1. 前言

在制造带传感器的料罐时须注意一些重要的基本规则。例如,料罐通常需经受气候条件或与生产有关的影响。在新建露天料仓(贮仓,煤仓)关系到建筑物的,必须遵守建筑法规。 对建筑法而言,衡器设备的事后改造也可看作重要的改变。在这一情况下值得推荐的是向建筑工程师的咨询, 建筑法规在安全方面原则上定义了“技术的状态”。 例如对风荷是在德国标准 DIN 1055 第四部分建筑负荷中假定。

料罐结构的设计制造者也应同时弄清楚特别的,常常是公司内部的规定,如果装了危险品,并且预期用叉车操作, 屋顶上的料罐也应常常针对升移加以保护。

2. 重量分布

当料罐支承于三个承载点上,每一承载点上设置一个传感器时,才能达到确定料罐重量的传感器最佳规定 。这一情况被称为静态确定。为此整个负荷应尽可能均匀地分配在三个传感器上,对于立式的或悬挂式的柱形料罐,当三个传感器与料罐垂直轴等距,且在平面上相互成 120° 时满足最佳均匀条件。对于横式、卧式的料罐承载点的排列参考图1.

若在一种设备中不是所有支承上配制了传感器,则支承负荷非均匀分布比较适合。 带传感器的支承应比没有传感器的支承多承重,通过这一措施可改善衡器设备的精度,在设计设备和选传感器时应力求尽可能同样大的负荷作用于传感器上。

图 1 卧式料罐的承载点分布 A, B 和 C

若料罐受四点或四点以上支承,则存在一静态的自由度富余。 对这一应用情况必须所有承载点上都考虑传感器。对单个传感器上的负荷均匀分配只能通过安装加以实现。为达此目的,首先单独测量传感器的负荷,若遇到明显的差别,相应的传感器其高度应加以调整(如通过填塞金属片),原则上带太小的负荷的传感器应对面安装。

图 2: 有倾斜流出板的料罐,其重心位置因装填量的不同而异。

3. 料罐重心

满载的料罐重心应尽量低于料罐的支承点。这一要求在实践中常常难以实现。

当重心位于承载点以下时对机构的稳定性是有利的。重心点的位置随充填量高度而变化,重心位置对于所需要的传感器数量具有举足轻重的影响。在对称充填下传感器的布局,因重心位置在一垂直线上运动,用一个传感器制造衡器设备是可能的。若由于装填物的变化重心随中心线侧向运动,则所有支承点均应配以传感器。

图 2 解释了在重心(侧向)变化时对所有支承点都用传感器的必要性。

图 3: 长的水平管连接
图 4: 弹性管状连接
图 5: 弧形管
图 6: 波纹管补偿连接
图 7: 开放的货装短管

4. 料罐装卸等接口

料罐常常很需要装卸其它接口,例如料罐内容物的装入和卸出,料罐的电子,液压或气压等附属设备。

料罐装卸接口可产生附加力的影响,导致对秤的测量精度的误差。因此接口必须在垂直方向较灵活。图 3 到 7 展示了几种合理的接口形式,这些方面应在构思阶段和项目阶段加以考虑。 在连接不灵活的刚性管时,合理的是:料罐与一尽可能长的水平管子相连接。水平管在垂直方向上是柔性的,并且长度越长越软。它产生的作用于传感器上的应力相应较小,对测量精度不重要。 (图 3).

几节容易弯曲的连接管可以代替长的水平管子(图4)用可易变形的弹性材料软管连接从而避免附加力。在此需检验弹性材料对容器充填物质及清洁剂的可接受度(如食品、药品技术)。其他减少附加力的可能性是通过配置弧形管 (图 5).

在垂直向的管引入情况下,在测量重力方向上要求的情况下或软管不能应用的情况下,可靠的管道连接是通过波纹管补偿实现 (图 6). 但在装配这种补偿器时必须保持很小的变形量。如应用第二个波纹管,它与第一个通过管子联接时,可以允许更大的变形量。

提示:一些需要特别清洁的地方(如食品工业),波纹管是不允许的。

图 7 中显示的开口连接开放式货装短管说明在减少附加力方面为最佳,开放的接头避免管和料罐之间的接触,但在封闭系统(如压力容器)中这一形式不能使用。

提示:必须一直注意,接连管道的材料也进入称量,直接与料罐连接的进料和出料管道应该在称量过程中重量恒定,这就是说:管道要么是空的,要么总是满的。 

5. 压力负荷

在封闭设备中,系统压力对称量结果有影响,尤其在化工行业中,反应过程需要很高的压力,相反吸尘设备对尘粒型的称量物产生 100 到 300毫巴的负压。当管道在容器中垂直连接时,如图 5 和 6, 则存在直接进入测量的附加力。其影响相应于压力和管道横剖面的乘积,测量过程中压力稳定时这一份额可在测量时予以考虑或算出。 水平的连接管是有利的,因而优先于垂直管安装, 这情况下相应的附加力通过安装附件吸收。

图 13: 四个传感器上的矩形仓
图 8: 带有一个传感器刚性安装结构的立罐
图 9: 带二个固定支承和一个传感器的立罐
图 10: 更高的立罐
图 11: 在基座上的立罐
图 12: 带轮缘的立罐的称重模块配置

6.1 几种典型的传感器安装形式

这一节用图例展示几种典型的料罐结构,对涉及到的具体的问题的结构细节,将在有关章节介绍。

6.1 立式装填料罐

对液体、散装货物等匀质物体,有二个固定基座和一个传感器的配置是可行的。条件是容量构造对称,并且装填物重心线在整个装填过程中近似地在一条垂直线上。其他情况,尤其在更高的精度时,则必须配备三个或更多的传感器。

6.1.1 传感器的刚性安装

这一在承重体上的简单地刚性安装传感器的结构一般不予推荐,这种结构不能使传感器避免由于装载状况变化, 振动,温度变化引起的变形而带来的测量误差。

6.1.2 安装有二个支承体和一个传感器的立罐容器

这一测量系统应用一个摆式传感器和二个固定支承,它们同时也起固定立罐容器的作用,这一低价位的结构使传感器避免一定的测量误差。

6.1.3 支撑在三个或四个传感器上的立罐容器

精确的装填状况大多数用三个传感器上作测量元件,然而在直角对称结构中也可见四点配置,尽管这一布置因其超自由度及价格较贵在原理上不为最佳,但另一方面它们很容易被设计者想到。尽管双摇柱弹性支承体不需要导杆, 但多数需要与固定的限止器组合。对特别高的立罐,在上面部分要求安装附加的导杆,在图例中园棍杆用较小的预紧力预紧。固定的挡杆在这种位置只要很小的不可避免的错位便会触及立罐,由此通过接触摩擦导致附加力。此处一般不推荐使用滚动挡子或绳索导引器。

6.1.4 使用三种不同称重模块上的立罐

三个称重模块,其导杆外切于结构外缘,使罐不需其他措施,而保持水平稳定。同样也具有防抬升保护可防止立罐倾覆。以此在露天建设中不需很多结构细节,这个图例展示了小、中、大负荷的称重模块。 使用标准的称重模块可以简化结构,可极大节省结构的花费,但必须考虑承载面的平行性、高度对齐等等细节。

6.1.5 应用称重模块上的带轮缘的立罐

实践中通常发现圆形立罐的外壳一般达到底部,以保证整个结构的稳定性,此时需要特殊的安装方式正确地安装传感器。图 12 显示用传感器来测量的这一结构的原理,这一方案即通过它将重量导入传感器。当然称重模块也包含抬升保护(图 12 中为清晰起见没画出来)。即使结构的小的抬升已足以使整个重量导入传感器。所以在此结构中需要一圆形密封圈来密封,它非常柔软不足以产生附加力。

6.1.6 安装有四个传感器的装填站的矩形仓

在装填站,来自传送机构、装填和下卸设备的振动,且当称量仓为可动设备的一部分时,由于加速度的影响,会使矩形仓很不稳定,这还不考虑大质量的散装物投落进仓时,通过落在斜的侧面上引起的极大的侧向力。这一情况下,特别需要预先考虑预紧力的稳定的导杆固定。有时侯在无需称量时, 秤容器被固定保持,仅在称量时是自由的。直角对称的结构极有利于稳定,因此也在多数传感器安装中被采纳。同时传感器一般带有弹性支承体,如摆式传感器。

图 14: 悬挂在二个或三个传感器上的罐
图 15: 挂在一个传感器上的称重罐

6.2 悬挂式称重罐

悬挂式称重罐常常以更简单的柔性的园棍拉式机构消除或减少自归中问题和高度调节问题。除了常常要求的坠落保护外,防止摆动和旋转的导杆是必要的。

6.2.1 挂有二个或三个传感器的悬挂式称重罐

总的来说简单的结构要求更多的切向布置的导杆,在应力很小的情况下,可由侧向的下面的管子承担。

6.2.2 单个传感器中心悬挂的结构

在这一结构中必须有防摆动和防旋转的保护。

6.3 卧式储罐

对于多数情况下,液体重心位置点的移动与装载高度呈线性关系。因此在一个鞍座下面安装传感器而在另二个鞍座下面安装固定基座就可满足相对简单的装载情况的测量。理想化的卧式储罐将重量平分在一个双摇柱摆式传感器和二个固定支座上,正常情况其它的固定是不必要的。对很长的卧式液罐而言,应加辅助保护,以防止传感器被侧向力撞倒,例如用机械阻档限制罐鞍上的二个端点。

提示:实践中分布的对称往往被对液体出口一侧微倾的结构破坏,对精密称量任务而言以三个双摇柱摆式传感器传感器布置为最佳,其中水平固定最好用固定档板。

图 16: 带有 C16 传感器的卧式储罐 (草图)

HBM 称重传感器

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