张一 蔡开城
（福建省计量科学研究院/福建省力值计量测试重点实验室，福建 福州 350003 ）
【摘要】水泥净浆搅拌机,广泛应用于交通工程、水泥厂、建筑工程、有关科研机构及相关院校的水泥试验室。为了保证水泥净浆搅拌机的转速的准确溯源,需要对其进行校准。本文介绍了一种净浆搅拌机转速的新型测量方法及转速测量装置,本装置利用相对运动的原理,将自转轴的自转转速减去公转轴的公转转速得到水泥净浆搅拌机自转速度,而无需拆卸水泥净浆搅拌机来确定齿轮机构的减速比,消除了因拆卸设备而产生的安全隐患,同时提高了工作效率。2836
【关键词】水泥净浆搅拌机；新型转速测量装置；转速；
0引言
水泥净浆搅拌机是测量水泥物理性能实验的标准设备,是水泥厂、建筑施工单位、有关专业院校及科研单位水泥试验室必备的,不可缺少的设备之一,广泛应用于交通工程、建筑工程等领域。
转速是水泥净浆搅拌机的主要技术参数,转速包括公转转速和自转转速,转速的准确度直接影响到工程材料物理性能,进而影响到工程质量和建筑安全。为了保证水泥净浆搅拌机转速的准确度需要对搅拌机的转速进行校准。据调研和文献查询,水泥净浆搅拌机的公转转速可以用转速表等转速测量装置进行测量,而应用转速测量装置对搅拌机自转转速直接测量在国内尚属空白,水泥净浆搅拌机自转转速为搅拌叶片的相对自转转速减去公转转速,其中自转和公转的方向是相反的,公转逆时针,自转顺时针,其现有测量方法只能采用间接法:搅拌机自转转速采用公转转速与齿轮机构的减速比换算得到,公转转速可以直接测量而齿轮机构减速比需拆卸被检设备来获取,这样的间接测量方法不利于人员安全和设备安全且效率低下。
归结起来,现有测量方法存在以下三个问题:①水泥净浆搅拌机自转转速间接检测法需要拆装搅拌机,搅拌机一般是由三相电供电有触电的风险,这样的操作方式不方便也不利于设备的使用和维护,不利于人员的安全;②由于行星齿轮的齿轮与齿圈存在间隙,利用搅拌叶的公转转速和齿轮机构的减速比计算出来的搅拌叶自转转速与实际的自转转速度有一定的误差,随着使用时间的加长齿轮会磨损,可能误差会越来越大,这种情况下,间接检测法也无法发现误差的变化;③搅拌机自转转速间接检测法工作效率低,而每年水泥净浆搅拌机的检测工作量比较大,需要投入大量的人力物力。
1 新型转速测量装置转速测量原理
利用相对运动的原理,将自转测量模块固定在公转轴上,用自转测量模块测得的转速测量值减去公转测量模块测得的公转轴的转速测量值,得到水泥净浆搅拌机的自转转速,无需拆装搅拌机,也无需采用公转转速与齿轮机构的减速比进行换算,提高了测量精度以及工作效率,消除了安全隐患。
2 新型转速测量装置介绍
测量模块主要包括: 电源、转速传感器、主控芯片、辅助电路,各个组件集成在电路板上并进行微控制器(MCU)程序的二次开发,实现搅拌机的公转和自转速度信号的自动采集、计时和速度计算。
测量模块具体组成介绍如下：
一、电源采用纽扣电池,方便易采购,设计的电源电路负责将3V电源转换成3.3V工作电源并管理电源,包括欠压,过载,短路报警提示等。
二、转速传感器负责将转速信号转化为电信号,送入信号采集模块。 新型转速测量装置采用的反射式光电传感器 ITR20001, ITR20001符合RoHS标准，红外发射二极管和硅NPN型光电晶体管并排封装。ITR20001反射式光电传感器是高频率响应、宽工作电压范围、超低功耗、高灵敏度，低开关点的低功耗传感器。结构简单，操作方便，抗干扰性好。
三、主控芯片集成了超低功耗传感器控制、微控制器(MCU)、蓝牙模块。超低功耗传感器控制负责将采集的转速脉冲信号进行电平转换,消抖,滤波,方向识别,然后送入微控制器(MCU)进行速度计算和处理。微控制器(MCU)数据微处理器负责将转速脉冲信号进行高速计数并精确计时,通过精确定时和数字微分算法得出速度。蓝牙模块负责将微处理器计算的速度信号信号以无线的方式发送到计算机上。主控芯片可采用德州仪器公司的CC2640系列无线微控制器(MCU), CC2640将蓝牙、MCU集成到一起,具有体积小,超低功耗,非常适于电池供电的控制系统上的应用。
3 新型转速测量装置转速测量方法
将反光贴纸粘贴在公转轴上,将公转测量模块固定在搅拌机外支架上,调整公转测量模块的位置和角度,使公转测量模块的检测部对准公转轴上的反光贴纸;将反光贴纸粘贴在自转轴上,将自转测量模块固定在公转轴偏心座上,调整自转测量模块的位置和角度,使自转测量模块的检测部对准自转轴上的反光贴纸;开启搅拌机和转速测量装置开始工作,当搅拌机开始工作时,公转测量模块对公转轴的公转转速开始直接测量,待转速稳定后读取公转转速的数值,并记录。自转测量模块随公转轴一起转动并对自转轴的自转转速开始直接测量;待转速稳定后读取自转轴的自转转速的数值,并记录。通过无线传输模块将测得的公转轴的公转转速和自转轴的自转转速以数字信号的形式传输至计算机,计算机上的自动化检测软件接收数据;然后自动化检测软件将接收到的公转轴的公转转速减去自转轴的自转转速,得到搅拌机自转转速,并形成原始记录和报告。
4小结
本文介绍了一种新型转速测量装置测量,以及该装置对水泥净浆搅拌机的公转以及自转进行直接测量的方法。通过对水泥净浆搅拌机的公转自转转速的直接测量实现量值传递,保证了水泥净浆搅拌机转速的精确可靠,特别是创新的对水泥净浆搅拌机的自转转速进行了直接测量，不但提升了检测的效率，也大幅提高了数据的准确性。
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