順序控制，具備了模擬量、過程控制及遠程通信等功能。

PLC特點：①可靠性好，可在惡劣環(huán)境中工作；功能完善，可承擔(dān)所有的工業(yè)控制；編程簡單，有模仿繼電器控制系統(tǒng)的簡單易學(xué)的梯形語言。②可在線編程，有手持編程器或手提電腦編制梯形語言，也可以聯(lián)網(wǎng)編程；安裝容易，模塊化結(jié)構(gòu)使得現(xiàn)場安裝簡單。PLC可取代繼電器進行開關(guān)量邏輯控制，也可對連續(xù)變化的物理量進行過程控制、數(shù)據(jù)監(jiān)控等。目前PLC向小型、微型化，大型、超大型化、智能化發(fā)展；CPU能力更強，支持更多的工業(yè)總線，編程軟件標(biāo)準(zhǔn)化，人機交流功能增強，數(shù)據(jù)處理能力大大增強，尤其與PC機技術(shù)結(jié)合，可使數(shù)據(jù)處理、存儲能力大為增強。PLC的一連串動作指令分為基本指令和功能指令?；局噶羁梢酝瓿衫^電器控制系統(tǒng)的功能，功能指令可以實現(xiàn)超繼電器控制能力的控制要求。PLC常用的梯形圖語言和助記符語言是為熟悉生產(chǎn)流程的技術(shù)人員開發(fā)的語言［2］。

1.2 工業(yè)控制計算機

工業(yè)控制機也稱工業(yè)計算機IPC，它可完成對工業(yè)過程地測量、控制、數(shù)據(jù)采集等工作。其主要特點：可靠性高、實時性好、環(huán)境適應(yīng)性強、過程輸入和輸出配套性好、系統(tǒng)擴充性好、系統(tǒng)開放性、控制軟件包功能強、系統(tǒng)通信功能強、后備措施齊全、具有冗余性。典型的工業(yè)控制機由工業(yè)機箱、工業(yè)電源、主機板、CPU、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存儲設(shè)備、各類輸入和輸出接口模板、外設(shè)組成。信號調(diào)理是工控機的關(guān)鍵工作，包括對現(xiàn)場輸入信號進行預(yù)處理，如信號的隔離、放大、多路轉(zhuǎn)換、統(tǒng)一信號電平等，對輸出信號進行隔離、驅(qū)動、電壓轉(zhuǎn)換成電流信號等。信號調(diào)理由各類信號調(diào)理模塊或模板構(gòu)成，安裝在具有單獨供電電源的信號調(diào)理機箱中，模塊本身均帶有與現(xiàn)場進行直接連接的線路，輸入輸出信號可連接到模塊的端子上。按照所采用的總線標(biāo)準(zhǔn)類型可將工業(yè)控制機分成PC總線工控機、STD總線工控機、VME總線工控機、多總線工控機4類。與普通PC機最大的區(qū)別在于工控機配備了與控制對象相連的專用接口，如數(shù)據(jù)采集、輸入輸出、數(shù)模轉(zhuǎn)換接口［3］。

2 傳感器

傳感器能感知某一形態(tài)的信息，并將其轉(zhuǎn)換成另一形態(tài)。傳感器是利用物理、化學(xué)和生物等某些效應(yīng)或機理模擬設(shè)計而成。大多數(shù)傳感器都由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和其他輔助元件組成，并不是所有的傳感器都必須包括敏感元件和轉(zhuǎn)換元件，對于直接輸出電量的敏感元件可兼為轉(zhuǎn)換元件，此類傳感器很多［4］。

2.1 傳感器的分類

傳感器的品種很多，原理各異，檢測對象門類繁多，因此其分類方法甚繁，歸納起來有如下幾種被認可的分類法，即按工作機理、被測量、敏感材科、能量的關(guān)系、用途、科目、功能、輸出信號的性質(zhì)分類等［4］，但習(xí)慣以按被測量分類為主（表1）。

2.2 傳感器的基本特性

根據(jù)施入量的狀態(tài)不同，傳感器存在靜態(tài)和動態(tài)特性。具有良好靜態(tài)和動態(tài)特性的傳感器可有效降低或消除誤差，使傳感器信號進行有效轉(zhuǎn)換［4］。

2.3 取制樣設(shè)施的驅(qū)動裝置

機械取制樣設(shè)備中采用的執(zhí)行驅(qū)動裝置主要有電機驅(qū)動、液壓驅(qū)動和氣壓驅(qū)動［5］。

2.3.1 電機驅(qū)動

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通過電機可直接對機械裝置進行單純動力驅(qū)動，也可用相關(guān)裝置進行間接傳動，如通過各類齒輪機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)、柔性傳動機構(gòu)。機械取制樣的電機驅(qū)動基本上以減速驅(qū)動為主。電機的控制執(zhí)行裝置叫伺服裝置。機械取制樣系統(tǒng)大量采用各種規(guī)格的減速電機、伺服電機及變頻器［1］。

（1）直、交流電機。直流電機的開關(guān)控制可以采用繼電器或大功率晶體管，其轉(zhuǎn)速控制采用線性控制和PWM（脈沖控制的一種方式）控制。為使直流電機在線性控制方式時使電機運轉(zhuǎn)平滑，常使用轉(zhuǎn)速傳感器和閉環(huán)控制方式；有時需要對電機進行轉(zhuǎn)速控制的同時又進行正、反轉(zhuǎn)運行控制，常采用PWM控制，目前PWM控制電路已集成到一個專用IC芯片。交流電機一般采用交流伺服驅(qū)動電機。

（2）步進電機。步進電機也叫脈沖電機，是一種將輸入脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移的旋轉(zhuǎn)電機，步進電機可分為PM型、VR型、HB型，該電機的特點是可以利用數(shù)字信號直接控制，不需要反饋控制，目前步進電機的勵磁方式有單相勵磁、雙向勵磁、單雙向勵磁3種，如果利用軟件產(chǎn)生勵磁脈沖使步進電機旋轉(zhuǎn)會使計算機負擔(dān)較重，因此可采用一種專用IC，該電機在機器人控制中應(yīng)用廣泛。

（3）電動推桿。電動推桿的形狀與液壓、氣壓缸相同，是采用電機和減速器來實現(xiàn)直線運動的執(zhí)行驅(qū)動裝置，可替代傳統(tǒng)液壓、氣壓傳動裝置。

2.3.2 壓力驅(qū)動

壓力驅(qū)動主要為液壓和氣壓驅(qū)動，其動作的觸發(fā)可采用電磁閥。電磁閥是一種利用螺線管內(nèi)可動鐵芯在電磁線圈中作直線運動的一種執(zhí)行裝置，根據(jù)電源不同可分為交流和直流電磁閥，根據(jù)可動部分結(jié)構(gòu)可分為推進型、吸引型、推進—吸引型［1］。

（1）液壓驅(qū)動。機械取制樣系統(tǒng)中使用的液壓驅(qū)動有切換擋板、擺動溜槽等。液壓驅(qū)動就是把液壓能量變換成直線、旋轉(zhuǎn)或擺動機械能，其種類有液壓缸、液壓馬達和擺動馬達。液壓驅(qū)動可實現(xiàn)傳動裝置小型化，通過液體流量控制可改變速度，利用換向控制可變換方向，利用壓力控制可實現(xiàn)力的無級控制。液壓驅(qū)動執(zhí)行裝置還可配備伺服裝置進行精確定位，液壓伺服裝置就是以機械位置為被控量，能跟隨設(shè)定值任意變化的自動控制裝置，是一個反饋閉環(huán)系統(tǒng)，把控制動作的結(jié)果與目標(biāo)值相比較，并通過調(diào)節(jié)使二者趨于一致。液壓伺服裝置由液壓馬達、液壓缸等執(zhí)行裝置和伺服閥門、位置傳感器、伺服放大器等構(gòu)成。

（2）氣壓驅(qū)動。機械取制樣系統(tǒng)中使用的氣壓驅(qū)動有切換擋板、擺動溜槽等。氣壓驅(qū)動就是把壓縮空氣的能量變換為直線、旋轉(zhuǎn)、擺動等機械能，其種類有氣缸、氣動馬達、擺動式氣動執(zhí)行裝置等。氣缸有單向驅(qū)動和雙向驅(qū)動之分，雙向驅(qū)動的進出氣口可互換；氣動馬達有活塞式和葉片式，它供給壓縮空氣可獲得連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運動，可以通過進出氣口的互換設(shè)計成正反轉(zhuǎn)動；擺動式氣動執(zhí)行裝置分為葉片式和齒條副式。因此，除操作簡單、體積小等優(yōu)點外，氣壓驅(qū)動執(zhí)行驅(qū)動裝置具有難以精確速度、位置控制和易受負載變化的缺點。

2.4 取制樣設(shè)施制動裝置

制動裝置一般可分為機械制動和電氣制動［5］。

（1）機械制動器。機械制動有螺旋式自動加載制動器、盤式制動器、閥門式制動器和電磁制動器，最常見的是電磁制動器，如常用的伺服電機必須采用電磁制動，這種制動器也叫常合電磁制動器或安全制動器。

（2）電氣制動。電動機可將電能轉(zhuǎn)化為機械能，也可將機械能轉(zhuǎn)化為電能，因此伺服電機就是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它可實現(xiàn)相反過程達到制動目的，但對于直流電機、同步電機、感應(yīng)電機等必須采用適當(dāng)?shù)闹苿与娐贰?/p>

3 取制樣設(shè)施機械構(gòu)成

為了適應(yīng)進口鐵礦檢驗的需要，我國進口鐵礦石批量較大的口岸從上世紀80年代起就陸續(xù)從國外引進或自主設(shè)計建造鐵礦石機械取制樣設(shè)施。對于機械取制樣系統(tǒng)集成只要符合ISO3082的設(shè)計基本原則、流程要求，其機械取制樣設(shè)施的具體構(gòu)成、工藝流程、采用形式可多種多樣［6］。

3.1 取樣機

（1）切割溜槽式。無論是初采機還是一次取樣機，目前各地已建鐵礦石取制樣系統(tǒng)的取樣機大多采用切割溜槽式［1］。

（2）刮取錘式取樣機。目前刮取錘式取樣機尚未列入鐵礦石國際標(biāo)準(zhǔn)的取樣方法示例，但TSO/TC102/SC1有一個研究組正在進行采用刮取錘式取樣機采取鐵礦石樣品的試驗，即傳送帶橫向取樣，該項目已得到德國、印度和南非的支持，并有一定的進展。該類型取樣機原先在煤炭機械取制樣系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛［1］。

（3）其他取樣器。搖臂式取樣器和漿料采樣器。漿料采樣器主要用于漿體管道物料輸送，是將顆粒狀的固體物質(zhì)與液體輸送介質(zhì)混合，輸送介質(zhì)通常采用水，用泵送的方法運輸，并在目的地將其分離出來。漿體管道可分為粗顆粒漿體管道和細顆粒漿體管道，前者借助于液體的紊流使粗固體顆粒形成懸浮狀態(tài)進行輸送，而后者輸送的是較細粉末狀顆粒。有些管線沿途要翻越海拔千米左右的山峰，中途建有增壓泵站，全程管線采用GPS衛(wèi)星監(jiān)控［1］。

3.2 傳送帶式輸送機

在取制樣系統(tǒng)中多處采用傳送帶式輸送機，如份樣傳送帶式輸送機、來樣皮帶機、皮帶給料機及其他皮帶機。每種皮帶機構(gòu)造基本相同，都由皮帶、托輥、驅(qū)動裝置、拉緊裝置、導(dǎo)料槽板、清掃裝置、支架組成。皮帶根據(jù)需要長寬不等，驅(qū)動裝置根據(jù)負荷和皮帶機的大小，功率1.1～2.2 kW不等［1］。

3.3 機械篩

（1）預(yù)篩。預(yù)篩有振動篩、淌篩、滾軸篩、電熱篩。振動篩構(gòu)造與其他直線振動篩一致，其作用僅作為鐵礦石分級使用。淌篩構(gòu)造與其他振動篩一致，只是安裝傾角比較大，有些淌篩可以不使用振動裝置，也可作為鐵礦石分級使用。滾軸篩作為鐵礦石分級使用，滾軸篩的構(gòu)造包含滾軸、驅(qū)動裝置、聯(lián)動裝置，可裝振動裝置，也可不裝。有些滾軸篩配有氣動裝置，其作用為當(dāng)流程處理塊礦時使用滾軸篩，而粉礦、球團礦不使用，氣動機械切換。如果預(yù)篩或篩分黏性鐵礦時，可采用加熱篩網(wǎng)，以避免黏料團聚，防止堵塞篩孔。通常可把與篩框絕緣的篩網(wǎng)作為電阻絲進行加熱，電源采用36 V安全電壓，但加熱溫度不能超過105℃［1］。

（2）直線振動篩。直線振動篩又叫雙軸慣性振動篩，主要由篩箱、箱形振動器、懸吊減震裝置和驅(qū)動裝置組成。振動器有2根主軸，兩軸上裝有相同偏心距的相等偏心質(zhì)量。當(dāng)電機帶動主軸旋轉(zhuǎn)時，會產(chǎn)生離心慣性力，產(chǎn)生直線往復(fù)軌跡振動，主要用于粒度測試用。大多數(shù)在線粒度測定系統(tǒng)采用單層機械振動篩，一般一個系統(tǒng)至少配備3臺，以滿足至少4檔粒度測定［1］。

3.4 提升機

機械取制樣系統(tǒng)中采用提升機的主要目的是把份樣提升到一定的工作高度，使礦樣能用自身的重力分層完成相應(yīng)操作，或把棄樣提升到返礦皮帶的高度。提升機的型式多數(shù)為萁斗鋼纜牽引式［1］。

3.5 破碎機

機械取制樣系統(tǒng)的破碎機配備在水分樣制樣流程或成分樣制備流程中，一般水分樣制樣流程配備1臺能破碎至31.5 mm的顎式破碎機，成分樣制備流程配備1～3臺顎式破碎機或顎式破碎機與其他類型破碎機結(jié)合，只要最終粒度能達到-3 mm即可。破碎機分為顎式破碎機、輥式破碎機、在線研磨機等［1］。

3.6 縮分機

常用縮分機有往復(fù)切割溜槽式，此類縮分機多為定量縮分機；旋轉(zhuǎn)式縮分機，此類縮分機多為定比縮分機［1］。

3.7 計量裝置

機械取制樣系統(tǒng)中的計重裝置主要安裝在份樣采取后的份樣計量、粒度檢測前的篩前計量和粒度檢測后篩后計量，多數(shù)采用計量皮帶秤和料斗秤。計量傳感器采用電阻式負荷傳感器，電阻式傳感器在稱重裝置中占90%，主要有電子容器秤、計量皮帶秤，計量皮帶秤又可分為動態(tài)秤、靜態(tài)秤［6］。

3.8 多罐收集器

多罐樣品收集器是最后收集樣品的裝置，機械取制樣系統(tǒng)一般設(shè)2套，用于水分和成分樣的收集［6］。

3.9 機器人

機器人在鐵礦石機械取制樣系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。國外一些鐵礦公司早期的機器人僅用作粒度或水分的離線測試。有些鐵礦公司經(jīng)多次更新，使用的機器人已升級為第四代，機器人也已成為取制樣系統(tǒng)在線檢測中不可缺少的一部分。在機械取制樣系統(tǒng)中使用較多的機器人類型為圓柱坐標(biāo)系和垂直多關(guān)節(jié)機器人。工業(yè)機器人從機械結(jié)構(gòu)來講，由旋轉(zhuǎn)機構(gòu)（樞軸）、直線機構(gòu)（導(dǎo)軌）和臂桿組成［1］。

（1）圓柱坐標(biāo)系機器人。圓柱坐標(biāo)系機器人以配置在一平面旋轉(zhuǎn)的軸為中心，并配有在平面旋轉(zhuǎn)軸垂直方向上的直線軸和前后方向上的直線軸。該種機器人是一種早期使用的取制樣測試機器人，為了定位準(zhǔn)確，該類機器人基本上位置固定，手腕部可自由旋轉(zhuǎn)，也可以夾緊、放松；可用于篩具或試驗盤的放置、移動、傾倒棄料等，其他設(shè)備都是以機器人為中心，圍繞機器人作圓周型擺放。機器人的驅(qū)動方式有電機、液壓、氣壓3種方式，電機驅(qū)動采用電氣式伺服系統(tǒng)，可以對位置、角度等機械量作為被控量機械系統(tǒng)反饋。

（2）垂直多關(guān)節(jié)機器人。垂直多關(guān)節(jié)機器人模擬人手，由垂直于地面的腰部旋轉(zhuǎn)軸、帶動小臂旋轉(zhuǎn)的肘部旋轉(zhuǎn)軸以及小臂前端的手腕構(gòu)成。機器人可以自由實現(xiàn)三維的各種姿態(tài)，可以形成各種復(fù)雜的運動軌跡，能構(gòu)成5～6個自由度，對空間要求不高。該類機器人可以安裝在軌道上來回行走。

4 機械取制樣系統(tǒng)傳感器配置實例

以寧波舟山港取樣站為例，說明傳感器配置方案。

4.1 設(shè)備設(shè)計工藝流程

該設(shè)施所設(shè)的直接取樣機為移動式皮帶取樣機，取樣設(shè)備以港口卸貨設(shè)備上的鐵礦石流量為質(zhì)量等間隔進行取樣或以等時間進行取樣，流量信號來自港口皮帶自動計量設(shè)施，直接取樣機從港口設(shè)備皮帶采取全流幅樣礦，移送至設(shè)施內(nèi)皮帶上，舍棄前后段變形試樣，然后在有效試樣中采取No.1（制樣用）和No.2（粒度測定用）2個試樣。No.2試樣通過振動篩篩分，由計量皮帶累積計量，測定粒度。No.1試樣通過縮分機縮分成小樣，通過1次縮分機縮分的小樣作為水分試樣，送到2號回轉(zhuǎn)臺；通過2次縮分機縮分的小樣作為分析用成分試樣，送到1號回轉(zhuǎn)臺。如果礦種是塊礦，No.1試樣還須先經(jīng)破碎，使粒度達到一定值，才可縮分制作水分和成分試樣。排礦部分將各部分排出的廢樣送至港口的主梭式皮帶上［6］。

4.2 設(shè)備基本組成

自動取制樣設(shè)備由取樣部分、粒度測定部分、破碎部分、制樣部分和排礦部分5個部分組成。取制樣設(shè)施各組成設(shè)備在原則上可進行單機控制，每臺設(shè)備都配備機側(cè)控制設(shè)施，且設(shè)計為機側(cè)優(yōu)先。

4.3 取制樣設(shè)施中常用傳感器及輔助元件

鐵礦機械取制樣設(shè)施的PLC為了給設(shè)備發(fā)出動作指令，必須得到各部件的狀態(tài)信息和相關(guān)計量信息，這些信息一般通過安裝在取制樣設(shè)施各個部位的低壓電器及傳感器獲得，常用低壓電器有主令電器等，常用傳感器有稱重傳感器、位置傳感器、水分傳感器等，分別承擔(dān)取制樣設(shè)施部件位置信息、稱重信息等拾?。?-8］。

4.3.1 主令電器

主令電器通過閉合或斷開控制電路發(fā)布程序控制命令，主要有控制按鈕、行程開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)和主令控制器等，主令電器不允許分合主電路。

（1）控制按鈕?？刂瓢粹o是一種接通或分斷小電流電路的主令電器（俗稱開關(guān)），電流一般不超過5 A，主要用在低壓控制電路中，手動發(fā)出控制信號以控制接觸器、繼電器、電磁啟動器等。

（2）行程開關(guān)。依照機械的行程發(fā)出命令以控制其運動方向或行程長短的主令電器稱為行程開關(guān)，又稱為限位開關(guān)或終點開關(guān)，當(dāng)機械運動到某一預(yù)定位置，與行程開關(guān)發(fā)生碰撞時，行程開關(guān)便發(fā)出控制信號，實現(xiàn)對機械的電氣控制。行程開關(guān)按其結(jié)構(gòu)可分為直動式、滾輪式和微動式3種。

（3）轉(zhuǎn)換開關(guān)。轉(zhuǎn)換開關(guān)是由多組相同結(jié)構(gòu)的開關(guān)元件疊裝而成，用以控制多回路的一種主令電器。它可用于控制高壓油斷路器、空氣斷路器等操作構(gòu)件的分合閘，各種配電設(shè)備中線路的換接、遙控和電流表、電壓表的換向測量等；也可用于控制小容量電動機的起動、換向和調(diào)速。由于其換接的線路多，用途廣泛，故又稱為力能轉(zhuǎn)換開關(guān)。

（4）接近開關(guān)。接近開關(guān)又稱為無觸點行程開關(guān)，其原理是當(dāng)某種物體與之接近到一定的距離時就產(chǎn)生動作信號，通過其感辨頭與被測物體間介質(zhì)能量的變化來取得信號，無需施加機械力。接近開關(guān)廣泛應(yīng)用于高速計數(shù)、測速、液面控制、檢測金屬體的存在和測量零件尺寸以及用于無觸點按鈕等。接近開關(guān)的定位精度、操作頻率、使用壽命和對惡劣環(huán)境適應(yīng)力優(yōu)于一般機械式行程開關(guān)。接近開關(guān)有電感式、電容式、超聲波式和光電式等類型。

4.3.2 繼電器

在電氣控制中，凡需要邏輯控制的幾乎都需使用繼電器。繼電器是一種當(dāng)輸入量達到一定值時，其觸頭（或電路）接通或分斷，以便自動控制交直流小容量控制回路；主要有電磁繼電器、時間繼電器、熱繼電器、速度繼電器等幾種常規(guī)的繼電器，還有一種固體繼電器。固體繼電器簡稱SSR，是一種采用固體半導(dǎo)體元件組裝而成的新穎的無觸點開關(guān)，不僅在許多自動化控制裝置中代替了常規(guī)機電式繼電器，而且還廣泛應(yīng)用于數(shù)字程控裝置、微電機控制、調(diào)溫裝置、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及計算機終端接口電路，尤其適用于動作頻繁、防爆耐潮和耐腐蝕等特殊場合。

4.3.3 接觸器

接觸器是一種頻繁接通或斷開交直流主電路、大容量控制電路等的自動切換電器。在功能上接觸器除能自動切換外，還具有手動開關(guān)所缺乏的遠距離操作功能和失壓（或欠壓）保護功能，但沒有低壓斷路器所具有的過載和短路保護功能。接觸器使用頻率高、壽命長、工作可靠、性能穩(wěn)定、成本低廉、維修簡便，是電力啟動自動控制中應(yīng)用最廣泛的控制電器之一。接觸器分為電磁接觸器、氣動接觸器、液壓接觸器等。目前，新型的真空接觸器與晶閘管交流接觸器正在被逐步使用。

4.3.4 電阻應(yīng)變式傳感器

導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在受到拉力或壓力作用時，產(chǎn)生機械變形的應(yīng)變效應(yīng)，金屬材料在其拉長時電阻增大，在受壓縮短時電阻減小，叫電阻應(yīng)變效應(yīng)。電阻應(yīng)變式傳感器就是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)的原理，它的電阻應(yīng)變由力（重力）、應(yīng)變（ε）、電阻變化（△R）、電壓輸出（△U）4個基本轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)組成。電阻應(yīng)變式傳感器也稱為負荷傳感器或稱重傳感器。應(yīng)變式傳感器的測量精度和使用可靠性高，幾乎應(yīng)用到了所有稱量領(lǐng)域和各種測力領(lǐng)域。另外，微處理機與稱重技術(shù)的結(jié)合，使小型化顯示儀表能完成許多復(fù)雜的計算功能，使電子秤的應(yīng)用超越了傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域。利用微機的數(shù)學(xué)可定義函數(shù)來修正力傳感器的輸出特性和補償。電阻應(yīng)變式傳感器廣泛應(yīng)用于電子秤和力值測量，或廣泛應(yīng)用于以質(zhì)量為基本量的各種導(dǎo)出量的測量，例如力、壓強、密度等。

（1）電阻應(yīng)變片結(jié)構(gòu)。電阻應(yīng)變片多為金屬絲繞式應(yīng)變片結(jié)構(gòu)，將直徑約0.025 mm的金屬電阻絲黏貼在基片上，上面覆一層薄膜，使它們成為一體。

（2）應(yīng)變片測量原理。在外力作用下，應(yīng)變片發(fā)生微小的機械變形，應(yīng)變片電阻也發(fā)生相應(yīng)變化。當(dāng)應(yīng)變片電阻值變化量被測得，可得被測對象的應(yīng)變值，應(yīng)力正比于應(yīng)變，而試件應(yīng)變又正比于電阻值的變化，所以應(yīng)力正比于電阻值的變化，可以用靈敏系數(shù)衡量其靈敏度。

（3）電阻應(yīng)變片種類。常用電阻應(yīng)變片可分為金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片2類。金屬電阻應(yīng)變片有絲式和箔式2種。半導(dǎo)體應(yīng)變片是用半導(dǎo)體材料，采用與絲式應(yīng)變片相同的方法制成。半導(dǎo)體應(yīng)變片工作原理是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)，當(dāng)半導(dǎo)體材料某一軸向受外力作用時，其電阻率發(fā)生變化，半導(dǎo)體應(yīng)變片體積小、靈敏度高、頻率響應(yīng)范圍寬、輸出幅值大，不需放大器可直接連接記錄儀，但其受濕度影響大，應(yīng)變時非線性比較嚴重。

（4）電阻應(yīng)變片的測量電路。由于機械應(yīng)變—般都很小，要把微小應(yīng)變引起的微小電阻值的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，需要設(shè)計一種測量電路，通常有直流電橋和交流電橋2種。

4.3.5 速度傳感器

用于檢測物體速度的傳感器主要有光柵尺、轉(zhuǎn)動式編碼器、壓電振動式陀螺傳感器，用于機械取制樣設(shè)施的皮帶走速及機器人的定位控制。

（1）光柵尺。光柵尺是以發(fā)光二極管為光源，通過在光柵尺固定間隔排列的柵縫，斷續(xù)地將光照射到對面的光敏二極管上，通過對光敏二極管接收的脈沖信號進行計數(shù)，來檢測物體移動距離；在單位時間內(nèi)對光敏二極管接收的脈沖進行計數(shù)來測量物體運動速度的傳感器通過對其相位差的檢測，還能判斷物體的移動方向。

（2）旋轉(zhuǎn)編碼器。光電旋轉(zhuǎn)編碼器是通過轉(zhuǎn)動圓形光柵盤檢測脈沖信號來檢測軸的轉(zhuǎn)數(shù)或轉(zhuǎn)速，可分為增量型及絕對型2種。增量型編碼器是通過脈沖計數(shù)來檢測軸的旋轉(zhuǎn)角度，對旋轉(zhuǎn)量作無限制地計數(shù)；絕對型傳感器配有與同心圓數(shù)相等的發(fā)光二極管及光敏二極管，以便輸出脈沖式編碼信號。

（3）壓電振動式陀螺傳感器。陀螺傳感器可分為振動式和氣動式2種。它是在恒彈性金屬鎳鉻合金制成的正三角形柱體表面黏貼壓電陶瓷片，通過檢測轉(zhuǎn)動物體的向心力來檢測物體的轉(zhuǎn)動，它將正三角形柱體產(chǎn)生的振動變換成與音叉振動頻率相等的振動彎矩，由此將轉(zhuǎn)動的角速度變換成電壓的變化量輸出。當(dāng)它不轉(zhuǎn)動時，由發(fā)振側(cè)壓電元件產(chǎn)生的振動與其他兩面壓電元件產(chǎn)生的振動振幅相等；當(dāng)它轉(zhuǎn)動時，正三角形柱體由于受到應(yīng)變，壓電元件輸出的振幅會產(chǎn)生差值。壓電振動式陀螺傳感器常用于控制移動物體的姿態(tài)、方位及轉(zhuǎn)動速度，在機器人的定位及姿態(tài)控制等方面應(yīng)用廣泛。

4.3.6 物料傳感器

物料傳感器主要用于探測機械取制樣流程中的相關(guān)溜槽、破碎機、料斗是否有鐵礦石或是否堵料，以及探測樣品收集器中料罐樣品的儲存情況。對固體顆粒敏感的物料傳感器有電容式料位開關(guān)、射頻料位開關(guān)、超聲波料位計、雷達料位計、往復(fù)擺動式料位計、阻旋式料位計、音叉料位控制器等。電容式料位開關(guān)利用電極在空氣中和在鐵礦石中電容的變化并轉(zhuǎn)化電信號輸出［1］。

5 機械取制樣系統(tǒng)傳感器進展

隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，鐵礦取制樣設(shè)施也陸續(xù)引入了新的傳感技術(shù)，如鐵精粉品位傳感技術(shù)［9］、品位波動校核預(yù)測技術(shù)［10］、微波技術(shù)［1］、同位素核技術(shù)［1］、視頻圖像識別技術(shù)等，這些智能化技術(shù)的開發(fā)使設(shè)施有些過程替代了原先需要大量體力的工作，使硬件傳感提升到軟件傳感水平，也使鐵礦取制樣傳感技術(shù)更加穩(wěn)定可靠，降低了成本、提高了效率。

6 結(jié)語

傳感器隨著自動化控制的發(fā)展而產(chǎn)生，鐵礦取制樣設(shè)施也如此，制式傳感器在工業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)銷售已經(jīng)形成發(fā)達的標(biāo)準(zhǔn)體系、生產(chǎn)規(guī)模及低廉的成本。因此，傳統(tǒng)鐵礦機械取制樣設(shè)施硬件式傳感器還將在鋼鐵原料領(lǐng)域繼續(xù)發(fā)揮作用，但未來具有智能化水平的軟件傳感器的應(yīng)用、傳感技術(shù)的發(fā)展及其在鐵礦取制樣設(shè)施中的應(yīng)用將會越來越廣泛。