6 失重秤的工作原理

6.1 系统构成

失重秤由储料仓、投料螺旋 （给计量斗加料，一般使用气动阀直接加料）、计量斗 （由 3 个称重传感器支撑）、变频电机、排料螺旋和控制仪表等组成。

6.2 称重控制原理

仪表根据设定的流量，通过变频器控制变频电机的转速继而控制排料螺旋的转速来达到控制锌粉流量的目的。定量给料机的仪表是通过积分运算来控制锌粉的流量，而失重秤的仪表是通过微分运算来控制锌粉的流量，即失重秤的仪表是根据计量斗里锌粉重量的减少率 （单位时间减少的重量） 来调整螺旋的转速，从而使实际流量趋近于设定值，实现定量给料的目的。当计量斗的锌粉量低于某一量 （我们设定为 50kg） 时，仪表启动投料螺旋给计量斗加入锌粉；当高于某一量（我们设定为 200kg） 时，仪表停止投料螺旋，这样周而复始循环，保证计量斗里锌粉的重量在50kg～200kg 之间。在投料期间，失重秤处于容积模式运行，即给料螺旋处于匀速转动，其转速是仪表根据进入容积模式之前的某段时间内螺旋转速的变化量而计算得到的平均转速。

7 失重秤的优越性

7.1 理念的先进性

锌粉靠螺旋输送，在输送计量过程中锌粉始终处于密闭状态，所以不会有锌粉泼洒和喷洒而污染环境和给计量精度产生不利影响的情况；失重秤在计量控制中无需测量螺旋的转速，计量斗的皮重变化不会影响计量精度；在称重模式时，失重秤相当于静态秤，即影响失重秤计量精度的因素不多，所以失重秤计量精度远高于定量给料机。

7.2 计量误差小

据相关资料报道，失重秤的计量误差低于0.5%。我们的失重秤 （厂家上海大和，共计 2 台，流量 100kg/h～1000kg/h） 的技术资料给出的计量误差低于 1%。我们的检定情况是：

（1） 动态误差

失重秤正常运行时，仪表的瞬时流量一般在设定量的±10kg/h 之间变化。启动仪表的自检功能，重复 3 次设定流量为100kg/h 的自检，仪表自行算出每 10 分钟的累积量误差低于 0.5%；重复 3 次设定流量为 400kg/h 的自检，仪表自行算出每 10 分钟的累积量误差低于0.2%。使用常规校准方法，当给定流量 100kg/h 时，一段时间内，仪表累积量为 126.5kg，控制衡器（电子台秤，型号 TCS—150，误差低于 50g） 称出的重量为 127kg，由此得出失重秤的绝对误差 - 0.5kg、相对误差 - 0.39%；当给定流量 400kg/h 时，一段时间内，仪表累积量 81.3kg，控制衡器称出的重量为 81.2kg，由此得出失重秤的绝对误差 0.1kg、相对误差 0.12%。正常使用并在称重模式时，在各种流量下，反复多次观察一段时间内失重秤仪表动态累积量（分度值 0.1kg） 与计量斗里锌粉重量的减少量 （分度值 0.1kg） 几乎相同，两者之差不超过 0.1kg。

（2） 静态误差

用每个 20kg 的 M1 级砝码对失重秤进行静态校准，在 0kg～200kg 范围内的误差低于 50g；校准后，进行了 3 次的重复性实验，误差低于 100g。

（3） 结论和推论

当设定流量在 100kg/h 时，失重秤的瞬时流量误 差 较 大 ， 在 ±10% 左 右 。 这 是 由 于 流 量 在100kg/h 时，每秒流出的锌粉量只有 28g，这么小的量要达到精确控制是很难的，涉及到仪表的控制精度、螺旋的制造精度和锌粉的流动性等；当设定流量在 400kg/h 时，失重秤的瞬时流量误差在±2.5%左右，说明设定流量越大，瞬时流量的相对误差越小。不过对于动态秤来说，计量精度是看一段时间内累积量的误差，而不是瞬时流量误差。失重秤正常运行时的动态累积量与静态重量的减少量几乎同步，当两者的量达到几十 kg 时，两者之差不超过 0.1kg，说明失重秤计量物料的累积量足够大时，其误差低于千分之一，与静态秤相当。也就是说，失重秤处于称重模式时，就是一台静态秤。使用常规校准方法对失重秤进行校准，在设定流量 100kg/h 时误差较大，是因为失重秤要启动和停止一次，当启动到跟到设定流量或从停止到流量为零，从仪表显示可看出流量变化很大，带来了较大的累计误差所致，不能代表失重秤正常使用时的误差。当失重秤处于容积模式时，从仪表上观察，流量显示一般在设定流量的±2kg 之间，如果用这个误差算，最大误差应该在设定流量为 100kg/h时，即误差为±2%。所以，失重秤作为连续累计自动衡器，误差主要取决于处于容积模式的时间，时间越短，误差越小。因此，在物料的物理特性容许的情况下，加料装置应选用气动阀，这样可以在很短的时间内加够料，从而缩短容积模式的时间。还有，失重秤由容积模式转换到称重模式时，瞬时流量变化很大，需要几秒钟才能趋近于设定流量，此时误差会较大。所以，应尽可能将计量斗里物料重量的下限设低一点、上限设高一点，使失重秤进入容积模式的频率低一些。失重秤处于容积模式的误差和从容积模式到称重模式转换过程中带来的误差属于随机误差，从理论上说，只要时间足够长，随机误差会相互抵消，对足够大的物料累积量来说随机误差可忽略不计。所以，只要不是追求极短时间内或很小累积量的精度的话，失重秤的精度是很高的，与静态秤相差无几。

8 结束语

我们的失重秤投入运行 3 个多月来，效果很理想。由于失重秤基本无需维护、又没有锌粉泼洒需要清扫环境，所以受到岗位操作人员的好评；由于计量精度高，净化工艺控制的参数稳定了、好控制了，因此受到了工艺技术员的欢迎；由于计量稳定性好，无需经常进行校准，大大降低了检定人员的工作量；对生产成本的降低已出现了明显的效果，可以肯定，随着时间的推移，其效果将会充分显示出来。

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