一種料斗秤校稱(chēng)裝置及其方法的應(yīng)用(最終稿件版)

1、一種料斗秤校稱(chēng)裝置及其方法的應(yīng)用季華鋒 李德家（中國(guó)一冶集團(tuán)機(jī)電安裝工程公司電裝分公司 ，湖北 武漢 430081 ）摘要 通過(guò)應(yīng)用料斗秤快速校準(zhǔn)裝置代替砝碼對(duì)料斗稱(chēng)進(jìn)行校準(zhǔn)，不斷解決了一直以來(lái)無(wú)法對(duì)料斗稱(chēng)大量程段進(jìn)行檢定/校準(zhǔn)的難題，確保了料斗稱(chēng)全量程的計(jì)量準(zhǔn)確，而且使員工從繁重的勞動(dòng)中解脫出來(lái)，提高了工作效率，降低了成本。關(guān)鍵詞 料斗稱(chēng)；砝碼；校稱(chēng)裝置；校準(zhǔn)Application of Calibration Device in Calibrating Hopper ScaleJi huafeng,Li Dejia(Denso Branch of Electromechanical Ins

2、tallation Company ,China No.1 Metallurgical Construction Group Co.,LId.,Wuhan,Hubei 430081,China)Abstract:It is indicated that substituting s fast Calibrating device attached with hopper weight method can not only resolve the problem associated with calibrating the higher range of the scale,but also

3、 assure an accurate calibration through the full range of the scale.Thus the calibration efficiency is enhanced and the cost is reduced.Key Words:hopper scale;weights;calibration device;calibration0前言在工業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)中，料斗秤既可將一定容積的料倉(cāng)內(nèi)所稱(chēng)量的物料重量轉(zhuǎn)換成物料高度進(jìn)行料位檢測(cè)（如燒結(jié)工程中料倉(cāng)料位檢測(cè)），又可作為配料秤進(jìn)行物料的稱(chēng)量配比（如高爐煉鐵，轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中焦炭、礦石等的稱(chēng)量

4、配比）。無(wú)論料斗秤是用于料位檢測(cè)還是稱(chēng)量配比都是工藝控制系統(tǒng)中極其重要的環(huán)節(jié)，其稱(chēng)量精準(zhǔn)與否直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全問(wèn)題。因而料斗秤在安裝調(diào)試及使用過(guò)程中，標(biāo)定是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一，它直接決定電子秤的精確度。而對(duì)于電子秤的標(biāo)定，傳統(tǒng)方法是采用加載標(biāo)準(zhǔn)重量的砝碼進(jìn)行。但該方法需要對(duì)砝碼進(jìn)行多次搬運(yùn)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，勞動(dòng)效率低。在加載砝碼過(guò)程中，電子秤的顯示精度還與砝碼的擺放位置直接相關(guān)，如果砝碼擺放不均勻偏載較大，將導(dǎo)致標(biāo)定失敗，甚至因傾斜導(dǎo)致載荷分配不均而損壞稱(chēng)重傳感器，同時(shí)如果砝碼碼放不好還可能導(dǎo)致垮塌傷人。在這種情況下，如何有效保證工程施工進(jìn)度與質(zhì)量，確保設(shè)備安裝、調(diào)試及運(yùn)行安全，成為現(xiàn)場(chǎng)工

5、程施工中急需解決的問(wèn)題。1工藝原理1.1料斗稱(chēng)稱(chēng)重系統(tǒng)的工作原理料斗秤由稱(chēng)重料斗/料倉(cāng)、稱(chēng)重傳感器、稱(chēng)重接線盒和稱(chēng)重顯示儀表等組成。如圖1所示，稱(chēng)重料斗/料倉(cāng)是盛放被稱(chēng)物料并將其物料重量全部傳遞到位于稱(chēng)重料斗/料倉(cāng)和基礎(chǔ)之間的多個(gè)稱(chēng)重傳感器上。傳感器內(nèi)部的彈性體因受力而變形，其內(nèi)部貼片電阻值發(fā)生變化，在供橋電壓（EXC+/EXC-也叫激勵(lì)電壓）的作用下輸出與被稱(chēng)量物料的重量成正比關(guān)系的直 流 毫伏電壓信號(hào)（SIG+/SIG-)， 該電壓信號(hào)經(jīng)稱(chēng)重接線盒通過(guò)屏蔽電纜傳送到相配的稱(chēng)重顯示儀表或稱(chēng)重模塊。電壓信號(hào)，經(jīng)稱(chēng)重顯示儀表內(nèi)部放大、轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的重量（或物料高度即料位）顯示值，同時(shí)由稱(chēng)重

6、顯示儀輸出與顯示值相對(duì)應(yīng)的420mADC標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)送圖1 料斗秤安裝示意 PLC或其他控制單元，實(shí)現(xiàn)稱(chēng)重系統(tǒng)的自動(dòng)控制，其接線原理圖如圖2所示。圖圖2 料斗秤接線原理1.2 帶料斗或料倉(cāng)水平檢測(cè)的料斗秤校秤裝置工作原理帶料斗/料倉(cāng)水平檢測(cè)的料斗稱(chēng)校稱(chēng)裝置如圖3所示。其中，龍門(mén)架通過(guò)焊接或螺栓與支撐梁或地基固定連接，龍門(mén)架的水平橫梁中心位置下端設(shè)置千斤頂，千斤頂豎向垂直設(shè)置在校稱(chēng)用標(biāo)準(zhǔn)稱(chēng)重傳感器的上表面上，校稱(chēng)用標(biāo)準(zhǔn)稱(chēng)重傳感器的下方為施壓平臺(tái)，龍門(mén)架與千 圖3 帶料斗/料倉(cāng)水平檢測(cè)的料斗秤校秤裝置結(jié)構(gòu) 斤頂之間設(shè)置一定厚度的墊塊。磁性水平儀結(jié)構(gòu)如圖4所示。各水平儀之間通過(guò)磁性水平儀連接軟管連接

7、構(gòu)成封閉串接的水平儀組；施壓平臺(tái)分別設(shè)置在料斗/料倉(cāng)的各個(gè)側(cè)面外側(cè)，且各托臂沿水平方向向各側(cè)面的外側(cè)延伸；稱(chēng)重顯示儀表與各標(biāo)準(zhǔn)稱(chēng)重傳感器相配置并外設(shè)于方便觀察結(jié)果處；所述校稱(chēng)裝置的套數(shù)與現(xiàn)場(chǎng)料斗稱(chēng)設(shè)計(jì)使用的被校稱(chēng)重傳感器個(gè)數(shù) 圖4 磁性水平儀結(jié)構(gòu) 相對(duì)應(yīng)，圖3中僅以一套裝置為例加以說(shuō)明。在對(duì)電子稱(chēng)進(jìn)行標(biāo)定前，首先將4個(gè)磁性水平儀組成的磁性水平儀組放置到稱(chēng)重料斗/料倉(cāng)水平平面上，并在料斗/料倉(cāng)水平平面四角均布，用漏斗和醫(yī)用注射器通過(guò)上端開(kāi)口的帶刻度的塑料管向水平儀組內(nèi)注入適量的水。通過(guò)各水平儀中水的實(shí)時(shí)刻度示數(shù)檢測(cè)稱(chēng)重料斗/料倉(cāng)的安裝是否水平，如果不水平，則進(jìn)行必要的調(diào)整直至達(dá)到水平為止。然后將

8、各磁性水平儀全部從稱(chēng)重料斗/料倉(cāng)上取下，對(duì)電子稱(chēng)進(jìn)行零點(diǎn)標(biāo)定，完成零點(diǎn)標(biāo)定后再把各磁性水平儀重新放置到稱(chēng)重料斗/料倉(cāng)上，這時(shí)磁性水平儀組放置到稱(chēng)重料斗/料倉(cāng)水平平面上，或者均布粘貼在稱(chēng)重料斗/料倉(cāng)側(cè)面同一水平高度處，以在加載過(guò)程中便于實(shí)時(shí)觀測(cè)為宜，然后準(zhǔn)備進(jìn)行加載標(biāo)定。加載過(guò)程中，通過(guò)千斤頂向上對(duì)龍門(mén)架產(chǎn)生作用力，靠龍門(mén)架形成向下的反作用力，該力同時(shí)加載到標(biāo)準(zhǔn)稱(chēng)重傳感器和被校稱(chēng)重傳感器上，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)稱(chēng)重傳感器及稱(chēng)重顯示儀表組成的標(biāo)準(zhǔn)電子稱(chēng)，準(zhǔn)確顯示各個(gè)千斤頂所施加力的大小及全部千斤頂所施加力的總和。通過(guò)稱(chēng)重顯示儀表操作面板上各按鍵的不同操作，完成對(duì)稱(chēng)重顯示儀表內(nèi)部中央控制單元的參數(shù)設(shè)定，稱(chēng)重顯

9、示儀表的顯示屏既可按要求切換顯示某一傳感器輸入通道的測(cè)量值又可切換顯示所有傳感器輸入通道的測(cè)量值的總和；通常，稱(chēng)重顯示儀表設(shè)計(jì)有46個(gè)傳感器輸入通道，使用時(shí)，根據(jù)料斗秤實(shí)際安裝的稱(chēng)重傳感器的個(gè)數(shù)確定所用標(biāo)準(zhǔn)稱(chēng)重傳感器的個(gè)數(shù)，并將所用標(biāo)準(zhǔn)稱(chēng)重傳感器分別對(duì)應(yīng)接入稱(chēng)重顯示儀表的傳感器輸入通道即可。由此該校秤裝置將電子秤標(biāo)定所需的標(biāo)準(zhǔn)重量轉(zhuǎn)變成施加方便的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械力，準(zhǔn)確計(jì)量并作為標(biāo)準(zhǔn)載荷代替砝碼實(shí)現(xiàn)對(duì)料斗秤的標(biāo)定。另外通過(guò)料斗/料倉(cāng)水平平面四角均布的四個(gè)水平儀實(shí)時(shí)觀測(cè)稱(chēng)重料斗的水平情況，以避免秤臺(tái)偏載情況的發(fā)生。2 稱(chēng)重傳感器及稱(chēng)重顯示儀表單體校驗(yàn)稱(chēng)重傳感器及稱(chēng)重顯示儀表在安裝前，應(yīng)進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)和校驗(yàn)

10、，以確定稱(chēng)重傳感器和稱(chēng)重顯示儀表的好壞及精確度，以免影響系統(tǒng)調(diào)試延誤工期。進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)和校驗(yàn)的主要操作要點(diǎn)是：2.1 外觀檢查仔細(xì)查看被校傳感器及稱(chēng)重顯示儀表的外觀，如發(fā)現(xiàn)設(shè)備有破損、變形等不得使用。2.2 絕緣電阻測(cè)試1）用標(biāo)準(zhǔn)精密數(shù)字萬(wàn)用表的M檔檢測(cè)傳感器及稱(chēng)重顯示儀表的供橋電壓線（EXC+/EXC-）與信號(hào)線(SIG+/SIG-)之間、供橋電壓線（EXC+/EXC-）與屏蔽線（SHD）之間、信號(hào)線(SIG+/SIG-)與屏蔽線（SHD）之間的絕緣情況。2）用標(biāo)準(zhǔn)精密數(shù)字萬(wàn)用表的M檔檢測(cè)稱(chēng)重顯示儀表的供橋電壓端子（EXC+/EXC-）與電源端子L/N之間、信號(hào)線端子(SIG+/SIG-)與

11、電源端子L/N之間以及電源端子L/N與稱(chēng)重顯示儀表接地端子之間的絕緣情況。3）用標(biāo)準(zhǔn)精密數(shù)字萬(wàn)用表的檔檢測(cè)傳感器及稱(chēng)重顯示儀表的供橋電壓線EXC+與EXC-之間以及信號(hào)線SIG+與SIG-之間的電阻值，并將以上檢測(cè)值與產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)等技術(shù)資料提供的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比。2.3 稱(chēng)重顯示儀表的單體調(diào)校1）將稱(chēng)重顯示儀表上的EXC+與SEN+端子、EXC-與SEN-端子分別短接，并按照稱(chēng)重顯示儀表要求的工作電壓（220VAC或24VDC）接好電源線。2）接通電源，用標(biāo)準(zhǔn)精密數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量稱(chēng)重顯示儀表的供橋電壓端子（EXC+/EXC-）之間的直流電壓，檢查稱(chēng)重顯示儀表的供橋電壓是否精準(zhǔn)、穩(wěn)定且與產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)中

12、的技術(shù)參數(shù)相符。3）按照設(shè)計(jì)工藝要求結(jié)合稱(chēng)重顯示儀表產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)有關(guān)參數(shù)設(shè)定的操作步驟進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)定。如：儀表工位號(hào)、測(cè)量單位、測(cè)量量程范圍等。在進(jìn)行儀表調(diào)校時(shí)以單個(gè)稱(chēng)重傳感器的量程范圍為準(zhǔn)，完成儀表調(diào)校后將測(cè)量量程范圍設(shè)置回儀表設(shè)計(jì)要求的量程范圍。如：稱(chēng)重顯示儀表提供的供橋電壓為10VDC，連接四路05t的稱(chēng)重傳感器，稱(chēng)重傳感器的靈敏度為2±0.002mV/V，稱(chēng)重顯示儀表設(shè)計(jì)量程范圍為010t并對(duì)應(yīng)輸出420mADC。在進(jìn)行儀表調(diào)校時(shí)，先將稱(chēng)重顯示儀表的量程范圍設(shè)置為05t（稱(chēng)重顯示儀表對(duì)應(yīng)輸入的直流毫伏信號(hào)為020mV）對(duì)應(yīng)輸出420mADC，待稱(chēng)重顯示儀表及相連接的多路

13、稱(chēng)重傳感器全部校驗(yàn)完成后再將稱(chēng)重顯示儀表的量程范圍設(shè)置為010t對(duì)應(yīng)輸出420mADC。4）用高精度標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器以第3步所述為例，在稱(chēng)重顯示儀表的信號(hào)線端子(SIG+/SIG-)之間以020mVDC范圍五等分輸入0mV、5mV、10mV、15mV、20mV直流信號(hào)。稱(chēng)重顯示儀表對(duì)應(yīng)顯示0t、1.25t、2.5t、3.75t、5t，稱(chēng)重顯示儀表電流輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)為4mADC、8mADC、12mADC、16mADC、20mADC。若測(cè)量值或輸出信號(hào)超出儀表或設(shè)計(jì)要求的精度范圍，則按照稱(chēng)重顯示儀表產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)的調(diào)校步驟進(jìn)行調(diào)校，校驗(yàn)的同時(shí)做好稱(chēng)重顯示儀表調(diào)校記錄。5）切斷電源，參照?qǐng)D4.1-2料斗

14、秤接線原理圖將單個(gè)稱(chēng)重傳感器直接接到稱(chēng)重顯示儀表對(duì)應(yīng)的接線端子上，準(zhǔn)備進(jìn)行加載校驗(yàn)。2.4 稱(chēng)重顯示儀表及單個(gè)連接的稱(chēng)重傳感器的加載校驗(yàn)）用經(jīng)過(guò)定期檢定的高精度稱(chēng)重傳感器及相應(yīng)的稱(chēng)重顯示儀表組成的標(biāo)準(zhǔn)電子秤（其精度等級(jí)要比被校驗(yàn)電子秤設(shè)計(jì)要求的精度高一等級(jí)），通過(guò)龍門(mén)架及千斤頂分別對(duì)被校驗(yàn)的稱(chēng)重傳感器作加、減壓力試驗(yàn)（要除去被校稱(chēng)重傳感器及千斤頂?shù)闹亓浚?，按被校稱(chēng)重傳感器量程的25%、50%、75%、100%校驗(yàn)。上升（加壓）、下降（減壓）不少于兩次，校驗(yàn)的同時(shí)做好調(diào)校記錄，調(diào)校記錄將作為交工資料交付業(yè)主。）將校驗(yàn)合格的稱(chēng)重顯示儀表及相連接的多路稱(chēng)重傳感器貼上校驗(yàn)合格證并標(biāo)明相應(yīng)的工位號(hào)，以便

15、于安裝。3 系統(tǒng)單體調(diào)試與故障排查3.1 系統(tǒng)單體調(diào)試料斗秤稱(chēng)重系統(tǒng)安裝、接線完成后，檢查線路連接是否正確可靠，并確認(rèn)是否達(dá)到送電條件。如符合條件，則可進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試即秤的標(biāo)定。其操作要求及步驟如下。1）校驗(yàn)線路連接好后，通電前仔細(xì)檢查電源線是否正確無(wú)誤地接到設(shè)備對(duì)應(yīng)的電源端子 ，供電電壓是否與儀表要求的工作電壓相符。2）接通電源待設(shè)備完成自檢后，通過(guò)設(shè)備自帶的操作面板或是調(diào)試軟件檢查稱(chēng)重顯示儀表內(nèi)部設(shè)置的相關(guān)參數(shù)如：工位號(hào)、測(cè)量單位、測(cè)量范圍、分度值等與圖紙?jiān)O(shè)計(jì)是否一致。3）在對(duì)電子秤進(jìn)行加載標(biāo)定前，先按圖2.2-1（帶料斗/料倉(cāng)水平檢測(cè)的料斗秤校秤裝置結(jié)構(gòu)圖）圖示，將磁性水平儀組放置到稱(chēng)重料

16、斗/料倉(cāng)水平平面上，用漏斗通過(guò)帶刻度的開(kāi)口塑料管向水平儀組內(nèi)注入適量的水。通過(guò)水平儀檢測(cè)稱(chēng)重料斗/料倉(cāng)安裝是否水平，如果不水平，則進(jìn)行必要的調(diào)整直至達(dá)到水平為止。將磁性水平儀全部從稱(chēng)重料斗/料倉(cāng)上取下，按照稱(chēng)重顯示儀表使用說(shuō)明書(shū)中相關(guān)校準(zhǔn)項(xiàng)的操作說(shuō)明對(duì)電子秤進(jìn)行零點(diǎn)標(biāo)定，完成零點(diǎn)標(biāo)定后再把磁性水平儀組成重新放置到稱(chēng)重料斗/料倉(cāng)上。這時(shí)磁性水平儀組既可放置到稱(chēng)重料斗/料倉(cāng)水平平面上，也可均布“粘貼”在稱(chēng)重料斗/料倉(cāng)側(cè)面同一水平高度處，以在加載過(guò)程中便于實(shí)時(shí)觀測(cè)為宜，然后準(zhǔn)備進(jìn)行加載標(biāo)定。加校驗(yàn)負(fù)載時(shí)，受力機(jī)構(gòu)和傳感器應(yīng)及時(shí)承接全部載荷，不受其它附加物和固定件的影響（如進(jìn)料管與稱(chēng)重料斗/料倉(cāng)之間若

17、有連接則必須是處于軟連接狀態(tài)，稱(chēng)重料斗/料倉(cāng)的防偏轉(zhuǎn)裝置必須處于自由狀態(tài)，稱(chēng)重料斗/料倉(cāng)與四周框架間有合理的間隙無(wú)摩擦現(xiàn)象等）。對(duì)于由多個(gè)傳感器組合成的稱(chēng)重裝置，首先進(jìn)行角平衡調(diào)試，其方法是在各傳感器上方施加相同大小的力（一般為料斗秤稱(chēng)重量程范圍的10%），測(cè)量每個(gè)傳感器輸出信號(hào)mV值，確定一個(gè)中間值，然后分別調(diào)整補(bǔ)償接線盒內(nèi)補(bǔ)償電位器使對(duì)應(yīng)稱(chēng)重傳感器信號(hào)輸出mV值與中間值一致。4）按照?qǐng)D2.2-1將校秤裝置安裝好，旋升千斤頂對(duì)校秤裝置施加一定的預(yù)緊力，在預(yù)緊過(guò)程中要確保千斤頂垂直受力，避免千斤頂產(chǎn)生偏斜。然后在被校料斗秤稱(chēng)重量程范圍內(nèi)按滿量程的25%、50%、75%、100%均勻加載，同時(shí)通

18、過(guò)水平儀組觀測(cè)稱(chēng)重料斗/料倉(cāng)的水平情況，要避免偏載情況的發(fā)生，確保所加載的力全部垂直作用到被校驗(yàn)的稱(chēng)重傳感器上，直至所加載荷（含校秤用標(biāo)準(zhǔn)稱(chēng)重傳感器的總重量）達(dá)到被校電子秤量程上限，然后對(duì)電子秤進(jìn)行滿度標(biāo)定。5）完成料斗稱(chēng)滿度標(biāo)定后，緩慢卸載并觀察被校電子秤重量顯示值與校秤裝置標(biāo)準(zhǔn)稱(chēng)重顯示值的對(duì)應(yīng)情況。直至缷到空載，確認(rèn)被校料斗稱(chēng)顯示是否為零，若不為零則重新進(jìn)行零點(diǎn)標(biāo)定。6）重復(fù)上述4-5步，直至被校料斗秤稱(chēng)重顯示值在量程范圍內(nèi)0%、25%、50%、75%、100%的線性及精度滿足產(chǎn)品精度或設(shè)計(jì)精度要求為止。7）重復(fù)性分別在50%的稱(chēng)量量程和接近100%的稱(chēng)量量程進(jìn)行兩組測(cè)試，每組至少重復(fù)3次

19、。每次測(cè)試前，應(yīng)將秤調(diào)至零點(diǎn)位置。如果秤具有自動(dòng)置零或零點(diǎn)跟蹤裝置，測(cè)試時(shí)應(yīng)運(yùn)行。對(duì)于同一載荷，多次稱(chēng)量所得結(jié)果之差，應(yīng)不大于該料斗秤稱(chēng)量最大允許誤差的絕對(duì)值。 8）完成系統(tǒng)標(biāo)定后，應(yīng)將料斗秤返回到測(cè)量工作狀態(tài)，系統(tǒng)可進(jìn)行熱負(fù)荷考核運(yùn)行。 3.2 料斗秤稱(chēng)重系統(tǒng)故障的排查對(duì)于料斗秤稱(chēng)重系統(tǒng)，其故障處理應(yīng)遵循這樣的步驟；觀察(故障觀察)分析(故障原因)檢測(cè)(為故障判斷提供依據(jù)或?qū)ε袛嘟Y(jié)果加以驗(yàn)證)修復(fù)(修理或更換)檢定(系統(tǒng)調(diào)試后對(duì)其計(jì)量性能進(jìn)行測(cè)試)?？筛鶕?jù)實(shí)際情況選用下列方法判斷：直觀法、替代法、比較法、插拔法、代碼診斷法等。 就稱(chēng)重傳感器自身的特點(diǎn)可通過(guò)下列方法檢測(cè)、判斷和驗(yàn)證。1)阻抗判

20、別法：逐個(gè)將傳感器的兩根信號(hào)輸出線(SIG+/SIG-)、供橋電壓輸入線（EXC+/EXC-）拆開(kāi)，用萬(wàn)用表測(cè)試兩根信號(hào)輸出線(SIG+/SIG-)之間及供橋電壓輸入線（EXC+/EXC-）之間的電阻值以及信號(hào)輸出線(SIG+/SIG-)、供橋電壓輸入線（EXC+/EXC-）各芯線與屏蔽層間的絕緣電阻。如果測(cè)試結(jié)果達(dá)不到合格證上的數(shù)值，即可判斷為故障傳感器。2)信號(hào)輸出判斷：如果阻抗法無(wú)法判斷傳感器的好壞，可用此法做進(jìn)一步檢查。先給儀表通電，將傳感器的輸出線拆開(kāi)。在空秤下用萬(wàn)用表測(cè)量其mV輸出值。假設(shè)額定激勵(lì)電壓為U(v)，傳感器的靈敏度為S(mVV)，傳感器的額定載荷FS(t)，那么當(dāng)在某個(gè)傳感器實(shí)際施加的載荷為T(mén)(t)時(shí)，其輸出mV增加值為U×S×FS×