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在料罐稱重系統(tǒng)中有時(shí)會遇到傳感器不能再繼續(xù)工作的問題,多數(shù)人會選擇放棄使用相對精度很高的傳感器,而使用老式測量方法。下面我們就來探討這個(gè)問題并尋找解決方法。

1設(shè)計(jì)

制定傳感器方案的步驟是選擇適合的傳感器,然后在每個(gè)支撐點(diǎn)安裝,一個(gè)稱重系統(tǒng)就出來了。這里涉及的理論包括找到容器/靜重0,估算產(chǎn)品比重,然后計(jì)算總重。傳感器的負(fù)載能力差可能不是工程學(xué)的問題,而是不了解傳感器的工作原理,以及影響安裝的實(shí)際因素。讓我們來回顧一些力學(xué)知識、安裝技巧和實(shí)際教訓(xùn),幫助大家有效選擇傳感器。傳感器的核心是應(yīng)變片(傳感器有很多種,這里主要討論剪切梁式)。力的矢量分布很重要,傳感器并不能區(qū)別實(shí)際垂直負(fù)載和側(cè)向/扭矩負(fù)載。應(yīng)該測量實(shí)際垂直負(fù)載(即罐內(nèi)重量),而不是剪切負(fù)載。但在實(shí)際情況下或安裝不正確時(shí),傳感器測的值往往遠(yuǎn)大于垂直負(fù)載。這些因素會導(dǎo)致放棄使用傳感器。因此我們必須了解剪切梁傳感器的工作原理。傳感器一般采用低碳鋼、不銹鋼、合金鋼或鋁等材料。一個(gè)傳感器通常要進(jìn)行數(shù)千次稱量,因此要產(chǎn)生可重復(fù)的稱量結(jié)果,對金屬材料的要求很高。剪切梁傳感器實(shí)際是測量鋼的剪切應(yīng)力,因此如果本身材料不是整體,就會產(chǎn)生稱量誤差。通常傳感器制造廠家都要嚴(yán)格選用高等級鋼和鋁來生產(chǎn)。

2不同的傳感器應(yīng)用場合不同

彎曲梁和剪切梁傳感器是標(biāo)準(zhǔn)用于工業(yè)臺秤和地秤的傳感器,但不適合生產(chǎn)型容器。稱量容器需要傳感器和機(jī)械支撐系統(tǒng)對非垂直負(fù)載有高度承受力,并能產(chǎn)生重復(fù)稱量結(jié)果。

3傳感器的安裝

設(shè)計(jì)傳感器最重要的因素是/稱量框架0,即傳感器的安裝。該框架必須能以機(jī)械方式與容器下的所有傳感器連接,并確保傳感器在任何方向都不會移動。由于這里考慮垂直力,因此設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮外力不會使傳感器發(fā)生傾斜。堅(jiān)固的框架是獲得重復(fù)稱量的關(guān)鍵。

每個(gè)傳感器都位于兩個(gè)框架間,確保傳感器一起移動,產(chǎn)生可重復(fù)的結(jié)果。傳感器安裝在底部支撐框架的頂端,容器重量從傳感器傳遞到底部框架。這種力傳遞產(chǎn)生的偏差最小。傳感器也可以直接裝在地面上,但前提是地板沒有變形或下沉,因?yàn)閭鞲衅骺蛇_(dá)測量幾千分之一毫米,如果地基變形,就不能得到準(zhǔn)確的精度。

縮短罐底部與傳感器間距,減小導(dǎo)致重復(fù)性和精度變差的彎矩,傳感器安裝在長腳罐的底部,罐腳移動時(shí)會產(chǎn)生誤差,由于外部變形引起位移變化,測量重復(fù)性就變差。截短罐腳,縮小各個(gè)腳的移動,傳感器的頂部和底部框架能使負(fù)載模式更為一致。堅(jiān)固的罐包括堅(jiān)固的基礎(chǔ)、頂/底部框架、短腳。另外還要考慮容器的外圍連接件和附件,如管子、攪拌器、梯子、過道等。外圍設(shè)備也會影響稱重系統(tǒng),

尤其是熱膨脹和運(yùn)動會影響稱量結(jié)果。

4傳感器的選擇

建議使用壓式傳感器,因?yàn)樗芯稍O(shè)計(jì)的弧形頂部和底部,能消除非垂直負(fù)載。壓式傳感器不應(yīng)像梁式傳感器那樣用螺栓固定在

地上或輔助框架上。因?yàn)榱菏絺鞲衅鞑荒軈^(qū)別所有外力,包括來自攪拌器和熱膨脹的力。只有正確安裝壓式傳感器,才能消除這些力的干擾。正確安裝壓式傳感器的工具之一是限位器,這是一種簡單裝置,能消除復(fù)雜的側(cè)向負(fù)載。限位器一般裝在傳感器安裝套件側(cè)面,可吸收來自側(cè)向負(fù)載的非垂直力,例如風(fēng)或垂直安裝的攪拌器產(chǎn)生的力矩。

典型的帶螺絲扣的壓式傳感器安裝套件。安裝套件只有正確排列才能很好吸收側(cè)向力。安裝套件如何安裝在3個(gè)和4個(gè)腳的容器上,適當(dāng)安裝螺絲扣確保傳感器之間重量分布均勻。在3個(gè)腳的容器中,螺絲扣與罐相切,吸收攪拌器產(chǎn)生的力矩,使側(cè)向力在限位器間均勻分布。4個(gè)腳的罐在安裝時(shí),不應(yīng)使任何螺絲扣相對,以避免不必要的軸向力,這樣每個(gè)螺絲扣將均勻分擔(dān)整個(gè)容器上的負(fù)載。

最后,我們來考慮罐的熱膨脹。熱脹冷縮的原因很多,如外殼遇熱或遇冷,環(huán)境溫度改變,以及向罐中加冷/熱液體。如果使用剪切梁或彎曲梁傳感器,就不能用物理方法防止罐的熱脹冷縮將負(fù)載作用在傳感器上。舉例來說,溫度升高使容器壁向外對傳感器施加壓力,壓力產(chǎn)生一個(gè)向下的力,傳感器會認(rèn)為是重量變化。一個(gè)用不銹鋼材料AISI304/114301制作的容器。稱重系統(tǒng)在環(huán)境溫度(20bC)下校準(zhǔn),在250bC的加熱系統(tǒng)中運(yùn)行。計(jì)算公式如下:

罐半徑:R=1125m

膨脹系數(shù):k=116mm/m/100e(材料不同時(shí)膨脹系數(shù)不同)

溫差:$t=250e-20e=230e

應(yīng)變:rT=116mm/m@230e/100e=3168mm/m

半徑膨脹量:$=1125m@3168mm/m=416mm

溫度變化230bC時(shí),傳感器讀數(shù)發(fā)生重大變化。剪切梁稱重系統(tǒng)中,罐產(chǎn)生416mm的膨脹就會產(chǎn)生嚴(yán)重誤差。壓式傳感器不是以物理方法用螺釘固定在地上,而是浮動的,罐膨脹時(shí)產(chǎn)生輕微位移就可以避免熱膨脹引起的誤差。

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