靜載稱重模塊系統(tǒng)的選型和應(yīng)用

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 接線盒及控制稱重顯示器。

   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（ V/d） 空秤量值范圍（mV） 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）。計(jì)算公式為其中 A：傳感器的總量程（kg） B：傳感器的靈敏度（mV/V） d：顯示小分度值（kg） ：輸入靈敏度（μV/d） 后計(jì)算出 X 應(yīng)在 1.2 ~24μ V/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2mV/V 的 30t傳感器模塊 4 只，小顯示分度值為20kg，可計(jì)算如下： A=30×1000× 4=120000kg B=2mV/V d=20kg 則，符合要求。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Ⅲ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)開始，一直檢驗(yàn)到使用的載荷量。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)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。

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