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1 概述
為了實現(xiàn)在工業(yè)環(huán)境中容器 料斗等的靜態(tài)稱重計量，靜載稱重模塊便應(yīng)運而生了，它是針對用戶需求，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 限位和防過載等集合于一體，可以方便地與多種機械設(shè)備(如滾道、平臺、罐體、料斗等)相連接。靜載稱重模塊采用模塊化設(shè)計，具有結(jié)構(gòu)簡單，安裝維護(hù)方便，互換性好的特點，適用于各種靜載稱重的場所，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、倉儲、水泥等行業(yè)中對料斗、儲罐反應(yīng)釜、溶解槽等進(jìn)行靜態(tài)計量。本文以模擬靜載稱重模塊為例，簡單介紹了靜載稱重模塊的選型和使用方式，同時介紹了靜載稱重模塊在選型和安裝使用時應(yīng)注意的幾個問題。
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(在有防爆要求的場合下，可增加防爆配置)：
2.1 僅實現(xiàn)基本的重量顯示功能
基本配置：靜載稱重模塊 接線盒及稱重顯示控制器。
2.2 在實現(xiàn)基本的重量顯示功能
基礎(chǔ)上增加通訊接口、定值報警輸出、簡單控制功能。
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)場設(shè)備控制 報警信號顯示 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)計時多采用調(diào)節(jié)螺桿來實現(xiàn)限位功能，通過螺桿的組合實現(xiàn)對稱重傳感器水平方向位移的限制，同時對于稱重傳感器起到過載保護(hù)和防止傾覆危險的發(fā)生 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現(xiàn)壓力信號的傳遞。
3——稱重傳感器：實現(xiàn)對載荷信號的采集。
4——調(diào)節(jié)螺桿：通過螺桿與上安裝板組合實現(xiàn)對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。而且對于稱重傳感器起到過載保護(hù)和防止傾覆危險的發(fā)生。同時，在更換傳感器時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體，保護(hù)稱重傳感器免受非預(yù)想的過電流對其產(chǎn)生的損害。
6 輔板：用于運輸和安裝時避免傳感器受到過載荷的沖擊，正常使用時去除。
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動，其自由度受到限制；自由模塊是指該模塊在水平范圍內(nèi)是可以自由運動的。
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 個或 4 個稱重模塊組成，其布置方式如下：
4.1.1 三點支撐
將靜載稱重模塊均布于同一圓周上 對于由全約束模塊 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。
4.1.2 四點支撐
將稱重模塊均布于同一圓周或矩形的 4 個頂點上 對于由全約束模塊 半自由模塊 自由模塊三種基本模塊組成的系統(tǒng)，則 4 個點為全約束模塊 半自由模塊各一個，自由模塊兩個。
4.1.3 多點支撐
在用戶的實際應(yīng)用中有時需要多點支撐，即 4個以上的支撐點安裝稱重模塊 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支撐的情況。對于由全約束模塊、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，其他需要的承重點由自由模塊補足。
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)量和力的測量，為了稱重計量的準(zhǔn)確性和可靠性，在設(shè)計稱重計量裝置時，對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(秤臺或容器自重)+ 變動負(fù)荷(物料重量)+ 沖擊、振動等≤0.6×單只稱重傳感器額定負(fù)荷×稱重傳感器個數(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，主要是根據(jù)計量精度要求和儀表的情況決定的。具體地說，系數(shù)偏小時，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)定性相對較低，但是傳感器的使用壽命就高。系數(shù)偏大時，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，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
靜載稱重模塊在選型時，還需根據(jù)現(xiàn)場情況(防腐、防爆要求)，來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，稱重顯示控制器也必須同時考慮，主要應(yīng)注意如下幾個參數(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：顯示最小分度值(kg)
：輸入靈敏度(μV/d)
最后計算出 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60t料斗秤，共使用靈敏度為2mV/V 的 30t傳感器模塊 4 只，最小顯示分度值為20kg，可計算如下：
A=30×1000× 4=120000kg
B=2mV/V
d=20kg
則，符合要求。
注：在有防爆要求的場合下，應(yīng)考慮安全柵對傳感器信號的影響。
5.2 在選擇稱重顯示控制器參數(shù)的同時，還應(yīng)考慮對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 對用戶現(xiàn)場的要求
6.1.1 基本要求
計量設(shè)備進(jìn)出料口等處應(yīng)采用軟連接，不得影響稱重計量。
對于重心較高的計量設(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。
用戶計量設(shè)備支撐腿與基礎(chǔ)安裝架要有足夠強度、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 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或支點距的2/1000(兩者取最小值)。
模塊支撐點的承載力應(yīng)不小于模塊用傳感器量程的 150％，單個基礎(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)場施工時注意，嚴(yán)禁可能損壞傳感器的電流(例如焊接電流)通過傳感器。
6.1.2 防爆場合的附加要求
防爆稱重模塊在現(xiàn)場使用時，特別應(yīng)避免受到?jīng)_擊或撞擊，以避免出現(xiàn)危險火花。
防爆稱重模塊所使用的防爆稱重傳感器作為現(xiàn)場本安設(shè)備(氣體環(huán)境場合)，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場所時，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，必須同時嚴(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，焊接時應(yīng)注意焊接電流不應(yīng)通過傳感器，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)常見的有五種檢驗方法：砝碼標(biāo)定法、替代法、比對法、預(yù)標(biāo)定法和標(biāo)準(zhǔn)信號源標(biāo)定法。其中，比對法 預(yù)標(biāo)定法和標(biāo)準(zhǔn)信號源標(biāo)定法適用于對系統(tǒng)精度要求不高且現(xiàn)場無法使用砝碼標(biāo)定法和替代法兩種方法進(jìn)行標(biāo)定的情況，以下對這幾種方法簡要介紹一下
7.1 砝碼標(biāo)定法
對于涉及貿(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級秤標(biāo)準(zhǔn)，此時，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況，在計量設(shè)備上安裝堆放砝碼的支架、平臺或其它替代裝置，以方便校準(zhǔn)。
7.2 替代法
對于不涉及貿(mào)易結(jié)算的工藝用稱重系統(tǒng)，由于承載器在設(shè)計時一般不考慮安放標(biāo)準(zhǔn)砝碼的位置，往往只能用少量標(biāo)準(zhǔn)砝碼來檢驗，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，從零點開始，一直檢驗到使用的最大載荷量。
使用替代法的關(guān)鍵問題是，要求被測試裝置的重復(fù)性必須高，同時必須滿足生產(chǎn)工藝要求。
7.3 比對法
它是選用在標(biāo)準(zhǔn)測試裝置(例如測力機)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。使用比對法的關(guān)鍵問題是，要求在使用現(xiàn)場預(yù)先設(shè)計可安裝標(biāo)準(zhǔn)裝置的位置，所以使用比對法檢驗最好是在設(shè)計稱量系統(tǒng)時就著手進(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，通過測力機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)，用測力機校正顯示儀表的零點和滿量程(此處的滿量程為客戶現(xiàn)場使用的滿量程)。這樣，模塊系統(tǒng)現(xiàn)場安裝后只需要重新校準(zhǔn)儀表的零點即可。使用預(yù)標(biāo)定法的關(guān)鍵問題是對靜載稱重模塊的安裝要求較高。
7.5 標(biāo)準(zhǔn)信號源標(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，通過理論計算，得到靜載稱重模塊系統(tǒng)的空秤信號值(或能夠?qū)嶋H測得)和滿量程信號值，然后，用標(biāo)準(zhǔn)信號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)信號源，使之輸出電壓等于所計算的空秤信號值，來進(jìn)行空秤校準(zhǔn)；再調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)信號源，使之輸出電壓等于所計算的滿量程信號值，來實現(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，若能實現(xiàn)空秤狀態(tài)，此時只需進(jìn)行實際空秤校準(zhǔn)即可。
8 結(jié)束語
因本人在工作中接觸到的部分衡器設(shè)計人員及衡器產(chǎn)品用戶對靜載稱重模塊系統(tǒng)的選型及應(yīng)用了解程度不夠全面，所以，在這里對傳感器靜載稱重模塊的選型和應(yīng)用做簡單介紹，以增進(jìn)廣大用戶對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)計和使用。但因本人水平有限，還望廣大讀者對本文加以批評指正。

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