稱重模塊是一種稱量設備,它包含一個稱重傳感器,以及將稱重傳感器連接至平臺、輸送皮帶、料罐、料斗、容器或者任何組成秤體的物體所*的安裝硬件。通常情況下要用三到四個稱重模塊才能完全支撐物體的總重量。這樣就能有效地將物體轉變成秤體。一個稱重模塊系統必須能夠 提供準確的稱重數據,并且能夠安全支撐物體。
稱重模塊分為兩種基本類型:壓式型和拉式型。
壓式稱重模塊
壓式稱重模塊適用于大多數的稱重應用。這些模塊可以直接安裝到地面、結構底座或橫梁上。料罐或其它物體安裝在稱重模塊的頂部。
一個典型的壓式稱重模塊。它由稱重傳感器、頂板(承受載荷)、負載銷(將載荷從頂板傳至稱重傳感器)以及底板(用螺栓固定至地面或者其它支撐表面)組成??赡軙脡壕o螺栓來防止容器翻倒。至少需要三個稱重模塊組成三角形才能完全支撐一個秤體,4 個稱重模塊組成正方形或矩形的情況也很常見。
頂板
稱重傳感器
壓緊螺栓
底板
負載銷
拉式稱重模塊
拉式稱重模塊用于上方(比如從建筑的上部構造或上層露面上)必須懸掛的料罐、料倉或其它物體上形成秤體。
一個典型的拉式稱重模塊。它采用的是 S 形的稱重傳感器,兩端都有螺紋孔。兩端都旋入了球形桿端軸承,連接叉裝置通過螺紋桿連接至上部的結構和下部的料罐。通常情況下要用三個或三個以上的稱重模塊才能完全支撐起秤體。
稱重模塊靜態與動態載荷
在為某個應用程序選擇稱重模塊時,考慮如何為稱重模塊施加載荷非常重要。料罐、料斗、料倉以及容器上的大多數稱重模塊應用都使用靜態載荷。如果是靜態載荷的話,則幾乎或者根本不會對稱重模塊產生剪切力。像輸送裝置、管架、機械秤轉換等應用以及帶有高功率攪拌機和混合機的秤使用動態載荷。使用動態載荷,在將產品放在秤上或進行加工的過程中會將水平剪切力傳輸至稱重模塊。請參閱第 6 章“壓式稱重模塊”,了解稱重模塊懸掛的類型以及其應用參數。
采用多少個稱重模塊?
對于現有安裝而言,稱重模塊的數量取決于現有支撐的數量。如果一個料罐有四個支架,那么您就需要使用四個稱重模塊。
而對于新的安裝而言,好選擇三點支撐系統,因為其確保了在稱重模塊上分配正確的載荷。如果考慮風、流體晃動或者地震載荷因素,那么料罐可能需要四個或四個以上的支撐來另外加固,防止其傾斜。
大多數的秤應用都采用三個或者四個稱重模塊。梅特勒-托利多儀表可以計算四個、八個,甚至多的稱重模塊的輸出總和,但是出四個以后就很難達到平均分配重量以及調整移位。
要計算每個稱重模塊的必要量程,請用系統總量程除以支撐的數量??偭砍桃獞冒踩禂?,以防低估了重量或者重量分配不均。在第 6 章“壓式稱重模塊”和第 7 章“拉式稱重模塊”中講述了確定稱重模塊大小的程序。環境因素(如地震荷載和風力荷載)也會影響應用中稱重模塊的量程,請參見第 4 章“稱重模塊環境影響考慮因素”。
稱重模塊現場校準
另外一個要考慮的要素就是如何校準稱重模塊系統。如果您向現有料罐添加稱重模塊的話,可能需要改造料罐才能在上面懸掛合格的校驗砝碼。料罐至少要能夠支撐相當于產品凈重(規定量程)的 20%的重量。第 8 章“稱重模塊系統校準”中講述了一些現場校準的方法。
梅特勒托利多稱重模塊秤性能
風吹向秤會同時對零度數和跨度讀數產生或積極或消極的影響。平穩的風在零度數和跨度讀數時產生
的穩定偏移,但是陣風比較典型,會在零度數和跨度讀數時造成不穩定性;好的情況下,這只會造成秤操作困難,壞的情況下則會導致重量值出現嚴重錯誤。風影響秤的方式有很多種:
1.風水平吹向秤的側面會導致負載在稱重模塊間轉移,如上一部分的第 2 點所述;這會導致某些稱重模塊過載,也會影響重量讀數的精確度。由于存在制造公差,所有的稱重傳感器的額定輸出都有一定的浮動;這在數據表中通常通過在額定輸出(單位:mV/V)后跟 ± 公差值(范圍:0.1 到 5%)來表示。如果秤無法改變位置(通常為對自動調平的物料,比如液體,進行稱重的料罐秤),由于稱重傳感器的這一輸出浮動(單位:mV/V),轉移的重量就很有可能記錄不同。選擇公差 (mV/V) 較小的稱重傳感器可以大程度上減少這類誤差,同時在校準前(通過微調接線盒)進行調整移位也可以消除這一誤差。稱重模塊中使用的梅特勒-托利多稱重傳感器一般都經過調整,公差 (mV/V) 都在
±0.25% 范圍內或者小,Flexmount 和 Centerligne 使用的 0745A 已調整至 ±0.1%。梅特勒托利多稱重模塊
2.水平吹來的風也會對秤的上表面和下表面的垂直組件產生作用力。如果上表面和下表面完全對稱, 氣流模式相同,那么產生的垂直作用力就會相等并且相反,因此會抵消。但是,這種情況并不存在,特別是考慮到附屬物的情況下,比如混合器、管路、檢視艙口和支撐架。事實上,這些力很難量化,唯一可行的方法就是遮蓋住秤或者將其置于室內,強烈建議在要求較高的精確度的情況下采用這樣方法,另請參見下面的“溫度效應”部分。注意,位于建筑背風面的料罐不一定會受到風的影響,建筑上的氣流會在背風處產生氣壓梯度,并對秤產生垂直合力。
3.如果風向與水平線呈角度,那么垂直合力就會作用于秤,這會直接影響秤的讀數。如果秤位于斜坡上或者風向被建筑物或其它障礙物改變,就會導致這一狀況發生。如果來自風扇或 HVAC 系統的氣流直接從上方作用于小量程工業稱或實驗室天平,那么在室內也會發生同樣的問題。
4.如果風在大型臺秤的下方匯集,就會發生問題,導致壓力增大,平臺傾倒。將秤置于四面墻壁完好的基坑中,以保護秤。
梅特勒托利多稱重模塊撞擊載荷
秤發生撞擊荷載可能是偶然狀況,或者是由其操作本身造成,在設計過程中要考慮到這一狀況,特別是料斗秤、臺秤和皮帶秤。它是由秤上重量的突變所致,例如,當物體掉到或者跌落到秤上時。典型的例子就是對鐵屑進行稱重,通過電磁收集器為稱裝載;以及用來對鑄件稱重的地秤,它用高架起重機將鑄件裝至秤上。如果沖擊力過強,您就需要安裝較大容量的稱重傳感器,或者采取其它措施限制外加負載。
為消除掉落物體產生的沖擊荷載,您必須清楚掉落物體的重量,掉落的垂直距離、空秤結構的重量、稱重傳感器的數量以及稱重傳感器的額定量程和彎曲度。梅特勒-托利多數據表中列出了后者。
為消除降落物體(特別是吊車荷載應用)產生的撞擊荷載,您必須清楚降落物體的重量、降落速度、空秤結構的重量、稱重傳感器的數量以及稱重傳感器的額定量程和撓曲度。
梅特勒托利多稱重模塊“壓式稱重模塊”或第 7 章“拉式稱重模塊”中所述的標準方式確定稱重傳感器/稱重模塊的大小。然后檢查撞擊荷載能否對其造成損壞。找出載荷狀況差的稱重傳感器,并用以下等式之一估算掉落或降落載荷附加至該稱重傳感器的大載荷。
MMAX = 掉落或降落載荷在差的稱重傳感器上產生的大負載(單位:lb [kg])。M1 = 差的稱重傳感器所承載的掉落或降落載荷部分(單位:lb [kg])。
梅特勒托利多稱重模塊M2 = 差的稱重傳感器所承載的秤的固定負載部分(單位:lb [kg])。
H = 物體掉落的高度(單位:英寸 [毫米])
四 R.C. = 稱重傳感器的額定量程 (Emax)(單位:lb [kg])。需要的話,請將其它單位換算成 lb 或 kg。
? = 額定量程下,稱重傳感器的傾斜度(單位:英寸 [毫米])。如果應用中使用了防震墊/減
振墊,請參見下面的“使用防震墊/減振墊”。
V = 物體降落的速度(單位:in/s [mm/s])
環 克 = 重力加速度 = 386 in/s2 [ = 9,810 mm/s2 ]
MMAX 應小于稱重傳感器或稱重模塊額定量程(單位:lb [kg])。這些等式計算得出的是秤結構發生嚴重
傾斜時的保守結果,例如,當負載掉落到相對合規的帶有 4 個稱重傳感器的地秤中心位置時。注意, 等式可用于僅帶有稱重傳感器的稱重模塊,并且一般情況下,稱重模塊的傾斜度被假定為相應稱重傳感器的傾斜度。計量單位保持一致,請使用 lb、in、in/s 和 in/s2 或 kg、mm、mm/s 和 mm/s2。
如果需要采取其它措施消除撞擊荷載,*較大量程的稱重傳感器/稱重模塊是一種可行的解決方案, 或者您可以考慮一下方案之一:
?改變過程,從而降低物體置于秤上時產生的撞擊荷載。
?切割或壓式物料以減小料塊大小。
?在秤臺上添加一些雜物。
?使用減震物料,如防震墊/減振墊、螺旋彈簧、鐵路枕木或者致密砂巖來抑制沖擊力。
要對傳輸系統中運輸的物體進行稱重,請將傳輸裝置的一部分安裝到稱重模塊上。由于物體在輸送機上進行稱重時通常會移動,因此這些應用需要一個能夠承受高水平剪切力負載,同時仍可以稱出可復驗的重量的稱重模塊。通過梅特勒-托利多自校正稱重模塊,傳輸裝置的稱重部分可以在承受水平剪切力負載時來回移動,從而減輕震動。但是稱重傳感器的自恢復懸掛裝置往往會使傳輸裝置返回“原”位置,以確保進行可重復性稱重。
有很多臺秤可以作為標準產品,但是有時需要專門建造一個平臺來配合一個特定的應用;這可能需要通過稱重模塊來完成,稱重模塊支撐的臺秤
機械秤轉換
可以通過兩種方式將舊的機械秤轉變成電子稱重。第一種方法是秤桿轉換。其中包括在添加 S 形元件拉式稱重模塊的同時保留現有的機械秤秤桿和稱重平臺。第二種方法就是換秤桿。其中包括 拆下秤桿,在現有稱重平臺下方添加壓式稱重模塊。
秤桿轉換
秤轉換可以保留機械秤的刻度盤,這樣既可以進行電子稱重,也可以進行機械稱重。在現有桿秤秤桿上插入 S 形元件拉式稱重模塊,置于刻度盤欄中??潭葥鼙P端鎖定,這樣 S 形元件就可以感應到從地磅中延伸出的橫桿施加的張力。為防止發生斷電或出現線路故障,操作人員可以為刻度盤解鎖,完全恢復機械操作。圖 2-6 顯示秤轉換。
如何確定秤轉換后稱重傳感器所需的量程(單位:磅 [千克]):
?確定桿秤秤桿因平臺的固定負載所獲得的原始張力負載(單位:磅 [千克])。
?確定現有秤的量程(單位:磅 [千克])。
?確定秤桿系統的倍數。
將以上列出的變量插入下面的公式中: 稱重傳感器量程 = 初始張力負載 + 量程
倍數
得出的就是可以采用的絕對小稱重傳感器量程,用安全系數乘以該量程,這在第 7 章“拉式稱重模塊”中作出了進一步講述。
稱重模塊幾乎可以將任意結構轉變成秤。它們可以作為結構的原始設計的一部分,也可以添加到現有結構中。本章介紹的是常見的稱重模塊應用。模塊應 料罐、料斗、料倉和容器用料罐、料斗、料倉和容器在很多行業中用于搬運物料。通過將一系列稱重模塊安裝到其中一個容器上,您就可以準確可靠地對物料進行稱重。本手冊中用“料罐”泛指稱重模塊支撐的料罐、料斗、料倉或容器,但是每一種又是特定類型的容器,用作下述用途:
料罐:料罐通常指密閉的容器,用于存儲或裝運液體、氣體或者能夠自由流動的固體。料罐的尺寸各有不同,小到裝丙烷或加熱燃料的小型家用料罐,大到裝數噸物料的大型工業料罐。圖 2-1 所示為壓式稱重模塊支撐的料罐;
它們既可以水平放置,也可以垂直放置,并且對稱或不對稱皆可。料斗:料斗指的是頂部打開的容器,并且通常用于裝運粉末或顆粒狀的固態物料。一般用于分配物料或收集配料,以便稍后進行裝運。料斗往往比料罐小,并且常懸掛在上部構造上。圖 2-2 所示為拉式稱重模塊支撐的料斗。料倉:料倉指的是類似垂直料罐的密閉容器,但是用于存儲粉末狀或顆粒狀的固態物料。料倉的尺寸各有不同,并且可以非常大型,大到裝數百噸物料。它們常置于戶外,用于向鄰近的加工廠供應原料。
容器:容器指的是配備設備的精致料罐,可以加熱、冷卻、攪拌或者進行其它處理過程。容器中通常會發生化學反應,因此它必須能夠準確地對添加的物料進行稱重。
現實狀況下梅特勒托利多稱重模塊能夠獲得怎樣的精確度?
稱秤系統的精確度取決于所采用的稱重傳感器的質量。您能夠從秤系統獲得的佳狀態也只是達到稱重傳感器的性能額定值。以下是優質的稱重傳感器的標準性能額定值:
? 非線性額定量程 (R.C.) 的 ±0.01%
?滯后:額定量程 (R.C.) 的 ±0.02%
? 綜合誤差:額定量程 (R.C.) 的 ±0.02% 到 0.03%
綜合誤差是由非線性和滯后聯合作用產生的誤差。圖 3-6 所示為稱重傳感器綜合誤差,即從零負載到額定量程之間的誤差帶。所有的重量讀數都應在該 £ 誤差帶范圍內。理想情況下,秤系統的精確度可以達到甚至過系統中單個稱重傳感器的精確度(系統量程的 0.02%,甚**)。但是,在現實狀況下,精確度會受到環境因素和結構因素(如振動、溫度、活動至固定連接、管路以及模塊支撐完整
梅特勒托利多稱重模塊預測系統精確度
料罐秤的精確度由各種因素決定,包括儀表、稱重傳感器、安裝硬件、料罐設計、底座以及環境影響
因素。不同的應用要求不同的稱重精確度。精確的配料或填料過程需要的精確度高于散裝存儲操作。表 3-2 詳細介紹了四種稱重精確度,并列出了會影響料罐秤達到這些精確度的性能的因素。遵循下表
中列出的建議將有助于確保料罐秤達到理想的精確度。
梅特勒托利多稱重模塊系統精確度總結
系統的真實精確度只能在安裝了整個系統后通過測試和驗證才能確定。安裝完所有的管路和系統組件
后,添加校驗砝碼或其它物料直至秤達到滿載量程,以對容器進行“測試”。這樣可以避免產生累積壓力,同時使系統穩定下來。系統穩定后,測試幾次(從零負載到滿載量程)以確定系統的終性能。從零負載開始,一步一步添加已知砝碼,直至達到系統的滿載量程。記錄每一步的標重。然后在從系統中取下砝碼的間隔讀取重量讀數。要確定系統的實際誤差,請將標重讀數與秤上添加的實際重量進行對比。
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