1 概述
為了實(shí)現(xiàn)在工業(yè)環(huán)境中容器、料斗等的靜態(tài)稱重計(jì)量, 靜載稱重模塊便應(yīng)運(yùn)而生了, 它是針對(duì)用戶需求, 結(jié)合高精度稱重傳感器而研制開(kāi)發(fā)的一體化稱重單元。它將稱重傳感器、載荷傳遞裝置、限位和防過(guò)載等集合于一體, 可以方便地與多種機(jī)械設(shè)備 (如滾道、平臺(tái)、罐體、料斗等) 相連接。靜載稱重模塊采用模塊化設(shè)計(jì), 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 安裝維護(hù)方便, 互換性好的特點(diǎn), 適用于各種靜載稱重的場(chǎng)所, 可滿足容器等稱重體在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中的準(zhǔn)確稱量。適于在建材、冶金、化工、制藥、倉(cāng)儲(chǔ)、水泥等行業(yè)中對(duì)料斗、儲(chǔ)罐、反應(yīng)釜、溶解槽等進(jìn)行靜態(tài)計(jì)量。本文以模擬靜載稱重模塊為例, 簡(jiǎn)單介紹了靜載稱重模塊的選型和使用方式, 同時(shí)介紹了靜載稱重模塊在選型和安裝使用時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題。
2 靜載稱重模塊系統(tǒng)的幾種常見(jiàn)配置
靜載稱重模塊系統(tǒng)主要由靜載稱重模塊及稱重顯示控制器等組成, 按功能主要分為以下幾種 (在有防爆要求的場(chǎng)合下, 可增加防爆配置) :
2.1 僅實(shí)現(xiàn)基本的重量顯示功能
基本配置:靜載稱重模塊、接線盒及稱重顯示控制器。
2.2 在實(shí)現(xiàn)基本的重量顯示功能基礎(chǔ)上增加通訊接口、定值報(bào)警輸出、簡(jiǎn)單控制功能。
基本配置:靜載稱重模塊、接線盒及帶相應(yīng)通訊接口、定值輸出接口功能的稱重顯示控制器。
2.3 在實(shí)現(xiàn)基本的重量顯示功能基礎(chǔ)上增加
控制功能, 包括重量顯示、定量加料、卸料、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制、報(bào)警信號(hào)顯示、配方設(shè)置及流程監(jiān)控等功能。
基本配置:靜載稱重模塊、接線盒及稱重顯示控制器及控制系統(tǒng)。
3 靜載稱重模塊結(jié)構(gòu)
靜載稱重模塊在設(shè)計(jì)時(shí)多采用調(diào)節(jié)螺桿來(lái)實(shí)現(xiàn)限位功能, 通過(guò)螺桿的組合實(shí)現(xiàn)對(duì)稱重傳感器水平方向位移的限制, 同時(shí)對(duì)于稱重傳感器起到過(guò)載保護(hù)和防止傾覆危險(xiǎn)的發(fā)生。其結(jié)構(gòu)如圖1所示, 圖中各零部件作用為:
1——上安裝板:帶安裝孔用于與用戶容器支撐腳安裝板的連接。
2——壓頭座:保證不影響傳感器受力的情況下實(shí)現(xiàn)壓力信號(hào)的傳遞。
3——稱重傳感器:實(shí)現(xiàn)對(duì)載荷信號(hào)的采集。
4——調(diào)節(jié)螺桿:通過(guò)螺桿與上安裝板組合實(shí)
現(xiàn)對(duì)稱重模塊位置的限定, 限制容器在水平范圍內(nèi)有限位移, 以保證容器在環(huán)境影響變形下的準(zhǔn)確稱量。而且對(duì)于稱重傳感器起到過(guò)載保護(hù)和防止傾覆危險(xiǎn)的發(fā)生。同時(shí), 在更換傳感器時(shí)也可以將其升起以支撐容器支腿, 為更換傳感器提供方便。
5——跨接導(dǎo)線:使稱重傳感器上下安裝板成為等勢(shì)體, 保護(hù)稱重傳感器免受非預(yù)想的過(guò)電流對(duì)其產(chǎn)生的損害。
6——輔板:用于運(yùn)輸和安裝時(shí)避免傳感器受到過(guò)載荷的沖擊, 正常使用時(shí)去除。
7——安裝架:用于傳感器的安裝, 下安裝板上帶安裝孔用于模塊與基礎(chǔ)安裝架的連接。
根據(jù)限位結(jié)構(gòu)的不同形式, 有的靜載稱重模塊又分為全約束模塊、半自由模塊、自由模塊三種基本形式。全約束模塊是指該模塊在水平范圍內(nèi)為全約束;半自由模塊是指該模塊在水平范圍內(nèi)僅可以在單一方向上運(yùn)動(dòng), 其自由度受到限制;自由模塊是指該模塊在水平范圍內(nèi)是可以自由運(yùn)動(dòng)的。
4 靜載稱重模塊的選型
4.1 靜載稱重模塊數(shù)量的選擇
常見(jiàn)的靜載稱重模塊系統(tǒng)多由3個(gè)或4個(gè)稱重模塊組成, 其布置方式如下:
4.1.1 三點(diǎn)支撐
將靜載稱重模塊均布于同一圓周上。對(duì)于由全約束模塊、半自由模塊、自由模塊三種基本模塊組成的系統(tǒng), 則三種基本模塊各1個(gè)。
4.1.2 四點(diǎn)支撐
將稱重模塊均布于同一圓周或矩形的4個(gè)頂點(diǎn)上。對(duì)于由全約束模塊、半自由模塊、自由模塊三種基本模塊組成的系統(tǒng), 則4個(gè)點(diǎn)為全約束模塊、半自由模塊各一個(gè), 自由模塊兩個(gè)。
4.1.3 多點(diǎn)支撐
在用戶的實(shí)際應(yīng)用中有時(shí)需要多點(diǎn)支撐, 即4個(gè)以上的支撐點(diǎn)安裝稱重模塊。在該種情況下, 可將稱重模塊均布于同一圓周或類似于四點(diǎn)支撐的情況。對(duì)于由全約束模塊、半自由模塊、自由模塊三種基本模塊組成的系統(tǒng), 稱重模塊可選擇全約束模塊、半自由模塊各為一個(gè), 其他需要的承重點(diǎn)由自由模塊補(bǔ)足。
4.2 靜載稱重模塊量程的選擇
靜載稱重模塊系統(tǒng)一般是由計(jì)量裝置 (載體) 、靜載稱重模塊 (稱重傳感器) 和稱重顯示控制器三部分組成的。稱重傳感器主要用于質(zhì)量和力的測(cè)量, 為了稱重計(jì)量的準(zhǔn)確性和可靠性, 在設(shè)計(jì)稱重計(jì)量裝置時(shí), 對(duì)于多只稱重傳感器模塊組成的系統(tǒng), 稱重傳感器模塊量程的選擇一般遵循如下原則。
固定負(fù)荷 (秤臺(tái)或容器自重) +變動(dòng)負(fù)荷 (物料重量) +沖擊、振動(dòng)等≤0.6×單只稱重傳感器額定負(fù)荷×稱重傳感器個(gè)數(shù)
其中, 系數(shù)0.6是一般性要求, 可以在0.25~0.8 (甚至更寬) 波動(dòng), 主要是根據(jù)計(jì)量精度要求和儀表的情況決定的。具體地說(shuō), 系數(shù)偏小時(shí), 使用傳感器的有效量程較小, 要求儀表的分辨率高, 儀表示值穩(wěn)定性相對(duì)較低, 但是傳感器的使用壽命就高。系數(shù)偏大時(shí), 使用傳感器的有效量程較大, 要求儀表的分辨率低, 儀表示值穩(wěn)定性相對(duì)較高, 但是傳感器的使用壽命偏低。因此在選擇稱重傳感器的量程時(shí), 需綜合考慮相關(guān)因素。
4.3 靜載稱重模塊選型的其他注意事項(xiàng)
靜載稱重模塊在選型時(shí), 還需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況 (防腐、防爆要求) , 來(lái)確定靜載稱重模塊的材質(zhì) (碳鋼防腐處理或不銹鋼材質(zhì)) 、防護(hù)及防爆等級(jí)要求等。
5 稱重顯示控制器的選型
在選擇靜載稱重模塊的同時(shí), 稱重顯示控制器也必須同時(shí)考慮, 主要應(yīng)注意如下幾個(gè)參數(shù):輸入靈敏度范圍 (μV/d) 、空秤量值范圍 (m V) 、供橋電壓 (V) 等。
5.1輸入靈敏度計(jì)算 (假設(shè)儀表的供橋電壓12V, 輸入靈敏度范圍在1.2~24μV/d之間) 。
其中A:傳感器的總量程 (kg)
B:傳感器的靈敏度 (m V/V)
d:顯示最小分度值 (kg)
X:輸入靈敏度 (μV/d)
最后計(jì)算出X應(yīng)在1.2~24μV/d之間, 方才符合儀表的使用范圍。
舉例:一臺(tái)60t料斗秤, 共使用靈敏度為2m V/V的30t傳感器模塊4只, 最小顯示分度值為20kg, 可計(jì)算如下:
A=30×1000×4=120000kg
B=2m V/V
d=20kg
則
注:在有防爆要求的場(chǎng)合下, 應(yīng)考慮安全柵對(duì)傳感器信號(hào)的影響。
5.2 在選擇稱重顯示控制器參數(shù)的同時(shí), 還應(yīng)考慮對(duì)稱重顯示控制器的接口要求、安裝要求、環(huán)境要求等。
6 靜載稱重模塊的安裝
6.1 對(duì)用戶現(xiàn)場(chǎng)的要求
6.1.1 基本要求
●計(jì)量設(shè)備進(jìn)出料口等處應(yīng)采用軟連接, 不得影響稱重計(jì)量。
●對(duì)于重心較高的計(jì)量設(shè)備, 設(shè)備周邊應(yīng)作必要的橫向牽引防護(hù), 增加防護(hù)安全。
●用戶計(jì)量設(shè)備支撐腿與基礎(chǔ)安裝架要有足夠強(qiáng)度、剛度, 應(yīng)保證在稱重模塊額定載荷作用下發(fā)生變形不超過(guò)l/1000。
●基礎(chǔ)安裝板上平面以及設(shè)備支撐腿安裝板下平面各要求在同一平面內(nèi), 相互間高度允差均不大于2mm或支點(diǎn)距的2/1000 (兩者取最小值) 。
●模塊支撐點(diǎn)的承載力應(yīng)不小于模塊用傳感器量程的150%, 單個(gè)基礎(chǔ)安裝板和設(shè)備支撐腿安裝板的水平度均應(yīng)在l/500之內(nèi)。
●現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)注意, 嚴(yán)禁可能損壞傳感器的電流 (例如焊接電流) 通過(guò)傳感器。
6.1.2 防爆場(chǎng)合的附加要求
●防爆稱重模塊在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí), 特別應(yīng)避免受到?jīng)_擊或撞擊, 以避免出現(xiàn)危險(xiǎn)火花。
●防爆稱重模塊所使用的防爆稱重傳感器作為現(xiàn)場(chǎng)本安設(shè)備 (氣體環(huán)境場(chǎng)合) , 必須在本安設(shè)備 (本安防爆傳感器) 與非本安設(shè)備 (非本安防爆儀表) 之間配置安全柵。
●當(dāng)防爆稱重模塊用于粉塵爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所時(shí), 設(shè)備表面應(yīng)定期清掃, 防止粉塵積聚。
●用戶在安裝、使用和維護(hù)產(chǎn)品時(shí), 必須同時(shí)嚴(yán)格遵守相關(guān)防爆標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范。
6.2 靜載稱重模塊的安裝
稱重模塊安裝時(shí)模塊輔板不拆除, 將模塊整體在安裝位置擺放, 然后模塊上安裝板與容器支撐腿安裝板用螺栓連接緊固, 模塊位置固定后, 下安裝板用螺栓連接于基礎(chǔ)安裝板上或直接將下安裝板焊接于基礎(chǔ)安裝板上, 焊接時(shí)應(yīng)注意焊接電流不應(yīng)通過(guò)傳感器, 以免損壞傳感器。安裝完畢后拆除輔板, 調(diào)節(jié)限位使之滿足安裝要求, 然后即可開(kāi)始校驗(yàn)使用。
7 靜載稱重模塊系統(tǒng)的校準(zhǔn)
在靜載稱重模塊系統(tǒng)安裝完畢后, 必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行稱量校準(zhǔn)。目前, 這種稱量系統(tǒng)常見(jiàn)的有五種檢驗(yàn)方法:砝碼標(biāo)定法、替代法、比對(duì)法、預(yù)標(biāo)定法和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源標(biāo)定法。其中, 比對(duì)法、預(yù)標(biāo)定法和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源標(biāo)定法適用于對(duì)系統(tǒng)精度要求不高且現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法使用砝碼標(biāo)定法和替代法兩種方法進(jìn)行標(biāo)定的情況, 以下對(duì)這幾種方法簡(jiǎn)要介紹一下。
7.1 砝碼標(biāo)定法
對(duì)于涉及貿(mào)易結(jié)算的稱量系統(tǒng), 必須用標(biāo)準(zhǔn)砝碼進(jìn)行標(biāo)定, 使之滿足級(jí)秤標(biāo)準(zhǔn), 此時(shí), 應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況, 在計(jì)量設(shè)備上安裝堆放砝碼的支架、平臺(tái)或其它替代裝置, 以方便校準(zhǔn)。
7.2 替代法
對(duì)于不涉及貿(mào)易結(jié)算的工藝用稱重系統(tǒng), 由于承載器在設(shè)計(jì)時(shí)一般不考慮安放標(biāo)準(zhǔn)砝碼的位置, 往往只能用少量標(biāo)準(zhǔn)砝碼來(lái)檢驗(yàn), 這樣只能使用其它替代物進(jìn)行標(biāo)定, 反復(fù)的使用有限砝碼和替代物, 從零點(diǎn)開(kāi)始, 一直檢驗(yàn)到使用的最大載荷量。
使用替代法的關(guān)鍵問(wèn)題是, 要求被測(cè)試裝置的重復(fù)性必須高, 同時(shí)必須滿足生產(chǎn)工藝要求。
7.3 比對(duì)法
它是選用在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試裝置 (例如測(cè)力機(jī)) 上標(biāo)定好的一套稱重傳感器和稱重顯示器, 與稱量系統(tǒng)上的稱重傳感器和稱重顯示器相比較。使用比對(duì)法的關(guān)鍵問(wèn)題是, 要求在使用現(xiàn)場(chǎng)預(yù)先設(shè)計(jì)可安裝標(biāo)準(zhǔn)裝置的位置, 所以使用比對(duì)法檢驗(yàn)最好是在設(shè)計(jì)稱量系統(tǒng)時(shí)就著手進(jìn)行。
7.4 預(yù)標(biāo)定法
它是指靜載稱重模塊系統(tǒng)在出廠前, 通過(guò)測(cè)力機(jī)給傳感器加載額定負(fù)荷, 調(diào)整接線盒內(nèi)的可調(diào)電阻使每只傳感器的輸出靈敏度一樣, 然后將所有傳感器、接線盒、稱重顯示器組成稱重系統(tǒng), 用測(cè)力機(jī)校正顯示儀表的零點(diǎn)和滿量程 (此處的滿量程為客戶現(xiàn)場(chǎng)使用的滿量程) 。這樣, 模塊系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)安裝后只需要重新校準(zhǔn)儀表的零點(diǎn)即可。使用預(yù)標(biāo)定法的關(guān)鍵問(wèn)題是對(duì)靜載稱重模塊的安裝要求較高。
7.5 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源標(biāo)定法
它是指在已知秤體 (容器) 自重及稱重傳感器量程及靈敏度等參數(shù)的情況下, 通過(guò)理論計(jì)算, 得到靜載稱重模塊系統(tǒng)的空秤信號(hào)值 (或能夠?qū)嶋H測(cè)得) 和滿量程信號(hào)值, 然后, 用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源替代稱重傳感器與稱重顯示控制器連接。調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源, 使之輸出電壓等于所計(jì)算的空秤信號(hào)值, 來(lái)進(jìn)行空秤校準(zhǔn);再調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源, 使之輸出電壓等于所計(jì)算的滿量程信號(hào)值, 來(lái)實(shí)現(xiàn)量程校準(zhǔn)。
校準(zhǔn)完成后, 將靜載稱重模塊與稱重顯示控制器連接, 若能實(shí)現(xiàn)空秤狀態(tài), 此時(shí)只需進(jìn)行實(shí)際空秤校準(zhǔn)即可。
8 結(jié)束語(yǔ)
因本人在工作中接觸到的部分衡器設(shè)計(jì)人員及衡器產(chǎn)品用戶對(duì)靜載稱重模塊系統(tǒng)的選型及應(yīng)用了解程度不夠全面, 所以, 在這里對(duì)傳感器靜載稱重模塊的選型和應(yīng)用做簡(jiǎn)單介紹, 以增進(jìn)廣大用戶對(duì)傳感器靜載稱重模塊的了解, 方便今后靜載稱重模塊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和使用。但因本人水平有限, 還望廣大讀者對(duì)本文加以批評(píng)指正。