在料罐称重系统中有时会遇到传感器不能再继续工作的问题,多数人会选择放弃使用相对精度很高的传感器,而使用老式测量方法。下面我们就来探讨这个问题并寻找解决方法。

1设计

制定传感器方案的步骤是选择适合的传感器,然后在每个支撑点安装,一个称重系统就出来了。这里涉及的理论包括找到容器/静重0,估算产品比重,然后计算总重。传感器的负载能力差可能不是工程学的问题,而是不了解传感器的工作原理,以及影响安装的实际因素。让我们来回顾一些力学知识、安装技巧和实际教训,帮助大家有效选择传感器。传感器的核心是应变片(传感器有很多种,这里主要讨论剪切梁式)。力的矢量分布很重要,传感器并不能区别实际垂直负载和侧向/扭矩负载。应该测量实际垂直负载(即罐内重量),而不是剪切负载。但在实际情况下或安装不正确时,传感器测的值往往远大于垂直负载。这些因素会导致放弃使用传感器。因此我们必须了解剪切梁传感器的工作原理。传感器一般采用低碳钢、不锈钢、合金钢或铝等材料。一个传感器通常要进行数千次称量,因此要产生可重复的称量结果,对金属材料的要求很高。剪切梁传感器实际是测量钢的剪切应力,因此如果本身材料不是整体,就会产生称量误差。通常传感器制造厂家都要严格选用高等级钢和铝来生产。

2不同的传感器应用场合不同

弯曲梁和剪切梁传感器是标准用于工业台秤和地秤的传感器,但不适合生产型容器。称量容器需要传感器和机械支撑系统对非垂直负载有高度承受力,并能产生重复称量结果。

3传感器的安装

设计传感器最重要的因素是/称量框架0,即传感器的安装。该框架必须能以机械方式与容器下的所有传感器连接,并确保传感器在任何方向都不会移动。由于这里考虑垂直力,因此设计时必须考虑外力不会使传感器发生倾斜。坚固的框架是获得重复称量的关键。

每个传感器都位于两个框架间,确保传感器一起移动,产生可重复的结果。传感器安装在底部支撑框架的顶端,容器重量从传感器传递到底部框架。这种力传递产生的偏差最小。传感器也可以直接装在地面上,但前提是地板没有变形或下沉,因为传感器可达测量几千分之一毫米,如果地基变形,就不能得到准确的精度。

缩短罐底部与传感器间距,减小导致重复性和精度变差的弯矩,传感器安装在长脚罐的底部,罐脚移动时会产生误差,由于外部变形引起位移变化,测量重复性就变差。截短罐脚,缩小各个脚的移动,传感器的顶部和底部框架能使负载模式更为一致。坚固的罐包括坚固的基础、顶/底部框架、短脚。另外还要考虑容器的外围连接件和附件,如管子、搅拌器、梯子、过道等。外围设备也会影响称重系统,

尤其是热膨胀和运动会影响称量结果。

4传感器的选择

建议使用压式传感器,因为它有精巧设计的弧形顶部和底部,能消除非垂直负载。压式传感器不应像梁式传感器那样用螺栓固定在

地上或辅助框架上。因为梁式传感器不能区别所有外力,包括来自搅拌器和热膨胀的力。只有正确安装压式传感器,才能消除这些力的干扰。正确安装压式传感器的工具之一是限位器,这是一种简单装置,能消除复杂的侧向负载。限位器一般装在传感器安装套件侧面,可吸收来自侧向负载的非垂直力,例如风或垂直安装的搅拌器产生的力矩。

典型的带螺丝扣的压式传感器安装套件。安装套件只有正确排列才能很好吸收侧向力。安装套件如何安装在3个和4个脚的容器上,适当安装螺丝扣确保传感器之间重量分布均匀。在3个脚的容器中,螺丝扣与罐相切,吸收搅拌器产生的力矩,使侧向力在限位器间均匀分布。4个脚的罐在安装时,不应使任何螺丝扣相对,以避免不必要的轴向力,这样每个螺丝扣将均匀分担整个容器上的负载。

最后,我们来考虑罐的热膨胀。热胀冷缩的原因很多,如外壳遇热或遇冷,环境温度改变,以及向罐中加冷/热液体。如果使用剪切梁或弯曲梁传感器,就不能用物理方法防止罐的热胀冷缩将负载作用在传感器上。举例来说,温度升高使容器壁向外对传感器施加压力,压力产生一个向下的力,传感器会认为是重量变化。一个用不锈钢材料AISI304/114301制作的容器。称重系统在环境温度(20bC)下校准,在250bC的加热系统中运行。计算公式如下:

罐半径:R=1125m

膨胀系数:k=116mm/m/100e(材料不同时膨胀系数不同)

温差:$t=250e-20e=230e

应变:rT=116mm/m@230e/100e=3168mm/m

半径膨胀量:$=1125m@3168mm/m=416mm

温度变化230bC时,传感器读数发生重大变化。剪切梁称重系统中,罐产生416mm的膨胀就会产生严重误差。压式传感器不是以物理方法用螺钉固定在地上,而是浮动的,罐膨胀时产生轻微位移就可以避免热膨胀引起的误差。

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