大噸位料位電子秤及無砝碼稱量校正方法
2023-05-18 11:03:06
專利名稱：大噸位料位電子秤及無砝碼稱量校正方法
技術領域：
本發明涉及一種電子秤，尤其涉及一種大噸位料倉式料位電子秤及稱量校正方法。
背景技術：
我國的鋼鐵冶金企業，特別是大型鋼鐵廠都採取了淘汰小高爐、小轉爐，新建大型 高爐和轉爐的轉換，規模化效應能達到節能減排，提高生產效率，提升產品質量的目的。 當前新建高爐都在2000m3以上，與之配套的原料儲存、配料料倉都是大型化的。在化工、 食品及火力發電行業中同樣需要原料儲存、配料的大噸位料倉。隨著企業對產品質量、 原料消耗、成本管理的提高，對這種大噸位料倉的計量要求越來越高，我們不僅是要了 解料倉內料位的高低，還要根據生產工藝要求完成物料的配料，這就需要一種能準確測 量料倉內物料重量的裝置。
以前對大噸位料倉只進行料倉內料位的在線檢測，所以對測量的要求非常低，人們 只要了解料倉內料位的高低，向料倉內加料時是否會溢出，料倉內物料是否已空，是否 需要補充物料等信息。最常用的料位檢測方式有超聲波料位測量方法及雷達式料位測量 方式，這二種測量方法的工作原理與安裝方式基本相同，他們的主要特點如下-
這二種測量方式的料位測量方法是通過測量超聲波或雷達波發出到返回的時間來得
出料倉內物料的高低，從而確定料位的高度。如要計算測量物料的重量，則通過體積和 比重來計算重量。料位的測量誤差很大，所測得的料位受物料高低不平及堆角的影響， 很難測得正確的料位，因此由此計算所得的體積也不正確，同時受物料水分、粒度等影 響，最後所得重量誤差將更大。超聲波料位計的安裝位置必須在料倉的頂部，這樣安裝、 維護困難，加上料倉上部為物料的進料口，為進料口設計增加了難度。因此這些測量方 法只能檢測料倉內的料位狀況，不能以測量數據為依據而進行配料控制。
發明內容
本發明的目的是提供一種性能可靠，檢測精度高，能滿足測量料倉料位狀況和控
制配料操作要求的大噸位料位電子秤；
本發明的另一個目的是提供一種校正方便、能滿足控制配料稱量精度要求的無砝 碼稱量校正方法。
本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的
大噸位料位電子秤
本發明的技術方案是，採用重量法來檢測控制料倉內物料的重量，這樣就可以把料 倉也看成是一臺超大規格的料鬥秤，將料筒倉視作為秤體。在料筒倉重心以上同一水平 面上設有四個或四個以上均勻分布的支承耳座，每個支承耳座下面分別安裝有稱重傳感 器，所述稱重傳感器安裝在基座上，基座高度高於支承耳座與出料口之間距離；所述稱 重傳感器的上端面有球面，所述球面的中心與稱重傳感器的中心為同一中心。用4臺或4 臺以上的稱重傳感器來組成電子秤，可以減輕料倉對樓板等基礎的局部壓力。
作為優選，所述稱重傳感器為柱式結構的稱重傳感器。
作為優選，所述稱重傳感器的下面通過下壓板與基座固定連接，上面通過上壓板與 支承耳座相接。
作為優選，所述稱重傳感器與上壓板之間有下端為凹形球面的壓頭，壓頭的球面直 徑大於傳感器上端面的球面直徑，所述壓頭與上壓板相連接。壓頭是個凹球面，正好扣 在稱重傳感器的上端球面上，並有一定的微小晃動，以保證外部多種因素下力略有偏斜 時，傳感器能在球面上按外力作用方向發生微小晃動，使球面頂點始終對準傳感器的中 心線。
作為優選，所述支承耳座與上壓板之間設有調整墊片，調整每個傳感器的安裝高度， 安裝完成後使其在同一水平面上。 無砝碼稱量校正方法
大噸位料倉式電子秤的稱量校正是一個比較難解決的問題，按較小的料倉計算，如 稱量範圍為0 100t，為了保證校正的精度一般需要加載50。/。FS以上的標準砝碼(FS為滿 量程)，這樣就要在料倉上均勻地加載50t標準砝碼，料倉不是平臺秤，要在料倉上加載 這麼多砝碼是不可能的，而100t量程的秤在大噸位料倉中是屬於最小的一種， 一般都有 幾百噸。
大噸位料倉式電子秤都是生產過程中的工藝秤，對稱量精度的要求能達到O. P/6FS就
可以了 ，根據這個條件就有可能採用無砝碼稱量校正方法來校正這種電子秤。
稱重傳感器在加載額定載荷時的輸出信號值可以通過計算得到，稱重儀表設計時在 選定A/D轉換器後，在額定輸入信號下輸出的A/D轉換值也是已知的，根據這些參數通過 適當的計算可以求出校正係數，將校正係數通過公式轉換轉化成與稱重傳感器數量、傳 感器輸入靈敏度、傳感器額定量程相對應的關係，在使用時只要輸入傳感器數量、傳感 器量程、傳感器平均靈敏度及稱重儀表在額定載荷下的顯示值就能完成無砝碼稱量校正。 無砝碼稱量校正條件，所有稱重傳感器要求採用並聯連接方法，稱重傳感器為電阻 應變片式傳感器。
根據應變式稱重傳感器的工作原理，傳感器加載時的輸出信號值與傳感器的輸出靈 敏度及傳感器的激勵電壓成正比。當一臺電子秤連接的電阻應變片式稱重傳感器的數量 為多臺，並且傳感器採用並聯連接時，傳感器輸出靈敏度應為多臺傳感器的平均輸出靈
敏度，傳感器額定輸出信號值計算如下
a、 稱重傳感器輸出信號Vcfs:formula see original document page 7 .................(1)
formula see original document page 7.................(2)
其中Vcfs—傳感器輸出信號，單位mV
S—傳感器平均輸出靈敏度，單位mV/V
V—傳感器激勵電壓，單位V
Sn—每個傳感器輸出靈敏度，單位mV/V
n—傳感器數量 將(2)式代入(1)式，則
formula see original document page 73);
b、 稱重儀表一致性校正係數DJNc:
稱重儀表設計時增加一項輸入信號一致性校正環節，出廠時對稱重儀表進行廠內校 正，即在相同的輸入信號下，稱重儀表將輸入信號轉換成相同的A/D轉換碼數，且各儀表 間的誤差小於0.0WFS。對於特定的稱重儀表在確定A/D轉換器後，相同輸入信號情況下
的A/D轉換值輸出是相對一致的，但因器件的離散性，還是有一定的差異，要消除這一差 異就要對A/D轉換值進行一致性校正。
計算如下
M=ADXDJNc .................(4)
AD=VifsXC .................(5)
其中M_—致性校正後輸出的A/D轉換碼數，單位碼
AD—A/D轉換器在額定輸入信號下的A/D轉換值，單位碼
DJNc—廠內校正係數
Vifs—額定輸入信號，單位mV
C一每毫伏輸入信號A/D轉換器值，單位碼/mV 將(5)式代入(4)式並整理，則
DJNc=M/( VifsXC) ...............(6);
c、稱重儀表的校正係數DJN:
無砝碼稱量校正是要根據已知參數計算出稱重儀表的校正係數， 一臺電子秤已知的 參數為秤的額定量程(W)，稱重傳感器數量(n)，每個稱重傳感器的輸出靈敏度(Sn), 傳感器的額定量程(Wcfs)以及稱重儀表在額定載荷下的顯示值(Dfs)。
稱重儀表的校正係數計算如下-
DJN=Dfs / Ml ...............(7)
Ml二(Vi / Vifs) XM ...............(8)
Vi=[W / (WcfsXn) ]XVcfs ..........(9)
其中DJN—儀表的稱量校正係數
Dfs—稱重儀表在額定載荷下的顯示值碼數，如額定量程為1000t，而顯示值 要求為1000.0t，即分辨到O. lt，貝UDfs的值為10000。
M1—傳感器加載額定載荷下的A/D轉換碼數，單位碼
Vi—在加載額定量程時傳感器輸出信號值，單位mV
W—秤的額定量程，單位t
Wcfs—傳感器額定量程，單位t 將(9)式代入(8)式並整理，則
Ml= (WXMXVcfs) / (WcfsXnXVifs).......(10)
將(10)式代入(7)式並整理，則
DJN= (DfsXWcfsXnXVifs) / (WXMXVcfs).....(11)
再將(3)式代入(11)式並整理，則
DJN二 (DfsXWcfsXnXVifsXn) / (WXMXVX力S") (12)。
稱重儀表根據已知條件自動計算稱量校正係數DJN，就能實現無砝碼稱量校正。這種 校正方法使用者掌握容易、操作簡單，能很好的解決大噸位料倉的稱量校正問題。
因此，本發明的有益效果是大噸位料位電子秤，具有結構簡單，安裝方便、維修 便捷，稱量精度高，使用壽命長，並具有極好的性能價格比。
採用無砝碼稱量校正方法，克服了現有技術大噸位電子秤需要用大量標準砝碼進行 稱量校正的不足，而且校正十分方便。
附圖1是本發明的一種結構主視圖； 附圖2是圖1的倉料俯視圖； 附圖3是稱重傳感器安裝主視圖； 附圖4是壓板平面附圖5是電阻應變片式稱重傳感器及連接方法圖。
具體實施例方式
下面通過實施例並結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體說明。 實施例
大噸位料位電子秤實例
如圖l、圖2所示的料位電子秤秤體結構，料筒倉3通過加載支承耳座5直接擱置在稱 重傳感器1上，支承耳座5位置要求選擇到相對較高位置，在料筒倉重心以上部位。由於 料倉的規格比較大，本發明採用4臺柱式稱重傳感器來組成電子秤，減輕料倉對基礎的局 部壓力。圖中，4為放料機構，2為基座。
如圖3、圖4所示的稱重傳感器安裝圖，稱重傳感器l上端是一個球面ll，與壓頭7相 連，壓頭的下面是個凹球面，球面半徑大於稱重傳感器l上端的球面，二者正好扣在一起，
並有一定的微小晃動，以保證外部多種因素下力略有偏斜時，傳感器l能在球面上按外力 作用方向發生微小晃動，使球面頂點始終對準傳感器的中心線。上、下壓板8、 6分別與 秤體1和基座2相連，加載的上壓板8上放置的調整墊片9，調整每個傳感器的安裝高度， 安裝完成後使其在同一水平面上。 無砝碼稱量校正
如圖5所示，無砝碼稱量校正的適用條件是具有多臺電阻應變片式稱重傳感器，稱重 傳感器採用並聯連接，多臺稱重傳感器用一臺稱重儀表。圖中1為電阻應變片式的稱重 傳感器。
無砝碼稱量校正要通過已知條件計算出校正係數DJN。問題的關鍵是要知道輸入信號 與AD轉換碼數之間的比例關係。在稱重儀表設計時，對設計者來說，輸入信號與AD轉 換碼數是已知條件，但因元器件的參數離散性，對每一個儀表都會有一定的差異，這種 差異因選用的AD轉換器不同，差異大小都會不同，如選用集成AD轉換器，則差異會小 一點，如用分列元件組成的AD轉換器差異就比較大。為此設計時要增加一個功能模塊為 稱重儀表的一致化校正功能，在儀表出廠前用標準信號發生器產生標準的輸入信號，然 後自動校正方式進行一致化校正。
這種標準過程如下
假定這臺儀表每毫伏輸入信號轉換成的AD轉換碼數在20500 21000碼之間，則一般 會將每毫伏輸入信號一致性校正為Ml=20000碼，輸入信號範圍為0 30mV。
1、 輸入0mV時進行回零操作，使顯示為0，儀表自動記錄0mV時的AD轉換碼數 AD0=1000。
2、 輸入30mV標準信號，儀表自動記錄30mV時的AD轉換碼數AD1:618900。
4、進行一致性校正操作，儀表自動計算一致性校正係數。因設計者知道輸入30mV 輸入信號時應規範到的AD轉換碼數，此例為M=20000X 30=600000碼。 儀表計算公式如下 M=(AD1-ADO) XDJNc
DJNc=M/(AD1-AD0) =300000/(618923-1000) =0. 9709948 (單精度浮點數運算) 驗證
(618923-1000) X0. 9709948=600000. 0198004
小數點後數據做四捨五入運算後為600000。
這樣對於稱重儀表就完成了一致性校正，AD轉換碼數與輸入信號之間就有了一個固 定的比例關係，此例為Ml=20000碼/mV。
下一步是使用者的實際操作所需要計算和輸入儀表中的數據。
對於一臺已確定的電子秤，稱重傳感器數量及相關參數都為已知數，稱重儀表需要顯 示的重量也是已知參數，傳感器激勵電壓也為一固定的己知參數，如V二10V，現在需要 通過這些參數計算出稱量校正係數。
第一步由操作者手工計算傳感器的平均輸出靈敏度，每個傳感器都有一張證書，證書 中有一項為輸出靈敏度mV/V，即在傳感器加載額定量程時每1伏傳感器激勵電壓傳感器 輸出的電壓值。
如有四臺傳感器，輸出靈敏度分別為1. 512 mV/V (Sl)、 1.514mV/V (S2)、 1.493 mV/V (S3)、 1.498mV/V (S4),則
S=(l. 512 + 1. 514 + 1. 493 + 1. 498)/4=1. 50425 第二步稱重儀表自動計算額定量程下的傳感器輸入信號
如每個傳感器額定量程為W=500t，儀表顯示為Dfs=1000. Ot,稱重儀表的傳感器激勵 電壓為V40V。傳感器數量為『4臺。
Vi=SXVX (Dfs/(WXn))= 1. 50425X 10X (1000/(500X4))=7. 52125mV
第三步稱重儀表自動計算校正係數
Dfs:MlXViXDJN
DJN=Dfs/(Ml X Vi)=10000/(20000 X 7. 52125)=0. 06647831 驗證
Dfs=20000X7. 52125X0. 06647831=9999. 99978175
小數點後數據做四捨五入運算後為10000。加1位小數點後運算顯示1000. Ot。
計算實例
稱重儀表的額定輸入信號為30mV (Vcfs)， A/D轉換輸出值在出廠時要求統一為 600， 000碼(M)，但因為元器件的離散性，實際每毫伏輸入信號A/D轉換器值為20100碼(C)，
稱重儀表出廠時對稱重儀表進行一致性校正，使在額定輸入信號時的輸出值為600， 000 碼，按(6)式求得廠內校正係數。
DJNc=M/( VifsXC)=600000/ (30X20100) =0.99502
料位電子秤的額定量程為1000t (W)，稱重儀表在加載1000t時顯示1000.0t，貝UDfs 為IOOOO，選用4臺(n)額定量程為500t (Wcfs)的稱重傳感器，傳感器輸出靈敏度分別 為1.512 mV/V (Sl)、 1.514 mV/V (S2)、 1.493 mV/V (S3)、 1. 498mV/V (S4)，稱重儀表 的傳感器激勵電壓為10V (V)。按(12)式計算校正係數。
DJN= (DfsXWcfsXnXVifsXn) / (WXMXVX^^w)
=(10000X500X4X30X4) /[1000X600000X 10X (1.512 + 1.514+1.493 + 1.498) ] = 0.0664783 。
實際操作時操作員需要向稱重儀表輸入以下參數
1、 計算得出的平均輸出靈敏度S4. 50425;
2、 傳感器額定量程Wcfs=500
3、 傳感器數量n=4
4、 電子秤的額定量程Dfs=1000. 0。 公式中其它參數為公式中固有，不需要輸入。
本發明適用於冶金、化工、食品等大型料倉的電子秤安裝及稱量校正。
權利要求
1、一種大噸位料位電子秤，其特徵在於具有料筒倉(3)，在料筒倉重心以上同一水平面上設有四個或四個以上均勻分布的支承耳座(5)，每個支承耳座下面分別安裝有稱重傳感器(1)，所述稱重傳感器安裝在基座(2)上，基座高度高於料筒倉支承耳座與出料口之間距離；所述稱重傳感器(1)的上端面有球面(11)，所述球面的中心與稱重傳感器的中心為同一中心。
2、 根據權利要求l所述的大噸位料位電子秤，其特徵在於所述稱重傳感器(1) 為柱式結構的稱重傳感器。
3、 根據權利要求1或2所述的大噸位料位電子秤，其特徵在於所述稱重傳感器 (1)的下面通過下壓板(6)與基座(2)固定連接，上面通過上壓板(8)與支承耳座 (5)相接。
4、 根據權利要求3所述的大噸位料位電子秤，其特徵在於所述稱重傳感器(1)與上壓板(8)之間有下端為凹形球面的壓頭(7)，壓頭的球面直徑大於傳感器上端面 的球面直徑，所述壓頭(7)與上壓板(8)相連接。
5、 根據權利要求3所述的大噸位料位電子秤，其特徵在於所述支承耳座(5)與 上壓板(8)之間設有調整墊片(9)。
6、 根據權利要求4所述的大噸位料位電子秤，其特徵在於所述支承耳座(5)與 上壓板(8)之間設有調整墊片(9)。
7、 一種如權利要求l所述的大噸位料位電子秤的無砝碼稱量校正方法，其特徵在於具有多臺電阻應變片式稱重傳感器，稱重傳感器採用並聯連接，具體方法是a、稱重傳感器輸出信號Vcfs計算-Vcfs二SXV .................(1)S二ts" / n .................(2) =i其中Vcfs —傳感器輸出信號，單位mVS—傳感器平均輸出靈敏度，單位mV/V V—傳感器激勵電壓，單位V Sn—每個傳感器輸出靈敏度，單位mV/Vn—傳感器數量 將(2)式代入(1)式，則Vcfs=(力S" / n) XV ............(3);b、稱重儀表一致性校正係數DJNc計算M=ADXDJNc.................(4)AD=VifsXC .................(5)其中M_—致性校正後輸出的A/D轉換碼數，單位碼AD—A/D轉換器在額定輸入信號下的A/D轉換值，單位碼 DJNc—廠內校正係數 Vifs—額定輸入信號，單位mV C一每毫伏輸入信號A/D轉換器值，單位碼/mV將(5)式代入(4)式並整理，則DJNc=M/( VifsXC) ............... (6);c、稱重儀表的校正係數DJN計算DJN=Dfs / Ml ............... (7)Ml二(Vi / Vifs) XM ............... (8)Vi=[W / (WcfsXn) ] XVcfs .......... (9)其中DJN—儀表的稱量校正係數Dfs—稱重儀表在額定載荷下的顯示值碼數，如額定量程為1000t，而顯示 值要求為1000. 0t，即分辨到O. lt，貝ljDfs的值為10000M1—傳感器加載額定載荷下的A/D轉換碼數，單位碼 Vi —在加載額定量程時傳感器輸出信號值，單位mV W—秤的額定量程，單位t Wcfs—傳感器額定量程，單位t 將(9)式代入(8)式並整理，則Ml二 (WXMXVcfs) / (WcfsXnXVifs).......(10) 將(10)式代入(7)式並整理，則DJN= (DfsXWcfsXnXVifs) / (WXMXVcfs).....(11)再將(3)式代入(11)式並整理，則DJN= (DfsXWcfsXnXVifsXn) / (WXMXVX^S") (12)。
全文摘要
本發明涉及一種大噸位料位電子秤及無砝碼稱量校正方法。電子秤秤體具有料筒倉，在料筒倉重心以上同一水平面上設有四個或四個以上均勻分布的支承耳座，每個支承耳座下面分別安裝有柱式結構的稱重傳感器，稱重傳感器安裝在基座上，稱重傳感器上端有球面，與下端面為凹球面的壓頭相連，上下壓板分別與秤體和基礎相連，加載的上壓板上放置的調整墊片，調整每個傳感器的安裝高度。無砝碼稱量校正方法適用於多臺採用並聯連接的電阻應變片式稱重傳感器的稱量校正先計算出稱重傳感器輸出信號值，求出稱重儀表一致性校正係數，最後計算出稱重儀表的校正係數。本發明結構簡單，安裝方便，稱量精度高，並具有極好的性能價格比，而且稱量校正十分方便。
文檔編號G01G23/01GK101363750SQ20081006322
公開日2009年2月11日 申請日期2008年7月23日 優先權日2008年7月23日
發明者仇關根 申請人:仇關根