大吨位料位电子秤及无砝码称量校正方法

摘要

本发明涉及一种大吨位料位电子秤及无砝码称量校正方法。电子秤秤体：具有料筒仓，在料筒仓重心以上同一水平面上设有四个或四个以上均匀分布的支承耳座，每个支承耳座下面分别安装有柱式结构的称重传感器，称重传感器安装在基座上，称重传感器上端有球面，与下端面为凹球面的压头相连，上下压板分别与秤体和基础相连，加载的上压板上放置的调整垫片，调整每个传感器的安装高度。无砝码称量校正方法适用于多台采用并联连接的电阻应变片式称重传感器的称量校正：先计算出称重传感器输出信号值，求出称重仪表一致性校正系数，最后计算出称重仪表的校正系数。本发明结构简单，安装方便，称量精度高，并具有极好的性能价格比，而且称量校正十分方便。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子秤，尤其涉及一种大吨位料仓式料位电子秤及称量校正方法。

背景技术

我国的钢铁冶金企业，特别是大型钢铁厂都采取了淘汰小高炉、小转炉，新建大型高炉和转炉的转换，规模化效应能达到节能减排，提高生产效率，提升产品质量的目的。当前新建高炉都在2000m³以上，与之配套的原料储存、配料料仓都是大型化的。在化工、食品及火力发电行业中同样需要原料储存、配料的大吨位料仓。随着企业对产品质量、原料消耗、成本管理的提高，对这种大吨位料仓的计量要求越来越高，我们不仅是要了解料仓内料位的高低，还要根据生产工艺要求完成物料的配料，这就需要一种能准确测量料仓内物料重量的装置。

以前对大吨位料仓只进行料仓内料位的在线检测，所以对测量的要求非常低，人们只要了解料仓内料位的高低，向料仓内加料时是否会溢出，料仓内物料是否已空，是否需要补充物料等信息。最常用的料位检测方式有超声波料位测量方法及雷达式料位测量方式，这二种测量方法的工作原理与安装方式基本相同，他们的主要特点如下：

这二种测量方式的料位测量方法是通过测量超声波或雷达波发出到返回的时间来得出料仓内物料的高低，从而确定料位的高度。如要计算测量物料的重量，则通过体积和比重来计算重量。料位的测量误差很大，所测得的料位受物料高低不平及堆角的影响，很难测得正确的料位，因此由此计算所得的体积也不正确，同时受物料水分、粒度等影响，最后所得重量误差将更大。超声波料位计的安装位置必须在料仓的顶部，这样安装、维护困难，加上料仓上部为物料的进料口，为进料口设计增加了难度。因此这些测量方法只能检测料仓内的料位状况，不能以测量数据为依据而进行配料控制。

发明内容

本发明的目的是：提供一种性能可靠，检测精度高，能满足测量料仓料位状况和控制配料操作要求的大吨位料位电子秤；

本发明的另一个目的是：提供一种校正方便、能满足控制配料称量精度要求的无砝码称量校正方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

大吨位料位电子秤

本发明的技术方案是，采用重量法来检测控制料仓内物料的重量，这样就可以把料仓也看成是一台超大规格的料斗秤，将料筒仓视作为秤体。在料筒仓重心以上同一水平面上设有四个或四个以上均匀分布的支承耳座，每个支承耳座下面分别安装有称重传感器，所述称重传感器安装在基座上，基座高度高于支承耳座与出料口之间距离；所述称重传感器的上端面有球面，所述球面的中心与称重传感器的中心为同一中心。用4台或4台以上的称重传感器来组成电子秤，可以减轻料仓对楼板等基础的局部压力。

作为优选，所述称重传感器为柱式结构的称重传感器。

作为优选，所述称重传感器的下面通过下压板与基座固定连接，上面通过上压板与支承耳座相接。

作为优选，所述称重传感器与上压板之间有下端为凹形球面的压头，压头的球面直径大于传感器上端面的球面直径，所述压头与上压板相连接。压头是个凹球面，正好扣在称重传感器的上端球面上，并有一定的微小晃动，以保证外部多种因素下力略有偏斜时，传感器能在球面上按外力作用方向发生微小晃动，使球面顶点始终对准传感器的中心线。

作为优选，所述支承耳座与上压板之间设有调整垫片，调整每个传感器的安装高度，安装完成后使其在同一水平面上。

无砝码称量校正方法

大吨位料仓式电子秤的称量校正是一个比较难解决的问题，按较小的料仓计算，如称量范围为0～100t，为了保证校正的精度一般需要加载50％FS以上的标准砝码(FS为满量程)，这样就要在料仓上均匀地加载50t标准砝码，料仓不是平台秤，要在料仓上加载这么多砝码是不可能的，而100t量程的秤在大吨位料仓中是属于最小的一种，一般都有几百吨。

大吨位料仓式电子秤都是生产过程中的工艺秤，对称量精度的要求能达到0.1％FS就可以了，根据这个条件就有可能采用无砝码称量校正方法来校正这种电子秤。

称重传感器在加载额定载荷时的输出信号值可以通过计算得到，称重仪表设计时在选定A/D转换器后，在额定输入信号下输出的A/D转换值也是已知的，根据这些参数通过适当的计算可以求出校正系数，将校正系数通过公式转换转化成与称重传感器数量、传感器输入灵敏度、传感器额定量程相对应的关系，在使用时只要输入传感器数量、传感器量程、传感器平均灵敏度及称重仪表在额定载荷下的显示值就能完成无砝码称量校正。

无砝码称量校正条件，所有称重传感器要求采用并联连接方法，称重传感器为电阻应变片式传感器。

根据应变式称重传感器的工作原理，传感器加载时的输出信号值与传感器的输出灵敏度及传感器的激励电压成正比。当一台电子秤连接的电阻应变片式称重传感器的数量为多台，并且传感器采用并联连接时，传感器输出灵敏度应为多台传感器的平均输出灵敏度，传感器额定输出信号值计算如下：

a、称重传感器输出信号Vcfs：

Vcfs＝S×V       ·················(1)

$S=\underset{n=1}{\overset{n}{\Sigma }}\mathrm{Sn}/n·················\left(2\right)$

其中：Vcfs—传感器输出信号，单位mV

      S—传感器平均输出灵敏度，单位mV/V

      V—传感器激励电压，单位V

      Sn—每个传感器输出灵敏度，单位mV/V

      n—传感器数量

将(2)式代入(1)式，则

$\mathrm{Vcfs}=(\underset{n=1}{\overset{n}{\Sigma }}\mathrm{Sn}/n)\times V············\left(3\right);$

b、称重仪表一致性校正系数DJNc：

称重仪表设计时增加一项输入信号一致性校正环节，出厂时对称重仪表进行厂内校正，即在相同的输入信号下，称重仪表将输入信号转换成相同的A/D转换码数，且各仪表间的误差小于0.01％FS。对于特定的称重仪表在确定A/D转换器后，相同输入信号情况下的A/D转换值输出是相对一致的，但因器件的离散性，还是有一定的差异，要消除这一差异就要对A/D转换值进行一致性校正。

计算如下：

M＝AD×DJNc·················(4)

AD＝Vifs×C·················(5)

其中：M—一致性校正后输出的A/D转换码数，单位码

      AD—A/D转换器在额定输入信号下的A/D转换值，单位码

      DJNc—厂内校正系数

      Vifs—额定输入信号，单位mV

      C—每毫伏输入信号A/D转换器值，单位码/mV

将(5)式代入(4)式并整理，则

DJNc＝M/(Vifs×C)···············(6)；

c、称重仪表的校正系数DJN：

无砝码称量校正是要根据已知参数计算出称重仪表的校正系数，一台电子秤已知的参数为秤的额定量程(W)，称重传感器数量(n)，每个称重传感器的输出灵敏度(Sn)，传感器的额定量程(Wcfs)以及称重仪表在额定载荷下的显示值(Dfs)。

称重仪表的校正系数计算如下：

DJN＝Dfs/M1     ···············(7)

M1＝(Vi/Vifs)×M···············(8)

Vi＝[W/(Wcfs×n)]×Vcfs   ··········(9)

其中：DJN—仪表的称量校正系数

      Dfs—称重仪表在额定载荷下的显示值码数，如额定量程为1000t，而显示值要求为1000.0t，即分辨到0.1t，则Dfs的值为10000。

      M1—传感器加载额定载荷下的A/D转换码数，单位码

      Vi—在加载额定量程时传感器输出信号值，单位mV

      W—秤的额定量程，单位t

      Wcfs—传感器额定量程，单位t

将(9)式代入(8)式并整理，则

M1＝(W×M×Vcfs)/(Wcfs×n×Vifs)·······(10)

将(10)式代入(7)式并整理，则

DJN＝(Dfs×Wcfs×n×Vifs)/(W×M×Vcfs)·····(11)

再将(3)式代入(11)式并整理，则

$\mathrm{DJN}=(\mathrm{Dfs}\times \mathrm{Wcfs}\times n\times \mathrm{Vifs}\times n)/(W\times M\times V\times \underset{n=1}{\overset{n}{\Sigma }}\mathrm{Sn})··\left(12\right).$

称重仪表根据已知条件自动计算称量校正系数DJN，就能实现无砝码称量校正。这种校正方法使用者掌握容易、操作简单，能很好的解决大吨位料仓的称量校正问题。

因此，本发明的有益效果是：大吨位料位电子秤，具有结构简单，安装方便、维修便捷，称量精度高，使用寿命长，并具有极好的性能价格比。

采用无砝码称量校正方法，克服了现有技术大吨位电子秤需要用大量标准砝码进行称量校正的不足，而且校正十分方便。

附图说明

附图1是本发明的一种结构主视图；

附图2是图1的仓料俯视图；

附图3是称重传感器安装主视图；

附图4是压板平面图；

附图5是电阻应变片式称重传感器及连接方法图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体说明。

实施例：

大吨位料位电子秤实例

如图1、图2所示的料位电子秤秤体结构，料筒仓3通过加载支承耳座5直接搁置在称重传感器1上，支承耳座5位置要求选择到相对较高位置，在料筒仓重心以上部位。由于料仓的规格比较大，本发明采用4台柱式称重传感器来组成电子秤，减轻料仓对基础的局部压力。图中，4为放料机构，2为基座。

如图3、图4所示的称重传感器安装图，称重传感器1上端是一个球面11，与压头7相连，压头的下面是个凹球面，球面半径大于称重传感器1上端的球面，二者正好扣在一起，并有一定的微小晃动，以保证外部多种因素下力略有偏斜时，传感器1能在球面上按外力作用方向发生微小晃动，使球面顶点始终对准传感器的中心线。上、下压板8、6分别与秤体1和基座2相连，加载的上压板8上放置的调整垫片9，调整每个传感器的安装高度，安装完成后使其在同一水平面上。

无砝码称量校正

如图5所示，无砝码称量校正的适用条件是具有多台电阻应变片式称重传感器，称重传感器采用并联连接，多台称重传感器用一台称重仪表。图中1为电阻应变片式的称重传感器。

无砝码称量校正要通过已知条件计算出校正系数DJN。问题的关键是要知道输入信号与AD转换码数之间的比例关系。在称重仪表设计时，对设计者来说，输入信号与AD转换码数是已知条件，但因元器件的参数离散性，对每一个仪表都会有一定的差异，这种差异因选用的AD转换器不同，差异大小都会不同，如选用集成AD转换器，则差异会小一点，如用分列元件组成的AD转换器差异就比较大。为此设计时要增加一个功能模块为称重仪表的一致化校正功能，在仪表出厂前用标准信号发生器产生标准的输入信号，然后自动校正方式进行一致化校正。

这种标准过程如下：

假定这台仪表每毫伏输入信号转换成的AD转换码数在20500～21000码之间，则一般会将每毫伏输入信号一致性校正为M1＝20000码，输入信号范围为0～30mV。

1、输入0mV时进行回零操作，使显示为0，仪表自动记录0mV时的AD转换码数AD0＝1000。

2、输入30mV标准信号，仪表自动记录30mV时的AD转换码数AD1＝618900。

4、进行一致性校正操作，仪表自动计算一致性校正系数。因设计者知道输入30mV输入信号时应规范到的AD转换码数，此例为M＝20000×30＝600000码。

仪表计算公式如下：

M＝(AD1-AD0)×DJNc

DJNc＝M/(AD1-AD0)＝300000/(618923-1000)＝0.9709948(单精度浮点数运算)

验证：

(618923-1000)×0.9709948＝600000.0198004

小数点后数据做四舍五入运算后为600000。

这样对于称重仪表就完成了一致性校正，AD转换码数与输入信号之间就有了一个固定的比例关系，此例为M1＝20000码/mV。

下一步是使用者的实际操作所需要计算和输入仪表中的数据。

对于一台已确定的电子秤，称重传感器数量及相关参数都为已知数，称重仪表需要显示的重量也是已知参数，传感器激励电压也为一固定的已知参数，如V＝10V，现在需要通过这些参数计算出称量校正系数。

第一步由操作者手工计算传感器的平均输出灵敏度，每个传感器都有一张证书，证书中有一项为输出灵敏度mV/V，即在传感器加载额定量程时每1伏传感器激励电压传感器输出的电压值。

$S=\underset{n=1}{\overset{n}{\Sigma }}\mathrm{Sn}/n$

如：有四台传感器，输出灵敏度分别为1.512mV/V(S1)、1.514mV/V(S2)、1.493mV/V(S3)、1.498mV/V(S4)，则

S＝(1.512+1.514+1.493+1.498)/4＝1.50425

第二步称重仪表自动计算额定量程下的传感器输入信号

如每个传感器额定量程为W＝500t，仪表显示为Dfs＝1000.0t，称重仪表的传感器激励电压为V＝10V。传感器数量为n＝4台。

Vi＝S×V×(Dfs/(W×n))＝1.50425×10×(1000/(500×4))＝7.52125mV

第三步称重仪表自动计算校正系数

Dfs＝M1×Vi×DJN

DJN＝Dfs/(M1×Vi)＝10000/(20000×7.52125)＝0.06647831

验证：

Dfs＝20000×7.52125×0.06647831＝9999.99978175

小数点后数据做四舍五入运算后为10000。加1位小数点后运算显示1000.0t。

计算实例：

称重仪表的额定输入信号为30mV(Vcfs)，A/D转换输出值在出厂时要求统一为600,000码(M)，但因为元器件的离散性，实际每毫伏输入信号A/D转换器值为20100码(C)，称重仪表出厂时对称重仪表进行一致性校正，使在额定输入信号时的输出值为600,000码，按(6)式求得厂内校正系数。

DJNc＝M/(Vifs×C)＝600000/(30×20100)＝0.99502

料位电子秤的额定量程为1000t(W)，称重仪表在加载1000t时显示1000.0t，则Dfs为10000，选用4台(n)额定量程为500t(Wcfs)的称重传感器，传感器输出灵敏度分别为1.512mV/V(S1)、1.514mV/V(S2)、1.493mV/V(S3)、1.498mV/V(S4)，称重仪表的传感器激励电压为10V(V)。按(12)式计算校正系数。

$\mathrm{DJN}=(\mathrm{Dfs}\times \mathrm{Wcfs}\times n\times \mathrm{Vifs}\times n)/(W\times M\times V\times \underset{n=1}{\overset{n}{\Sigma }}\mathrm{Sn})$

$=(10000\times 500\times 4\times 30\times 4)/[1000\times 600000\times 10\times (1.512+1.514+1.493+$

$1.498\left)\right]=0.0664783.$

实际操作时操作员需要向称重仪表输入以下参数：

1、计算得出的平均输出灵敏度S＝1.50425；

2、传感器额定量程Wcfs＝500

3、传感器数量n＝4

4、电子秤的额定量程Dfs＝1000.0。

公式中其它参数为公式中固有，不需要输入。

本发明适用于冶金、化工、食品等大型料仓的电子秤安装及称量校正。