稱重模塊的選型和安裝

王宇航

(廣東寰球廣業(yè)工程有限公司電儀室,廣州 510240)

1 結(jié)構(gòu)和原理

隨著化工企業(yè)對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)要求的提高,對(duì)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(jì)量監(jiān)測,如料斗/罐/槽等的計(jì)量(替代料位計(jì),流量計(jì)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(fù)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(diǎn),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(shí),彈性體產(chǎn)生相應(yīng)的微量變形,此時(shí)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(shí)在電阻應(yīng)變片的兩端加上一恒定的激勵(lì)工作電壓,則電橋的兩個(gè)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(lì)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(bǔ)償、零點(diǎn)補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償?shù)忍幚?以及傳感器表面的防腐處理等。同時(shí)為保證傳感器遠(yuǎn)程激勵(lì)時(shí)的精度,一般在應(yīng)變片的激勵(lì)兩端再輸出兩根導(dǎo)線至重量變送器或稱重終端,用于計(jì)算激勵(lì)電壓在長線傳輸時(shí)的損失補(bǔ)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(dòng)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(dòng)載稱重模塊主要適用于承受水平作用力的機(jī)械裝置如流水線、傳送帶等,另外動(dòng)載稱重模塊還可用于機(jī)械平臺(tái)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(jī)或泵向斗、罐、釜和槽罐內(nèi)送入時(shí),應(yīng)選用靜載模塊;當(dāng)以水平方式把物料輸送到秤臺(tái)或容器內(nèi)時(shí),產(chǎn)生水平?jīng)_擊力,此時(shí)應(yīng)選用動(dòng)載模塊,如輥道秤、汽車衡或軌道衡機(jī)械秤改電子稱時(shí)應(yīng)選用動(dòng)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(shí)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(duì)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(diǎn)支撐比較穩(wěn)定;考慮風(fēng)力、晃動(dòng)、震動(dòng)等影響,以采用四點(diǎn)支撐為宜;水平放置的容器則以四點(diǎn)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(duì)于一臺(tái)罐秤,在估算選用稱重模塊的容量時(shí),有三個(gè)主要因素需考慮:空罐的質(zhì)量,即秤體空載時(shí)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(duì)載荷的估計(jì)不足應(yīng)考慮一個(gè)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(dòng)等)往往需要考慮第二個(gè)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:

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(gè)稱重模塊系統(tǒng)的模塊必須處于同一水平面。要制造一個(gè)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(dá)到以上目的,罐以及支撐部分應(yīng)盡可能地達(dá)到水平度、直線度、剛性和平行度的要求。稱重模塊的安裝對(duì)罐秤的精度影響很大,安裝時(shí)需從以下幾方面進(jìn)行考慮。

a)在罐秤系統(tǒng)中,支架結(jié)構(gòu)的偏斜會(huì)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(jì)有三點(diǎn)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(tái)罐秤的支架結(jié)構(gòu)的撓度應(yīng)盡可能小,所有支點(diǎn)的撓度應(yīng)一致。撓度過大會(huì)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(diǎn)撓度不一致時(shí),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(shí)扭轉(zhuǎn),可以增加加強(qiáng)腹板。

c)必要時(shí)加強(qiáng)支架結(jié)構(gòu)。當(dāng)加在金屬支架上的載荷增加時(shí),支撐部分易彎曲而增加撓度,撓度過大會(huì)影響罐秤的精度。當(dāng)稱重模塊安裝在支撐梁的中間時(shí),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(tái)罐秤相互緊挨著安裝時(shí),如果使用公共的安裝基礎(chǔ),其稱量會(huì)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(tái)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(gè)罐有各自獨(dú)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(jì)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(gè)連接支撐點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在盡量遠(yuǎn)離罐體的地方,這樣會(huì)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(dòng)。

f)罐體在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮標(biāo)定時(shí)安放砝碼的位置及安裝維修時(shí)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(dú)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(jī)械綁定,否則稱量將會(huì)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(jìn)行焊接,否則,焊接電流會(huì)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(dú)立的接地,安裝完成后必須進(jìn)行標(biāo)定。

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