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全面解說會影響您稱重系統(tǒng)準(zhǔn)確性的五個(gè)因素
來源:上海自動化儀表有限公司作者:發(fā)表時(shí)間:2019-06-14 09:04:30【小中大】
通過選擇適合您應(yīng)用的組件并采取措施控制作用于系統(tǒng)的環(huán)境和其他力,您可以確保您的稱重系統(tǒng)準(zhǔn)確執(zhí)行。上海自動化儀表有限公司的小編全面為您解說會影響稱重系統(tǒng)準(zhǔn)確性的五個(gè)因素,并提供了有關(guān)選擇,安裝和操作系統(tǒng)以處理這些因素的建議。
稱重測量干散料量和流量有幾個(gè)好處:與體積測量不同,稱重可以測量材料數(shù)量,而不需要校正材料的堆積密度因子。稱重不需要與材料接觸,因此適用于測量腐蝕性材料和在腐蝕性環(huán)境中操作。它也是一種廣泛接受的量化包裝產(chǎn)品的方法。
稱重系統(tǒng)可以采用多種形式中的任何一種,但通常包括一個(gè)或多個(gè)支撐(或懸掛)稱重容器或平臺的稱重傳感器,接線盒和重量控制器。當(dāng)負(fù)載施加到稱重容器或平臺時(shí),一部分負(fù)載被傳輸?shù)矫總€(gè)稱重傳感器。每個(gè)電池通過電纜向接線盒發(fā)送與其檢測到的負(fù)載成比例的電信號。稱重傳感器信號在接線盒中求和,并通過一根較大的電纜發(fā)送到重量控制器,重量控制器將求和信號轉(zhuǎn)換為重量讀數(shù)。該重量讀數(shù)的準(zhǔn)確性可能受系統(tǒng)組件質(zhì)量和系統(tǒng)在您的環(huán)境中的安裝和操作的影響。
為了幫助您選擇高質(zhì)量的稱重系統(tǒng)組件,請利用稱重設(shè)備供應(yīng)商的專業(yè)知識。此選擇過程的一個(gè)重要部分是確定系統(tǒng)的安裝方式以及在生產(chǎn)線上啟動和運(yùn)行后可能影響其運(yùn)行的因素。考慮這五個(gè)因素如何影響系統(tǒng)的稱量精度:
稱重傳感器精度。
負(fù)載系數(shù)。
環(huán)保部隊(duì)。
干擾信號傳輸。
儀表和控制。
1、稱重傳感器精度
為稱重系統(tǒng)選擇最高質(zhì)量的稱重傳感器是獲得稱重精度的第一步。稱重傳感器(也稱為負(fù)載傳感器或傳感器)是一塊加工金屬,隨負(fù)載的機(jī)械力彎曲并將機(jī)械力轉(zhuǎn)換為電信號。彎曲不超過金屬的彈性,并通過在電池上的點(diǎn)處粘合的應(yīng)變儀測量。只要負(fù)載施加到稱重傳感器上的適當(dāng)位置,應(yīng)變儀就會提供比例電信號。
提供準(zhǔn)確重量信息的稱重傳感器的關(guān)鍵規(guī)格如下:
非線性:稱重傳感器額定輸出的±0.018%。
遲滯:稱重傳感器額定輸出的±0.025%。
不可重復(fù)性:稱重傳感器額定輸出的±0.01%。
蠕變:5分鐘內(nèi)稱重傳感器額定輸出的±0.01%。
溫度對輸出的影響:每華氏度的負(fù)載的±0.0008%。
溫度對零的影響:每華氏度的稱重傳感器額定輸出的±0.001%。
了解規(guī)格。雖然每個(gè)規(guī)格都不一定適用于您的稱重系統(tǒng)安裝,但了解每個(gè)規(guī)格以確定稱重傳感器的組合精度非常重要。
非線性是稱重傳感器校準(zhǔn)曲線與直線的最大偏差,從零負(fù)載開始到電池的最大額定容量結(jié)束。非線性測量電池在整個(gè)工作范圍內(nèi)的稱重誤差。在稱重傳感器的整個(gè)范圍內(nèi)可以看到±0.018%的最壞情況非線性規(guī)范。稱重傳感器上的重量變化越小,非線性引起的誤差越小。
滯后是相同施加負(fù)載的兩個(gè)稱重傳感器輸出讀數(shù)之間的差異 - 一個(gè)讀數(shù)是通過將負(fù)載從零增加而獲得的,另一個(gè)是通過降低稱重傳感器的最大額定容量的負(fù)載。與非線性一樣,在稱重傳感器的整個(gè)范圍內(nèi)可以看到最差情況下±0.025%的滯后規(guī)格,并且由于重量變化很小,滯后引起的誤差會減小。在批量生產(chǎn)等應(yīng)用中,您通常只需要在填充過程中進(jìn)行精確的重量測量,您可以忽略由滯后引起的誤差。滯后誤差通常落在稱重傳感器校準(zhǔn)曲線上與非線性誤差不同的區(qū)域,如圖1所示。因此,這兩個(gè)誤差的規(guī)格在一些稱重傳感器上組合成一個(gè)代數(shù)和,組合誤差規(guī)范,±0.03%。
不可重復(fù)性是在相同負(fù)載條件下(即,將負(fù)載從零增加或從負(fù)載傳感器的最大額定容量減小負(fù)載)和環(huán)境條件下重復(fù)負(fù)載的稱重傳感器輸出讀數(shù)之間的最大差異。非重復(fù)性規(guī)格在稱重傳感器的全范圍內(nèi)為±0.01%。不可重復(fù)性會影響任何稱量應(yīng)用中的重量測量。您可以通過將非重復(fù)性誤 差添加到稱重傳感器的組合誤差來確定最壞情況下的非重復(fù)性規(guī)范。
蠕變是當(dāng)負(fù)載長時(shí)間保留在電池上時(shí),稱重傳感器輸出隨時(shí)間的變化。在2到3分鐘的批次或填充循環(huán)中,蠕變不是一個(gè)重要問題。但是,如果使用稱重傳感器來監(jiān)控存儲倉庫中的庫存,則需要考慮蠕變效應(yīng)。
溫度變化可能導(dǎo)致稱重錯(cuò)誤。大多數(shù)稱重傳感器都經(jīng)過溫度補(bǔ)償以減少這些誤差。但是,如果您的稱重系統(tǒng)在稱重循環(huán)期間發(fā)生較大的溫度變化 - 例如,如果室外稱重容器暴露在低溫過夜但在白天太陽下快速加熱 - 請考慮溫度如何影響稱重傳感器輸出。如果影響您的稱重系統(tǒng)的唯一重大變化是在夏季和冬季溫度之間,您可以在季節(jié)變化時(shí)重新校準(zhǔn)稱重傳感器一次,以糾正任何由溫度引起的誤差。
溫度變化會通過改變稱重傳感器的靈敏度來影響稱重傳感器的輸出,除非對每個(gè)大的溫度變化執(zhí)行新的校準(zhǔn),否則必須考慮這種影響。零負(fù)載下負(fù)載傳感器的溫度效應(yīng)會導(dǎo)致電池的整個(gè)輸出范圍發(fā)生變化。但是,如果稱重傳感器在開始稱重循環(huán)之前(例如在配料應(yīng)用中)重新歸零(即凈重模式中的皮重),則無需關(guān)注零負(fù)荷下的溫度效應(yīng)。
考慮您的稱重傳感器的響應(yīng)時(shí)間。 稱重傳感器的響應(yīng)時(shí)間是某些應(yīng)用需要考慮的另一個(gè)因素。典型的稱重傳感器表現(xiàn)得像一個(gè)振動的剛性彈簧,因此為了獲得準(zhǔn)確的重量讀數(shù),稱重傳感器必須在比所需稱重周期更短的時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定 - 即停止振蕩。雖然稱重傳感器響應(yīng)時(shí)間對于配料應(yīng)用通常并不重要,但高速檢重或旋轉(zhuǎn)式灌裝機(jī)需要快速響應(yīng)的稱重傳感器。當(dāng)負(fù)載施加到它們時(shí),這種稱重傳感器會抑制它們自身的自然振蕩頻率。但是,稱重傳感器不會拒絕外部源(例如附近設(shè)備)施加的振動,因此您仍需要將稱重傳感器與這些振動源隔離(在后面的“3:環(huán)境力量”中有更詳細(xì)的介紹) “)。
2、負(fù)載系數(shù)
確保按照制造商的規(guī)定將負(fù)載應(yīng)用于稱重系統(tǒng)中的每個(gè)稱重傳感器。施加不當(dāng)?shù)呢?fù)載(例如扭轉(zhuǎn)負(fù)載)會導(dǎo)致電池中的應(yīng)變計(jì)經(jīng)受應(yīng)變并發(fā)出與扭轉(zhuǎn)而非負(fù)載重量成比例的信號變化。
為了精確稱重,單獨(dú)的稱重傳感器必須支持所有要測量的重量。例如,剛性導(dǎo)管連接和稱重容器上的剛性安裝的管道將支撐一些負(fù)載并防止總負(fù)載傳遞到稱重傳感器。要避免此問題,請使用不支持部分負(fù)載的靈活連接。如果您使用保險(xiǎn)杠或檢查桿來保持稱重容器不會擺動和搖擺,請確保它們不支持任何負(fù)載。
正確對齊每個(gè)負(fù)載點(diǎn)組件 - 即每個(gè)稱重傳感器及其安裝硬件 - 以確保安裝硬件直接通過稱重傳感器引導(dǎo)負(fù)載。例如,對于在料斗下壓縮安裝稱重傳感器,將每個(gè)負(fù)載點(diǎn)組件直接對準(zhǔn)料斗腿,以避免在其他支腿上的組件之間拉動或推動。每個(gè)稱重傳感器應(yīng)該是水平的,并且所有稱重傳感器應(yīng)該在同一平面上,以確保它們共享負(fù)載。
確保稱重傳感器下方的地板或結(jié)構(gòu)足夠堅(jiān)固,以承受容器及其內(nèi)容物的重量 - 以及放置在同一地板或結(jié)構(gòu)上的其他設(shè)備的重量 - 不會彎曲。這將確保負(fù)載點(diǎn)組件從零到滿負(fù)荷保持±0.5%的水平,并防止稱重傳感器上不必要的側(cè)向負(fù)載,從而影響稱重系統(tǒng)的精度。
如果您的稱重器具有細(xì)長的腿,當(dāng)材料裝入容器時(shí),腿可能會分開。這會向稱重傳感器引入側(cè)向負(fù)載,并可能導(dǎo)致系統(tǒng)綁定,從而阻止稱重傳感器檢測到滿載。您可以在支腿上添加交叉支撐,以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)并保持稱重精度。
3、環(huán)保部隊(duì)
確保僅將重力傳遞到每個(gè)稱重傳感器。其他力,包括環(huán)境力,例如風(fēng)荷載,沖擊載荷,振動,大的溫度變化和壓差,都會在稱重傳感器信號中產(chǎn)生誤差。
風(fēng)荷載:風(fēng)荷載會影響室外稱重系統(tǒng)或低容量室內(nèi)系統(tǒng)。例如,在室外,稱重容器上的30英里/小時(shí)的側(cè)風(fēng)在稱重傳感器上施加與重量無關(guān)的力,導(dǎo)致迎風(fēng)細(xì)胞感覺到較輕的負(fù)荷,而背風(fēng)細(xì)胞感覺到較重的負(fù)荷。在這種情況下,使用更高容量的稱重傳感器以防止背風(fēng)電池過載。在室內(nèi),有源頂置式空調(diào)通風(fēng)口也會在低容量稱重系統(tǒng)(例如小型平臺秤)上產(chǎn)生不準(zhǔn)確的小增量(例如1盎司)測量值。您可以在平臺秤上使用樹脂玻璃蓋來阻擋或轉(zhuǎn)移雜散氣流。
為了精確稱重,單獨(dú)的稱重傳感器必須支持所有要測量的重量。
沖擊負(fù)荷:當(dāng)重質(zhì)材料被傾倒到稱重系統(tǒng)上時(shí)會發(fā)生沖擊負(fù)荷,導(dǎo)致力大于系統(tǒng)的額定容量并損壞系統(tǒng)。您可以使用能夠處理此沖擊負(fù)載的更高容量的稱重傳感器,但這會降低系統(tǒng)的分辨率(系統(tǒng)可以稱重的最小增量)。使用進(jìn)料器,專門設(shè)計(jì)的裝載滑槽或其他裝置控制物料流到稱重系統(tǒng)可以防止沖擊負(fù)荷損壞。
振動:來自過程設(shè)備和稱重系統(tǒng)附近的其他來源的振動可以使稱重傳感器測量材料的重量以及傳遞給它們的振動,這些細(xì)胞感覺為機(jī)械噪聲。通過在可能的情況下將稱重系統(tǒng)與振動源隔離,或使用稱重系統(tǒng)儀器和消除振動影響的算法,可以減少或防止振動影響。
溫度變化很大:無論您的稱重容器在室內(nèi)還是室外,溫度變化都會導(dǎo)致其膨脹或收縮。這會導(dǎo)致重量讀數(shù)出錯(cuò)并可能損壞稱重傳感器。如果您的稱重系統(tǒng)暴露在很大的溫度變化范圍內(nèi),請安裝稱重傳感器和可以處理容器膨脹和收縮的安裝硬件。
壓差:壓差會通過向稱重系統(tǒng)施加不需要的力而產(chǎn)生稱重誤差。例如,當(dāng)稱重容器在環(huán)境壓力下安裝在加壓工廠地板和另一個(gè)地板之間時(shí),可能出現(xiàn)壓差。為了最大限度地減少稱重誤差,請將稱重傳感器校準(zhǔn)到加壓地板的恒定壓力水平。如果加壓不穩(wěn)定,請將稱重容器安裝在別處。
壓差會通過向稱重系統(tǒng)施加不需要的力而產(chǎn)生稱重誤差。
在不通風(fēng)的稱重容器中產(chǎn)生另一種形式的壓差:當(dāng)材料快速流入封閉的稱重容器時(shí),它取代等于材料體積的空氣體積。如果空氣不能通過通風(fēng)口從容器中逸出,將材料入口和出口管道連接到稱重容器的柔性連接將隨著未移動的空氣涌入其中而膨脹,并且這種膨脹將向稱重傳感器施加側(cè)向力。 ,造成稱重錯(cuò)誤。為防止出現(xiàn)此問題,請妥善放空稱重容器。
4、干擾信號傳輸
除了確保稱重傳感器僅測量所需的重量外,確保稱重控制器僅測量稱重傳感器電信號同樣重要。射頻干擾(RFI),機(jī)電干擾(EMI),濕度和溫度都會干擾這種電信號。
RFI和EMI:正如振動是對稱重傳感器的機(jī)械噪聲(即干擾)一樣,RFI和EMI是從電池發(fā)送到稱重控制器的稱重傳感器信號的電噪聲。RFI和EMI源包括閃電,便攜式雙向無線電,大型電力線,靜電,螺線管和機(jī)電繼電器。防止這些電噪聲源影響稱重精度的一個(gè)主要步驟是將屏蔽電纜中的稱重傳感器低壓信號(通常相當(dāng)于筆式電池輸出的百萬分之一)隔離,然后將電纜布置在與導(dǎo)線分開的導(dǎo)管中其他電纜。但請注意,稱重傳感器電纜屏蔽層也可能是電氣噪聲的開門。為防止噪音影響稱重傳感器功能,請將屏蔽層僅在一端與真實(shí)地面連接,以正確接地,
濕氣:進(jìn)入稱重系統(tǒng)接線盒的水分會將自身芯吸到每個(gè)稱重傳感器的電纜中,并減少信號線之間的電容。這導(dǎo)致稱重傳感器激勵(lì)線(向電池傳送電能的線)與信號線(將電池信號傳送回接線盒的線)耦合,產(chǎn)生可能影響稱重精度的電噪聲。為避免這種情況,請使用防水NEMA 4級接線盒并插入任何未使用的接線盒孔。如果您的環(huán)境中存在濕氣,也可以使用在應(yīng)變儀區(qū)域和電纜入口處密封的稱重傳感器。應(yīng)變片區(qū)域應(yīng)焊接閉合。電纜入口,最容易受潮,因?yàn)闈駳饪梢酝ㄟ^電纜芯吸,
溫度:一個(gè)承受較大溫度變化或從接線盒到重量控制器運(yùn)行超過50英尺的稱重傳感器電纜管道會受到溫度波動的影響,這會引起電纜的電阻變化。這可能導(dǎo)致激勵(lì)變化,進(jìn)而導(dǎo)致稱重傳感器信號發(fā)生變化。為了防止這些溫度問題,請使用六線稱重傳感器電纜,它允許稱重控制器對稱重傳感器信號進(jìn)行比率讀數(shù),忽略激勵(lì)變化引起的變化。
5、儀表和控制
遵循前四節(jié)中的建議將確保您的稱重傳感器信號以盡可能最干凈的形式到達(dá)重量控制器。但機(jī)會是,信號仍然不會絕對干凈。為什么不?請記住,稱重傳感器傳輸?shù)男盘柎頇C(jī)械力,而振動則是機(jī)械力。類似地,權(quán)重控制器測量電信號,RFI和EMI 是電信號。但即使您不能完全消除機(jī)械和電氣噪聲源,您也可以選擇一種重量控制器,幫助清理不太完美的重量信號并提高稱重精度。
圖2:清理稱重傳感器信號
重量控制器如何清除重量信號。讓我們來看看重量控制器如何清除稱重傳感器的重量信號。考慮來自典型稱重料斗的信號示例,如圖2a所示。從理論上講,當(dāng)材料進(jìn)入料斗時(shí),重量信號應(yīng)在圖2a的曲線圖上平滑向上移動。但實(shí)際上,信號可能會緩慢滾動,這是由料斗的擺動和搖擺或物料以脈沖形式進(jìn)入料斗造成的,例如來自不正確安裝的螺旋鉆。機(jī)械振動(例如來自料斗攪拌器或附近的處理設(shè)備)或電噪聲(例如來自附近的大電力線)也會導(dǎo)致信號中的快速抖動。
如果信號進(jìn)入配有模擬低通濾波器(通常額定為5到20赫茲)的重量控制器,濾波器將剝離隨機(jī)抖動 - 從而提供模擬平均 - 并產(chǎn)生類似于圖2b中的信號。
配備雙斜率模數(shù)轉(zhuǎn)換器的重量控制器還可以幫助數(shù)字平均其他隨機(jī)信號波動。一旦控制器將信號數(shù)字化,它就可以平均讀數(shù)以平滑慢速滾動并產(chǎn)生如圖2c所示的代表性信號。當(dāng)稱重系統(tǒng)設(shè)置為以單位為單位增量讀取重量讀數(shù)時(shí)(例如,在系統(tǒng)上以1磅的增量而不是5磅的增量),這種數(shù)字平均對于每個(gè)稱重循環(huán)的1到250個(gè)讀數(shù)的平均值特別有用。 200磅的范圍)。在某些應(yīng)用中,您可能必須使用重量控制器,該控制器還提供內(nèi)置專有算法,可自動消除信號波動低至0.25赫茲的影響。
重量控制器要求。重量控制器需要其他幾個(gè)功能來確保重量精確度。控制器應(yīng)該有一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器,可以與60赫茲的線路頻率同步,以避免由60赫茲電源線和設(shè)備產(chǎn)生的噪聲引起的“60赫茲嗡嗡聲”問題。控制器的內(nèi)部組件應(yīng)提供適當(dāng)?shù)哪M信號屏蔽,以隔離信號免受雜散干擾。控制器的模擬電路還應(yīng)具有高級電氣元件,以精確處理稱重傳感器的低壓重量信號。
最后,考慮三個(gè)關(guān)鍵的重量控制器規(guī)格,以確保您的稱重系統(tǒng)準(zhǔn)確:
非線性:量程的±0.01%(即稱重系統(tǒng)的選定工作范圍)。
溫度對零的影響:每華氏度的跨度的±0.0027%。
溫度對輸出的影響:每華氏度的跨度的±0.0027%。
與稱重傳感器一樣,重量控制器的非線性效應(yīng)對于小的重量變化可忽略不計(jì)。如果在開始稱重循環(huán)之前控制器去皮,您也可以忽略溫度對零的影響。但是,您需要考慮溫度對輸出的影響如何影響您的稱量精度。
你可以期待什么準(zhǔn)確性
讓我們計(jì)算一個(gè)示例稱重系統(tǒng)的最壞情況總稱量誤差,以查看系統(tǒng)組件如何影響精度。我們將僅考慮增重系統(tǒng)中的稱重傳感器和重量控制器的最壞情況總誤差。
該系統(tǒng)在100磅重的料斗中重400磅的材料,要求稱重傳感器總共支撐至少500磅。料斗懸掛在三個(gè)稱重傳感器上,每個(gè)稱重傳感器的額定容量為200磅,總?cè)萘繛?00磅。季節(jié)性系統(tǒng)校準(zhǔn)之間也會發(fā)生20°F的溫度變化。
在配料過程中,我們只關(guān)注稱重系統(tǒng)組件的非線性,不可重復(fù)性和溫度對輸出的影響的規(guī)格,非線性誤差不是問題,因?yàn)榕淞鲜且幌盗胁糠址Q重。
因此,計(jì)算系統(tǒng)最壞情況總誤差的公式為:
[(IT)2 +(LN)2 +(LT)2 ] 1/2
其中IT是上輸出儀器的(權(quán)重控制器的)溫度效應(yīng)(0.000027 * 600磅×20°F),LN是稱重傳感器不可重復(fù)性(0.0001 * 600磅),和LT是上輸出負(fù)載傳感器的溫度的影響(0.000008 X 500磅×20°F)。在這個(gè)例子中,最壞情況下的總誤差是0.34磅。請記住,這是最壞情況的數(shù)字; 正確安裝的稱重系統(tǒng)將產(chǎn)生較低的誤差。
最后的警告
實(shí)現(xiàn)這種稱重精度意味著要考慮許多可能影響稱重系統(tǒng)的機(jī)械和操作因素。選擇特別適合您應(yīng)用的高質(zhì)量組件將大大有助于確保您的系統(tǒng)提供所需的準(zhǔn)確性。這些組件通常具有令人印象深刻的最壞情況規(guī)范,并且它們的實(shí)際性能通常優(yōu)于規(guī)范。作為一般規(guī)則,選擇稱重傳感器和重量控制器,其精度比您所需的系統(tǒng)精度高10倍。并密切關(guān)注如何安裝和操作系統(tǒng),以防止機(jī)械力和電氣噪聲降低您的稱重精度。
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