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連續(xù)式計(jì)量技術(shù)的突破（減量法失重秤）

點(diǎn)擊數(shù)：5707發(fā)布：2011-06-15　來源：http://m.cntkdl.com

本文作者結(jié)合多年工作實(shí)踐及對(duì)國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)稱重計(jì)量的廣泛深入研究，就連續(xù)式攪拌設(shè)備計(jì)量的精度如何提高做出分析，得出方法。

一．連續(xù)式攪拌設(shè)備計(jì)量方法的現(xiàn)狀

1．1傳統(tǒng)使用的連續(xù)式計(jì)量方法

在如建材、糧油、礦山等散狀物料計(jì)量或在線控制配料時(shí)，有很多種方法。比較典型的有：皮帶秤類、沖板流量計(jì)類、核子秤類、圓盤給料秤類。這些計(jì)量形式各有特點(diǎn)，但是局限性很大，受設(shè)備機(jī)械變化影響大，精度不高，安裝調(diào)校煩瑣，維護(hù)量大。

皮帶秤工藝介流程紹：
皮帶秤將單位面積（稱重段）上受到的負(fù)荷信號(hào)與變化速度（皮帶轉(zhuǎn)速）信號(hào)進(jìn)行積分運(yùn)算得出流量值，以此作為可控制的對(duì)象。
注：通過控制拖拉式皮帶轉(zhuǎn)速，改變拖出的物料量，物料經(jīng)給料溜槽的出料口整形后，其厚度穩(wěn)定均勻，無論皮帶機(jī)轉(zhuǎn)速大小，皮帶上的負(fù)荷都是恒定的。與其它給料方式相比，該方式計(jì)量與控制精度效果較好。
注：給料與稱量功能分別在兩條皮帶上實(shí)現(xiàn)
1．2連續(xù)式計(jì)量方法在連續(xù)攪拌設(shè)備上使用現(xiàn)狀

連續(xù)式攪拌設(shè)備包括：穩(wěn)定土廠拌設(shè)備，水泥連續(xù)式攪拌設(shè)備，瀝青連續(xù)式攪拌設(shè)備。就計(jì)量精度而言，目前，這些設(shè)備不能與間歇式相提并論。因此，連續(xù)式攪拌方法受不到廣大用戶的青睞，也是原因之一。科學(xué)分析可以說明，這兩種計(jì)量方法決定的攪拌工藝都有其適用的場(chǎng)合，不能由于暫時(shí)的技術(shù)限制而影響連續(xù)式攪拌的應(yīng)用。

目前，我國(guó)連續(xù)式攪拌設(shè)備均采用容積法或皮帶秤/螺旋秤兩類來計(jì)量，七十年代從歐洲引進(jìn)開發(fā)連續(xù)攪拌工藝至今，一直如此，始終未有突破。事實(shí)上，這兩種計(jì)量方法在歐洲使用能夠作到高精度，例如德國(guó)申克（Schenck）的皮帶配料秤，動(dòng)態(tài)配料精度達(dá)到2%。而在中國(guó)卻不行，原因在于受到我國(guó)機(jī)械制造及材料等基礎(chǔ)工業(yè)的制約。目前我國(guó)用于公路行業(yè)的皮帶秤計(jì)量精度一般只能達(dá)到5%左右，與容積計(jì)量相差無幾，長(zhǎng)期穩(wěn)定性較差。

二．連續(xù)稱重的革命——差分減量（失重）秤

失重秤（英文Loss-in-weight）是九十年代開始應(yīng)用于工業(yè)過程稱重連續(xù)計(jì)量的。失重秤逐漸替代皮帶秤、螺旋秤，甚至累加秤，作為一種全新的計(jì)量方法，逐漸應(yīng)用到越來越多物料處理。

2．1 基本原理：

將秤量斗及給料機(jī)構(gòu)作為整個(gè)秤體，通過儀表或上位機(jī)不停對(duì)秤體進(jìn)行重量信號(hào)的采樣，計(jì)算出重量在單位時(shí)間的變化比率作為瞬時(shí)流量，再通過各種軟硬件的濾波技術(shù)處理，得出可以作為控制對(duì)象的“實(shí)際流量”。

這個(gè)流量的獲取非常重要，是失重秤能否準(zhǔn)確計(jì)量的基礎(chǔ)。然后FC通過PID反饋算法，進(jìn)行逼近目標(biāo)流量的控制運(yùn)算，輸出調(diào)節(jié)信號(hào)去控制變頻器等給料機(jī)控制器。

2.2差分減量秤（失重秤）在實(shí)際中的應(yīng)用：

從原理上可以看出它不受秤體與給料機(jī)構(gòu)的機(jī)械變化影響，它只是計(jì)算重量差值（差重），與傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)計(jì)量手段相比，其優(yōu)點(diǎn)是不言而喻的。

對(duì)于控制對(duì)象為流量（t/h ,kg/min ），而且物料可輸送性好，計(jì)量精度要求高時(shí)，采用失重法計(jì)量可以作為一種方案。

2．2．2失重秤設(shè)計(jì)必須注意的事項(xiàng)，影響精度的因素：

失重秤兼有靜態(tài)秤、動(dòng)態(tài)秤特點(diǎn)，因此，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，要求：

1．正確的輸送率范圍，一般實(shí)際工作范圍為額定輸送量的60%~70%最佳。若采用交流調(diào)速，對(duì)應(yīng)變頻率為35-40Hz最佳。這樣保證調(diào)節(jié)范圍寬。還由于在輸送率過低時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定性差。

2．傳感器量程選用適當(dāng)，按公式

也就是說，傳感器也用到其量程的60%~70%，信號(hào)變化范圍寬，對(duì)提高精度很有利。

3．機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要確保物料流動(dòng)性好，同時(shí)保證補(bǔ)料時(shí)間短，補(bǔ)料不應(yīng)過于頻繁，一般要求5-10分鐘補(bǔ)一次料。

配套傳動(dòng)系統(tǒng)要保證運(yùn)行平穩(wěn)，線性好。

2．2．3應(yīng)用前景：

隨著電子控制技術(shù)的飛速發(fā)展，失重秤通過采用新的技術(shù)，在計(jì)量精度上由0.3%~0.5%。而提高到0.1%~0.2%，甚至到超過靜態(tài)秤，這一新技術(shù)的核心即數(shù)字式稱重傳感器的應(yīng)用。

2．2．3．1數(shù)字式稱量傳感器的應(yīng)用：

為了適應(yīng)動(dòng)態(tài)測(cè)量的需要,在稱重系統(tǒng)中作為系統(tǒng)輸入端的傳感器至關(guān)重要。特別在需要智能化的場(chǎng)合,傳感器的直接或間接數(shù)安化已必不可少,此時(shí)測(cè)量不確定度和測(cè)量速度往往是一對(duì)矛盾,兩者很難兼得,而需根據(jù)實(shí)際情況作折衷選擇。在稱重領(lǐng)域,我國(guó)目前大量生產(chǎn)和應(yīng)用的都是傳統(tǒng)的模擬式傳感器,模擬信號(hào)的輸出較小。以生產(chǎn)量最大、采用電阻應(yīng)變?cè)淼姆Q重傳感器為例，一般最大輸出為30-40mV。故其信號(hào)易受射頻干擾，電纜傳輸距離也短，通常在10m以內(nèi)。

在使用多個(gè)傳感器并聯(lián)的容器稱重系統(tǒng)（料斗秤式配料秤）、平臺(tái)稱重系統(tǒng)或秤橋（汽車衡或軌道衡）中，利用數(shù)字系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)“自校準(zhǔn)”。這是因?yàn)槎嗤ǖ赖臄?shù)字傳感器系統(tǒng)，不存在阻抗匹配問題。用戶輸入各傳感器的地址、秤量和靈敏度，即可自動(dòng)進(jìn)行秤的“四角”或“邊角”平衡，不必一次次地反復(fù)調(diào)整信。而在模擬系統(tǒng)中多個(gè)傳感器關(guān)聯(lián)接線后，每個(gè)傳感器的特性就不再是可辨別的了，校準(zhǔn)時(shí)需在每一個(gè)傳感器上施加砝碼并利用接線盒中的分壓器進(jìn)行調(diào)整。由于調(diào)整時(shí)存在著交互作用，因而反復(fù)多次。在數(shù)字系統(tǒng)中，則允許分別復(fù)核作為單體的每一個(gè)傳感器。因此，校準(zhǔn)裝有數(shù)字傳感器系統(tǒng)的所有花費(fèi)的時(shí)間，僅為模擬系統(tǒng)的1/4。

利用數(shù)字系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)“自診斷”，即診斷程序連續(xù)地檢查各傳感器信號(hào)是否中斷、輸出是否明顯超出范圍等。若有問題，在儀表或控制器面板上會(huì)自動(dòng)顯示或報(bào)警，用戶利用面板上的鍵即可尋找各個(gè)傳感器，獨(dú)立地確定問題原因并進(jìn)行故障排除。這種直覺診斷和故障排除能力，對(duì)用戶顯然是一種重要優(yōu)點(diǎn)，而在模擬傳感器系統(tǒng)中則是很難忘以低成本實(shí)現(xiàn)的。

在稱重領(lǐng)域中，典型模擬傳感器系統(tǒng)的模數(shù)變換器的分辨力為16比特，即有50000個(gè)可用計(jì)數(shù)；而數(shù)字系統(tǒng)中每一個(gè)傳感器的分辨率為20比特，即有1000 000個(gè)可用計(jì)數(shù)。所以，一個(gè)裝有4個(gè)數(shù)字傳感器的系統(tǒng)即可提供4000 000個(gè)計(jì)數(shù)的分辨率。這種高分辨率的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于秤架自重大而被稱物重量小的場(chǎng)合。例如：在配料稱重系統(tǒng)中，有時(shí)配方中某種物料僅占很小比例，但準(zhǔn)確度要求卻仍然很高。這在傳統(tǒng)的模擬系統(tǒng)中同樣是很難實(shí)現(xiàn)的。

2.3國(guó)內(nèi)外應(yīng)用的現(xiàn)狀（在水泥廠、冶金、塑料、化纖等行業(yè)取得）

許多行業(yè)有豐富應(yīng)用失重秤的經(jīng)驗(yàn)。如：水泥廠配料。近年來在工程塑料、化纖、光纖等等眾多行業(yè)已廣泛普及。有些行業(yè)由于采用了連續(xù)失重計(jì)量，可以保證落料按比例混合，而弱化攪拌需要，簡(jiǎn)化了工藝。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家這一產(chǎn)品很成熟，如德國(guó)申克公司，布達(dá)本拉（brabender），瑞士開創(chuàng)（ktron）公司，其中開創(chuàng)公司由于采取了數(shù)字傳感器技術(shù)動(dòng)態(tài)精度可達(dá)0.25%。以工業(yè)過程稱重而言，已經(jīng)達(dá)到靜態(tài)秤精度。

三．在連續(xù)式攪拌機(jī)械上的應(yīng)用及前景影響

由于國(guó)內(nèi)連續(xù)式攪拌設(shè)備計(jì)量停留在傳統(tǒng)的方法上，因此，推廣失重秤應(yīng)用前景將十分廣闊，對(duì)穩(wěn)定土廠拌、水泥連續(xù)攪拌、瀝青連續(xù)攪拌工藝起到革命性的改變，對(duì)流量的精準(zhǔn)控制將會(huì)制造出非常合格理想的混合料。由于連續(xù)式拌和工藝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)費(fèi)用低，因此一旦在產(chǎn)品級(jí)配上把好關(guān)，將徹底改變連續(xù)式拌和的市場(chǎng)占有低的現(xiàn)狀。特別是公路、水電行業(yè)所需的高產(chǎn)設(shè)備，具有重大意義，而失重秤即是提高計(jì)量精度的一種重要突破。

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