料罐和容器設計
將出現料罐秤的精確度會受到料罐本身設計的影響。應設計新的料罐,保證其在物料重量作用下不會嚴重彎曲,并且不會在滿載或空載的情況下出現壓力失衡。如果您要將現有料罐轉至秤上,您可能需要修改料罐來滿足這些要求。
壓式秤的穩定性
稱重模塊旨在將負載準確移至稱重傳感器,同時避免發生上一部分中所述的不必要的作用力。
是從 Centerlign(一種典型壓式稱重模塊)頂板的簡化橫截面圖。
頂板
搖桿銷
稱重傳感器
梅特勒托利多稱重模塊Centerlign 頂板的簡化橫截面
它顯示的是置于搖桿銷上的頂板,是將載荷移至稱重傳感器的工具。搖桿銷的上表面為球面半徑,這就是說頂板只有單點支撐,理論上應為頂板的中心點。另外,稱重模塊必須具備允許頂板在發生熱膨脹和收縮時水平移動的機制,這種情況下,搖桿銷經過 5-7 次傾斜,使頂板的支撐點水平移開中心點位置。前述狀況有兩個重要后果:
1.無法向頂板施加力矩來防止其轉出水平面之外。
2.頂板會自然轉出水平面之外。即使從上方向頂板添加負載,下面的支撐點也會因為熱膨脹/收縮輕微偏離中心,這樣就會產生多種轉動頂板的可能。這一情形會因為必然的制造和安裝容差而加重。
這些點對所有稱重模塊都適用,并且對壓式秤的設計師有很多啟示:
?一個單獨的壓式稱重模塊無法支撐一個秤,至少需要三個稱重模塊。在平面圖中,稱重模塊不能在一條直線上,三個稱重模塊必須安排成三角形,四個則要安排成正方形或矩形等。
?作用于稱重心的垂直重力應始終在支撐點規定的稱重模塊頂板上的水平面范圍內;不得出這一范圍。換句話說,在正常的稱重狀況下一定會對稱重模塊產生一些向下的作用力。不能過任何稱重模塊的額定量程,因為可能會損壞稱重傳感器;理想狀況下重心應在位置,這樣所有的稱重模塊才能平均負載。
?請參見圖 5-8,稱重模塊必須夾在堅固的底座(下部)和堅固的秤結構(下部)之間,以確保基座和頂板保持在水平面內。底座可以是混凝土,也可以是鋼結構。秤結構可為鋼質平臺,也可為料罐、料斗等,增加稱重模塊頂板的堅固性。如果料罐有支架,支架一定要牢固并且呈十字支撐,請參見下面的圖 5-15a 和 5-15b。
典型的秤配置(可看到 4 個稱重模塊中的 2 個)
?基板不能直接置于腳輪或車輪上,如圖 5-9 所示。可以制作案秤,但是車輪/腳輪與稱重模塊基板之間必須有堅固的架構。
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。
稱重模塊一般安裝指南
向稱重傳感器施加力
使用應變計的稱重傳感器十分敏感,能夠檢測到重量發生的十分細微的變化。技巧是確保它們僅對您想要測量的重量作出反應,而不對其它力作出反應。要獲得準確的重量讀數,您必須認真核實重量施加至稱重傳感器的方式及位置。理論上,安裝的稱重傳感器要使負載在整個重量范圍內垂直施加(參見圖 5-1)。
要獲得理想的稱重效果,稱重容器和稱重傳感器支撐需要保持水平和平行,并且要務必無比牢固。如梅特勒托利多稱重模塊
果料罐秤及其結構支撐經過仔細設計和安裝,那么秤就可以獲得理想的載荷應用。如果秤安裝不正確,則由多種力會影響其精確度。下面的部分講述的是料罐秤應用中常碰到的載荷問題。
角向載荷
如果力并非完全垂直施加至稱重傳感器,那么就會發生角向負載。這一對角力可看作是其垂直組件和水平組件的合力。在設計完好的稱重模塊應用中,稱重傳感器會感應出重量(垂直作用力),但無法感應到側向負載(水平力)。
為帶有稱重傳感器的稱重模塊應用固定在底座上。料罐重量產生的力完全垂直向下。圖 5-2b 中的作用力有一定的角度。該角向力的垂直組件 (F) 垂直于稱重傳感器, 并受到感應;相當于圖 5-2a 中施加的力。水平組件(側向力)= F × Tangent θ.
所示為角向負載是如何影響固定在進行稱重的料罐上的稱重傳感器。圖 5-3a 所示為作用力完全垂直的理想安裝情況。在圖 5-3b 中,垂直于稱重傳感器并受到感應的作用力 (FN) 會小于理想安裝情況下施加到稱重傳感器上的垂直作用力 (F)。這種情況下,FN = F × Cosine θ.梅特勒托利多稱重模塊
如果垂直作用力的施加方向不在中心線上,就會出現偏心荷載。這一問題可能由熱膨脹和收縮所致,也可能由安裝硬件設計不佳所致。使用能夠適應膨脹和收縮的稱重模塊,您就可以避免偏心荷載問題。
側向載荷和端部載荷
如果水平力作用于稱重傳感器的側面或端部,則會發生側向負載和端部負載(請參見圖 5-5)。它們可能由熱膨脹和收縮、偏離或者動態負載引起的容器移位所致。側向和端部作用力可能會影響秤的線性和磁滯。對于靜態負載應用而言,請使用能夠抵消熱運動的稱重模塊系統。而對于動態負載應用而言,請使用帶有自校準負載銷懸架的稱重模塊系統。
施加至稱重傳感器的側向作用力和端部作用力
如果側向所用力轉動稱重傳感器,則會發生轉矩載荷。這可能由結構彎曲、系統動力則學、熱運動或安裝硬件偏離所致。轉矩載荷會降低系統的精確度和可重復性。為避免發生這一問題, 請務必遵守相應的結構支撐和安裝指南,并使用防止料罐運動的稱重模塊。
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