定量供液即每次準(zhǔn)確地供給恒定量的液體以滿(mǎn)足特定的需要。這一技術(shù)在石油、化工、釀造行業(yè)中已得到廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，隨著高性能混凝土的不斷發(fā)展，水和外加劑等液體的精確及時(shí)添加為混凝土質(zhì)量提供了可靠保證，因此，水和外加劑等液體的定量供給技術(shù)在混凝土生產(chǎn)中越來(lái)越得到重視。

 

通過(guò)多年來(lái)對(duì)日本、意大利、澳大利亞等國(guó)外產(chǎn)品及國(guó)內(nèi)設(shè)備中定量供液技術(shù)的分析，結(jié)合自己在生產(chǎn)實(shí)踐中積累的資料和設(shè)備改造過(guò)程中的體會(huì)，本文重點(diǎn)介紹混凝土生產(chǎn)設(shè)備中定量供液的分類(lèi)、工作原理、成本效益比較及發(fā)展趨勢(shì)，為技術(shù)改造、產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供參考。

 

1　定量供液的分類(lèi)

 

在混凝土生產(chǎn)設(shè)備的發(fā)展過(guò)程中，經(jīng)過(guò)了單獨(dú)添加水到同時(shí)添加水和多種液體外加劑的過(guò)程，根據(jù)定量供液的形式來(lái)劃分可初步分為質(zhì)量定量和容積定量?jī)纱箢?lèi)。

 

質(zhì)量定量就是每次稱(chēng)出相同的液體質(zhì)量，使之滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝的需要。根據(jù)供液精度的要求不同，又可分為機(jī)械秤式和電子秤式稱(chēng)量系統(tǒng)。

 

容積定量即每次通過(guò)計(jì)量液體的容積來(lái)推算液體重量以實(shí)現(xiàn)定量控制的方法。根據(jù)核定容積的形式和采集信號(hào)的方法不同，又可分為接近開(kāi)關(guān)式、定時(shí)計(jì)量式、渦輪流量傳感器式等多種容積定量形式，分別滿(mǎn)足不同混凝土生產(chǎn)設(shè)備的需要。

 

2　定量供液的工作原理

 

定量供液系統(tǒng)主要由動(dòng)力裝置(馬達(dá)或電磁閥)、信號(hào)采集裝置和控制反饋裝置三大部分組成，見(jiàn)圖1。

 

 

 

 

 

 

圖1　定量供液原理圖

 

三大部分分別實(shí)現(xiàn)恒定液壓的保證、準(zhǔn)確信號(hào)的提取、精確控制的獲得。

 

2.1　電子秤式

 

隨著微機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，目前幾乎所有國(guó)外的攪拌站(樓)以及國(guó)內(nèi)的HZS和HLS系列攪拌站(樓)的供液系統(tǒng)均采用了電子秤式稱(chēng)量系統(tǒng)。

 

電子秤通過(guò)傳感器上的應(yīng)變片采集到供液重量信號(hào)，應(yīng)變片產(chǎn)生的微弱變形導(dǎo)致電阻的變化，從而改變稱(chēng)量電路中的電流，通過(guò)模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換可直接在顯示器上獲得供液重量值，以實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制。該裝置操作簡(jiǎn)單，精確度高，且可通過(guò)電腦即時(shí)監(jiān)控。

 

2.2　定時(shí)計(jì)量式

 

國(guó)內(nèi)建筑工地用小型攪拌機(jī)及早期攪拌站均采用定時(shí)方法通過(guò)控制供液泵的啟閉來(lái)實(shí)現(xiàn)定量控制。意大利PUMA型全自動(dòng)攪拌站的供水計(jì)量裝置也采用定時(shí)計(jì)量法，該裝置在一水容器內(nèi)裝有進(jìn)排水電磁閥以及用于限制水位的兩個(gè)電極。根據(jù)水在一定壓力和一定管徑內(nèi)具有一定流量的原理，采用由電壓及溫度穩(wěn)定的電子式時(shí)間繼電器來(lái)進(jìn)行控制，采用粗細(xì)分級(jí)調(diào)節(jié)時(shí)間的方法來(lái)控制液體重量。這種方法可保證供液精度在±2%以?xún)?nèi)。

 

2.3　接近開(kāi)關(guān)式

 

接近開(kāi)關(guān)式定量供液有容器式和累計(jì)流量表式。

 

容器式定量系統(tǒng)在國(guó)外早期的外加劑供給系統(tǒng)中應(yīng)用較廣，日本石川島生產(chǎn)的攪拌樓供水系統(tǒng)就是采用容器式定量。其結(jié)構(gòu)是，利用鋼板制成一截面積相同的容器，內(nèi)裝有微型接近開(kāi)關(guān)和進(jìn)出液電磁閥;其控制過(guò)程是，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出排液信號(hào)時(shí)，排液電磁閥動(dòng)作開(kāi)始排液，當(dāng)液位下降到下限定位時(shí)，微型接近開(kāi)關(guān)動(dòng)作，關(guān)閉排液電磁閥，停止排液;適當(dāng)延時(shí)后，供液電磁閥動(dòng)作，開(kāi)始供液，液位上升到上限時(shí)，微型開(kāi)關(guān)動(dòng)作，關(guān)閉供液電磁閥，并準(zhǔn)備下一個(gè)循環(huán)。

 

累計(jì)流量表式定量系統(tǒng)是通過(guò)帶微動(dòng)開(kāi)關(guān)、可移動(dòng)指針的計(jì)量表和控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)定量控制的。其工作原理是當(dāng)流過(guò)計(jì)量表的累計(jì)液體流量達(dá)到或接近給定值時(shí)，微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，給出信號(hào)關(guān)閉電磁閥和動(dòng)力泵，實(shí)現(xiàn)定量供給。

 

2.4　渦輪流量傳感器式

 

當(dāng)被測(cè)介質(zhì)流經(jīng)渦輪流量傳感器時(shí)，推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)。葉輪即周期性地改變磁電感應(yīng)系統(tǒng)中的磁阻值，使通過(guò)線(xiàn)圈的磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生電流脈沖信號(hào)，經(jīng)放大器放大后，傳致二次儀表，實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量，根據(jù)流量實(shí)現(xiàn)定量控制。這里重點(diǎn)介紹數(shù)字定量控制和微機(jī)定量控制兩種方式。

 

2.4.1　數(shù)字定量控制

 

我公司的減水劑添加系統(tǒng)中有兩家采用澳大利亞生產(chǎn)的數(shù)字定量控制儀。它的控制原理圖見(jiàn)圖2，首先通過(guò)控制儀的調(diào)節(jié)旋鈕設(shè)置所需的數(shù)值，當(dāng)控制儀接收到渦輪流量傳感器的信號(hào)后，經(jīng)放大整形為矩形波，并經(jīng)系數(shù)器整定成流量為單位矩形波，通過(guò)計(jì)數(shù)器與設(shè)定值相比較，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，控制器發(fā)出信號(hào)使供液馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，終止供液。

 

 

 

 

 

 

圖2　數(shù)字定量控制原理框圖

 

2.4.2　微機(jī)定量控制

 

用微機(jī)來(lái)控制液體流量技術(shù)主要是通過(guò)編程技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在混凝土生產(chǎn)設(shè)備中可單獨(dú)或附帶使用單片機(jī)、PC機(jī)來(lái)處理來(lái)自渦輪流量傳感器的信號(hào)。無(wú)論是程序復(fù)雜的專(zhuān)家系統(tǒng)還是簡(jiǎn)單的專(zhuān)用程序，其控制硬件及周邊設(shè)備的輸入輸出都是一樣的，圖3為一單片機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理圖。靈活的編程技術(shù)可迅速處理來(lái)自信號(hào)采集系統(tǒng)的多種信號(hào)，準(zhǔn)確及時(shí)控制液體重量。

 

 

 

 

 

 

圖3　微機(jī)定量控制工作原理方框圖

 

3　定量精度控制技術(shù)

 

在混凝土生產(chǎn)設(shè)備中對(duì)定量精度要求較高的液體通常在供液動(dòng)力裝置和控制系統(tǒng)中采用相應(yīng)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

 

3.1　通過(guò)改變電壓調(diào)整馬達(dá)轉(zhuǎn)速的方法

 

比較經(jīng)典的電腦控制的電子秤式定量的獲取就是通過(guò)編程技術(shù)設(shè)定粗細(xì)供液轉(zhuǎn)換點(diǎn)、滴漏值，輸出不同的電壓信號(hào)來(lái)控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)精確供液的目的。其電壓改變與定量值的關(guān)系圖見(jiàn)圖4，圖中電壓下降斜率越小，越利于提高精度。

 

 

 

 

 

 

圖4　粗/細(xì)配重量電壓關(guān)系圖

 

3.2　采用大小電磁閥分時(shí)控制方法

 

在利用電磁閥的關(guān)斷來(lái)供液時(shí)，可采用大小電磁閥來(lái)供液。當(dāng)大電磁閥開(kāi)啟達(dá)到供液量的80%時(shí)，關(guān)閉大電磁閥，同時(shí)開(kāi)啟小電磁閥繼續(xù)供液，直到設(shè)定值為止。這樣既可避免關(guān)閉大電磁閥時(shí)過(guò)大的瞬時(shí)沖擊，又可減少設(shè)置提前量而造成的誤差。

 

4　混凝土生產(chǎn)設(shè)備中定量供液技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

 

各種定量供液系統(tǒng)因其生產(chǎn)成本、穩(wěn)定性等因素而適用于不同的設(shè)備中，我們也可根據(jù)不同液體材料的使用要求而具體選擇。表1列出了幾種常見(jiàn)定量供液系統(tǒng)的成本性能分析。