稱重模塊是一種廣泛應用的新型傳感器。它將高精度剪切梁傳感器、 負荷傳遞裝置與安裝連接板等部件合為一體, 既保證了剪切梁傳感器精度高、 穩定性好的特點, 又解決了因安裝不當造成稱量誤差的問題。稱重模塊分為兩類: 靜載稱重模塊和動載稱重模塊。靜載稱重模塊主要適用於側向力較小的靜載荷稱重場合; 動載稱重模塊主要適用於承受水平作用力的機械裝置如流水線、 傳送帶等。在當今塗料生產工藝上, 隨著對塗料品質的進一步要求, 合成各物料的比例要求越來越精確, 使得稱重模塊得到廣泛的應用。本文著重介紹某衡器有限公司的 FW 靜載稱重模塊在稱重係統中的應用。
1  稱重模塊特點
稱重模塊 1 個突出的特點在於其簡單合理的設計, 沒有需焊接的部件, 也不需要額外的配件, 所有模塊的製造、 組裝、 測試都符合質量標準, 使調試安裝工作更方便、 快速, 並能在形狀各異的物體上安裝。傳統的電子稱重係統, 在進行靜態載荷或動態載荷稱重時, 很容易受到周圍環境的幹擾, 影響係統稱量準確性的因素很多, 一些出自係統本身,如係統的設計、 安裝、 標定及維護; 另一些是外部因素, 如上升氣流、 震動及溫度變化。稱重模塊與傳統電子稱重係統相比, 減少了這些因素在稱重過程中的影響, 因為整個係統隻有 1 個傳感器是剛性連接( 固定式模塊) , 秤體可以通過其他的浮動式、 半浮動模塊來承受膨脹和收縮。
2  稱重模塊構造
FW 靜載稱重模塊由頂板、 底板、 SB 係列剪切梁稱重傳感器、 傳感器承壓頭及支撐螺栓等部件構成。在稱量時, 載荷作用於頂板, 通過傳感器承壓頭施加到傳感器的承載點上。傳感器將容器所產生的壓力轉化成電信號輸出到儀表。模塊的容量依據其所用傳感器而定, FW 稱重模塊的容量為 0.5~ 50t。
FW 靜載稱重模塊根據傳感器的不同組裝方式可分成 3 種類型: 固定式模塊、 半浮動模塊和浮動式模塊。這 3 種類型模塊的組合可使稱重係統免受熱脹冷縮的影響, 保證傳感器的受力點不變。固定式模塊通過一固定點連接傳感器和頂板, 使傳感器不能平移, 但可以圍繞固定點旋轉; 半浮動模塊阻止秤體圍繞固定式模塊轉動, 但允許秤體因熱脹冷縮而產生徑向移動; 浮動式模塊隻承受垂直載荷。1 套簡單的稱重係統必須由 1 隻固定式模塊,1 隻半浮動模塊及一些浮動式模塊組成。半浮動模塊必須安裝在固定模塊的對角上且其自由軸指向固定式模塊( 4 模塊係統) 或與徑向一致( 3 模塊係統) 。
3  稱重模塊的選擇
3. 1  確定 FW 靜載稱重模塊的數量
安裝過程中支撐腳的數量應視秤體形狀、 尺寸而定。一般而言, 垂直放置的圓柱形容器比較適合3隻傳感器的配置, 水平放置的容器或方形用 4 隻傳感器比較適合。總載荷應盡可能平均地作用在每個傳感器上。當 3 個支撐腳不能很好地支撐整個秤體時, 應加另外的支撐腳, 使傳感器在整個量程都能受力, 包括空載狀態。對於已安裝支撐腳的罐, 可根據支撐腳數量來確定稱重模塊數量。
3. 2  確定傳感器的容量
依照以下原則選定所需傳感器的容量和模塊類型
1) 計算秤體的皮重( 空載時) , 並加上衝擊、 震動外力等可能附加的重量。
2) 估計所需稱量的最大載荷。
3) 將皮重和最大載荷相加得毛重。將毛重乘以1. 5 倍, 即可確定所選用傳感器的最小容量, 所有的傳感器應選取相同的容量, 傳感器的選用應和計算出的容量相匹配, 避免影響係統的靈敏度。容量選擇時應滿足以下關係式:
單隻模塊容量> 1. 5K ( m O + m S ) / n
1. 5—— 標準安全係數;
m O —— 空罐的質量;
m S——滿載時最大載荷;
K—— 附加安全係數( 若風力、 晃動、 震動等影響很小, K = 1) ;
n —— 稱重模塊數量。
如一隻油漆罐空罐的質量是 4. 0 t, 滿載荷是10. 3 t, 選擇 3 個模塊稱重, 則單隻模塊容量應大於1. 5 × 1 × ( 4. 0+ 10. 3) / 3= 7.15t, 根據模塊額定載荷最後選擇 10 t 的模塊。
3. 3  注意事項
1) 容器在設計時應考慮標定時安放砝碼的位置及安裝維修時的千斤頂工作位;
2) 模塊上支架偏斜而引起與水平線的夾角不大於 0. 5°, 基座支架結構扭轉或偏斜而引起與水平線夾角不大於 0. 5°;
3) 模塊基座支架結構偏斜( 撓度) 一致;
4) 支承罐體的基礎( 或樓層) 應有足夠的承載力及剛度, 基礎撓度變形小於 3 mm;
5) 罐體的進、 出口應盡量采用軟連接;
6) 每隻模塊應有獨立的接地;
7) 安裝完成後必須進行標定。
4  稱重係統構成
稱重控製終端的任務就是接收來自傳感器的模擬信號, 並將之顯示為實際的質量讀數。在實際稱重中, 還需根據用戶的配置及要求提供必要的數據或控製信號。常用的控製終端為 Panther 係列。有麵板安裝和台式安裝方式, 工作電壓 220 V AC/50 Hz, 6 隻防水功能鍵, 7 位熒光數碼顯示, 3 隻質量預置點輸出( 容量可任意設定) , 1 隻可定義輸入點, 1 個 RS -232 接口。單次質量數據/ 連續質量數據輸出, 可用於串接打印機或計算機。預置點輸出可提供繼電器輸出接口、 光電隔離接口、 模擬量接口及專用 PLC 接口( Profibus -DP, RIO 接口, Mod -bus接口) . 集成功能: 稱重顯示、 檢重、 分選、 定值控製功能等。
5  工程實例分析
在化工項目上, 很多危險區域存在爆炸性物質, 如油性車間, 應采用防爆衡器。防爆衡器主要有兩大類型: 複合型和本安型。複合型是指秤台在危險區, 儀表在安全區, 秤台與儀表之間加安全柵。本安型配置是指儀表和秤台均在危險區, 如果要接位於安全區的外設, 必須通過光纖通訊套件。
根據某工廠要求既要求現場操控, 又要在PLC 上直接控製, 但現場是防爆區, 選取本安型配置要加隔爆電源和光纖通訊套件, 增加了工程投資。如果選取複合型, 把儀表放置在控製室, 觀察數據和現場操作不太方便, 也體現不了總線化接線的優勢。而且工藝要求對罐加入不同定量的多種溶劑, 需要現場設定, 為適合需要, 最後方案確定為在現場設置儀表控製箱, 內置能設置在防爆 2 區BT4 環境下的 Panther 儀表和人機界麵, 實現在現場的操作要求。係統組成如圖 1 所示。
稱重模塊,稱重係統,防爆。
6  結束語
由於稱重模塊精度高, 在塗料罐的定量配比工藝流程已得到廣泛的應用。上海某公司某車間經過調試運行, 證實配比精度高, 能更好地保證塗料的質量, 並已投產。在廣州的塗料車間也正按上述方案在設計。

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