1 結(jié)構(gòu)和原理
隨著化工企業(yè)對產(chǎn)品品質(zhì)要求的提高, 對生產(chǎn)原料的比例要求也越來越精確, 稱重模塊作為一種新型傳感器得到了廣泛應(yīng)用。稱重模塊可用于物料的計量監(jiān)測, 如料斗/罐/槽等的計量 (替代料位計, 流量計等) ;也可用于工藝生產(chǎn)過程的配料, 如反應(yīng)釜/罐的稱重配料控制 (配料系統(tǒng)) ;還可用于質(zhì)量檢測 (檢重) 及分選等 (輥道秤, 檢重秤等) 。
稱重模塊將高精度剪切梁稱重傳感器、負荷傳遞裝置及安裝連接板等部件合為一體, 既保證了剪切梁傳感器精度高、長期穩(wěn)定性好的特點, 又解決了因安裝不當(dāng)造成的稱量誤差問題。
在稱重傳感器的彈性體受到來自受力方向的力 (如重力) 時, 彈性體產(chǎn)生相應(yīng)的微量變形, 此時粘貼在彈性體上的電阻應(yīng)變片的各橋路電阻即產(chǎn)生相應(yīng)的阻值變化。由惠斯頓電橋工作原理可知, 如此時在電阻應(yīng)變片的兩端加上一恒定的激勵工作電壓, 則電橋的兩個輸出端的電壓差即可反映出相應(yīng)的電阻應(yīng)變片的變形程度。由此, 給稱重傳感器加一恒定的激勵電壓, 通過檢測其輸出電壓差即可得出受力大小。為了保證稱重傳感器在各種環(huán)境中的測量精度, 一般在稱重傳感器的應(yīng)變片橋路中增加線性補償、零點補償和溫度補償?shù)忍幚? 以及傳感器表面的防腐處理等。同時為保證傳感器遠程激勵時的精度, 一般在應(yīng)變片的激勵兩端再輸出兩根導(dǎo)線至重量變送器或稱重終端, 用于計算激勵電壓在長線傳輸時的損失補償。
2 分類和選型
稱重模塊通常分為兩類: 靜載稱重模塊和動載稱重模塊。靜載稱重模塊主要適用于側(cè)向力較小的靜載荷稱重場合, 靜載稱重模塊可以非常方便地安裝在各種形狀的容器上。動載稱重模塊主要適用于承受水平作用力的機械裝置如流水線、傳送帶等, 另外動載稱重模塊還可用于機械平臺秤的改造。
加料方式?jīng)Q定稱重模塊種類, 當(dāng)物料是以垂直方式用輸送機或泵向斗、罐、釜和槽罐內(nèi)送入時, 應(yīng)選用靜載模塊;當(dāng)以水平方式把物料輸送到秤臺或容器內(nèi)時, 產(chǎn)生水平?jīng)_擊力, 此時應(yīng)選用動載模塊, 如輥道秤、汽車衡或軌道衡機械秤改電子稱時應(yīng)選用動載模塊。
稱重模塊還可以根據(jù)材質(zhì)分類。以梅特勒-托利多衡器有限公司的產(chǎn)品為例, 其稱重模塊按材質(zhì)分有兩種: 稱重模塊所有部件包括傳感器均采用不銹鋼; 稱重模塊所有部件除傳感器承壓頭外均采用碳鋼。在選擇模塊時應(yīng)考慮其所處的環(huán)境及容器所裝物料的性質(zhì), 如果稱重模塊長期暴露在潮濕或有腐蝕性物質(zhì)接觸的環(huán)境中, 建議選用全不銹鋼稱重模塊。
稱重模塊數(shù)量的選擇。對于已安裝支撐腳的罐, 可以根據(jù)支撐腳的數(shù)量來確定稱重模塊的數(shù)量。如果是新安裝的容器, 若為垂直放置的圓柱形容器, 用三點支撐比較穩(wěn)定;考慮風(fēng)力、晃動、震動等影響, 以采用四點支撐為宜;水平放置的容器則以四點支撐為宜。在多只模塊的系統(tǒng)中, 總的載荷應(yīng)盡可能平均地作用到每只模塊上。
稱重模塊容量的選擇。對于一臺罐秤, 在估算選用稱重模塊的容量時, 有三個主要因素需考慮: 空罐的質(zhì)量, 即秤體空載時的質(zhì)量m0;可能裝入罐內(nèi)的最大載荷ms;稱重模塊的數(shù)量n。
其次由于載荷分布不均勻以及對載荷的估計不足應(yīng)考慮一個標(biāo)準(zhǔn)安全系數(shù)f (f=1.5) ;另外由于環(huán)境的影響 (例如風(fēng)力、沖擊、振動等) 往往需要考慮第二個附加的安全系數(shù)k。單只稱重模塊的容量選擇應(yīng)滿足下面的關(guān)系式:
稱重模塊容量m≥1.5 k (m0+ms) /n
3 安裝
稱重模塊一般安裝在秤體的下部即腳、托盤等位置, 或者安裝在秤體的上部即釜、罐、斗的腰部等位置。模塊的位置分布以使重量基本均布在傳感器上為前提, 而不是幾何均布, 同一個稱重模塊系統(tǒng)的模塊必須處于同一水平面。要制造一個準(zhǔn)確的罐稱量系統(tǒng), 必須確保所有傳感器是垂直均勻受力的。為達到以上目的, 罐以及支撐部分應(yīng)盡可能地達到水平度、直線度、剛性和平行度的要求。稱重模塊的安裝對罐秤的精度影響很大, 安裝時需從以下幾方面進行考慮。
a) 在罐秤系統(tǒng)中, 支架結(jié)構(gòu)的偏斜會影響秤的精度和重復(fù)性, 因此稱重模塊支架結(jié)構(gòu)的設(shè)計有三點要求: 稱重模塊上支架偏斜引起與水平線的夾角不能大于0.5°;稱重模塊的基座支架結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)或偏斜引起與水平線的夾角不能大于0.5°; 稱重模塊的基座支架結(jié)構(gòu)偏斜 (撓度) 一致。
一臺罐秤的支架結(jié)構(gòu)的撓度應(yīng)盡可能小, 所有支點的撓度應(yīng)一致。撓度過大會引起罐體入口和出口管道的撓度變化, 從而造成線性誤差。當(dāng)各點撓度不一致時, 可能產(chǎn)生重復(fù)性誤差以及由于蠕變而產(chǎn)生的回零誤差。
b) 注意稱重模塊與支撐梁的統(tǒng)一調(diào)整。加在傳感器上載荷的中心線應(yīng)與稱重模塊支撐梁的中心線相重合。為了防止支撐梁在加載時扭轉(zhuǎn), 可以增加加強腹板。
c) 必要時加強支架結(jié)構(gòu)。當(dāng)加在金屬支架上的載荷增加時, 支撐部分易彎曲而增加撓度, 撓度過大會影響罐秤的精度。當(dāng)稱重模塊安裝在支撐梁的中間時, 產(chǎn)生的撓度最大。如果這種安裝方式不可避免, 則需要加固支撐梁, 使撓度減至最小。減少撓度比較好的辦法是把稱重模塊安裝在靠近立柱的地方, 確保在相同尺寸的結(jié)構(gòu)梁上安裝模塊, 以免不同的撓度造成重復(fù)性誤差和回零誤差。
d) 注意避免罐之間的相互影響。當(dāng)兩臺罐秤相互緊挨著安裝時, 如果使用公共的安裝基礎(chǔ), 其稱量會相互受到干擾。模塊安裝在混凝土基礎(chǔ)上是最好的一種選擇, 由于混凝土的撓度很小, 兩臺罐之間幾乎沒有什么影響。另一種較好的選擇是將稱重模塊安裝在立柱附近, 每個罐有各自獨立的支架結(jié)構(gòu), 限止撓度, 可以減少相互影響。
e) 管道設(shè)計的原則。所有與罐連接的管道應(yīng)水平敷設(shè), 防止因管道使罐懸空。盡量減少罐秤支架結(jié)構(gòu)的撓度, 從而減小管道撓度的變化。管道的第一個連接支撐點應(yīng)設(shè)置在盡量遠離罐體的地方, 這樣會增加管道的彈性。在滿足工藝要求的情況下, 管道的直徑越小越好, 管道越輕越好, 這同樣能增加管道的彈性。只要有可能, 盡量采用軟連接。應(yīng)避免把管道固定在與罐不相連的結(jié)構(gòu)上, 例如上層樓面, 而應(yīng)把管道連接在罐的支架結(jié)構(gòu)上, 以使管道與罐一起移動。
f) 罐體在設(shè)計時應(yīng)考慮標(biāo)定時安放砝碼的位置及安裝維修時的千斤頂工作位。支撐罐體的基礎(chǔ) (或樓層) 應(yīng)有足夠的承載力及剛度, 基礎(chǔ)撓度變形小于3 mm。
g) 罐體必須是獨立作用在傳感器上的, 不能與不受傳感器支撐的其他部件有任何的機械綁定, 否則稱量將會不準(zhǔn)。在事先沒有將傳感器取掉的情況下, 不要在傳感器附近進行焊接, 否則, 焊接電流會穿過傳感器導(dǎo)致傳感器損壞。
h) 要將稱重模塊安裝在便于維修的地方, 每只模塊應(yīng)有獨立的接地, 安裝完成后必須進行標(biāo)定。