失重秤在工业生产中的应用

失重秤在工业生产中的应用
摘要本文论述了失重秤的工作原理及使用中的注意事项。

关键词失重秤；变频器；控制仪表；补料；连续计量
中图分类号th715 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2011）46-0166-02
随着工业生产过程中对物料尤其是固态物料的连续精确计量控制要求的提高，与九十年代产生了一种能满足该要求的新型计量设备——失重秤（英文loss-in-weight）。

失重秤是根据秤体上物料重量的变化来对物料进行连续精确计量的，失重秤的出现逐渐替代了原来的皮带秤、螺旋秤、甚至累加秤，作为一种全新的计量方法，在治金、矿山、化工、化纤能行业得到越来越广泛的应用。

1 失重秤（如图1）
图1为梅特勒·托利多的失重秤，由秤台（在秤台底座上固定一只传感器）、喂料变频电机（可同时带动输送螺旋和水平搅拌）、上料斗、垂直搅拌、软连接及失重秤控制仪表（ind560cf）等部分组成。

要实现连续计量控制，外围还需要配置大料仓、自动阀门（作用为连续给失重秤上料斗补料），接收设备（作用为连续接受失重秤喂料）等。

2 控制方框图
设定流量→失重秤控制仪表→喂料变频电机→喂料螺杆→物料
3 工作原理
秤台、上料斗及作用在秤台上的所有设备作为整个秤体，传感器将秤体上的重量变化连续不断地传送给失重秤控制仪表（控制仪表是失重秤的核心处理部份，所有的控制和处理功能都是由它来完成的），控制仪表根据该信号计算出单位时间内秤体的重量变化率作为实际瞬时流量，然后与设定的目标流量进行比较，进行pid运算后输出4-20ma的电流信号去改变喂料电机的变频器的输出频率，从而改变电机的转速使实际喂料量尽可能的接近设定的目标流量，以达到精确喂料的目的。

为实现失重秤喂料的连续性和计量的精确性，上料斗上面需要配置一个能连续供料的大料仓及控制补料的自动阀门。

在控制仪表中设有一个补料上限值（refill＿stop）和一个补料下限值（refill ＿star），当控制仪表秤得秤体上的重量达到补料下限值时，会发出一个开启补料阀门的信号，使阀门打开，大料仓的物料就会通过软连接下到上料斗，秤体上的重量就会增加，当控制仪表秤得秤体上的重量达到设定的补料上限值时，会发出一个关闭阀门的信号，使阀门关闭。

而在这个过程中喂料电机一直处于运行状态，这就是说喂料是连续的。

对于那些流动性差、比较轻、比较细的物料，在阀门关闭之后很短的时间内，会有一部分重量还没加到秤体上，这时如果失重秤根据传感器传送的信号进行pid控制的话，由于在这个时间段传感器感受到的重量变化会变小，从而导致信号失真控制不准，为此在控制仪表内还设有补料延时时间（timer2），该时间
是从关闭阀门开始计时的。

而在开始补料到补料延时时间结束这段时间内喂料电机将维持补料前的频率不变，换言之就是在该过程中失重秤处于固定频率运行状态—静态控制。

当补料延时时间结束失重秤自动恢复动态控制，即根据传感器传送的信号对喂料电机进行控制。

失重秤的运行过程就是这样周而复始地进行着。

为确保失重秤的控制精度，在控制仪表内除了上面提到的那些重要参数之外，还有如下控制参数：set p（比例系数p值）；set i （积分时间i值）；set d（微分时间d值）；caltime（当前流量采样时间）；calcount（当前流量采样次数）；targer-f（流量控制目标值）；limit-e（流量控制允许误差范围）；hig_weight（高料位值）；low_weight（低料位值）；load-max（频率极限值）；load-min （频率最小值）；sample flux1（动态标定流量值1）；sample flux2（动态标定流量值2）；sample flux3（动态标定流量值3）；work mode （工作模式选择）；batch select（批次（定量）功能选择）；flux factor（流量修正参数）；proportion factor（物料比重修正参数）。

4 失重秤设计时的注意事项
为提高失重秤的控制精度，在设计时应考虑以下几点：
1）选择合适的使用频率，使用频率保持在35hz~40hz为最佳，当频率过低时，系统的稳定性差；
2）传感器量程选择适当，使用在量程的60%~70%，信号变化范围宽，有利于提高控制精度；
3）机械结构设计要确保物料流动性好，同时保证补料时间短，补料不应过于频繁，一般要求5min~10min补一次料；
4）配套传动系统要保证运行平稳，线性好。

5 失重秤在安装和使用过程中的注意事项：
为确保失重秤的精度，在安装和使用过程中一定要注意以下细节：
1）秤台固定一定要牢固，传感器为弹性形变元件，外界的震动会对其产生干扰，使用经验告诉，失重秤在使用过程中最忌讳的就是环境的震动影响；
2）环境中不能有气流流动，因为为提高称量的精度，所选的传感器非常灵敏，所以任何的风吹草动对传感器都会有干扰；
3）上、下软连接要又轻又软，避免下、下设备对失重秤造成干扰。

目前使用的最理想的材料是光滑柔软的丝稠；
4）大料仓与上料斗之间的连接距离越短越好，尤其是对那些粘附性比较强的物料，当大料仓与上料斗之间的连接距离越长，管壁上粘附的物料就越多，当管壁上的物料粘附到一定程度时，一旦落下来对失重秤就是一个非常大的干扰；
5）尽量减少与外界的连接，凡是作用在秤体上的外界重量一定要保持恒定，目的是为了减少外界作用力对秤体的影响；
6）补料速度要快，因此一定要确保补料过程中下料的顺畅性。

对于流动性差的物料，为防止其架桥，最好的解决办法是在大料仓
加机械搅拌，最大的忌讳为气流破拱，但搅拌不能一直运行，最理想的就是搅拌与补料过程保持一致，即与补料阀门保持同步；
7）补料的下限值和补料的上限值设置要合适，设置的指导思想是物料在这两个量之间在料斗中的堆积密度基本一致。

这可以通过观察变频器的频率变化来得到，当料斗中物料的堆积密度基本一致时，变频器的频率基本上变化不大。

补料的下限值和补料的上限值设置合适能够提高补料过程中的控制精度，因为前面已经说过补料过程中失重秤处于静态控制，如果能保持补料前后变频器频率基本不变，补料过程的计量精度也基本上是有保证的。

另外，在保证堆积密度基本一致的情况下，尽量减少补料次数，即尽量每次多补一些料。

这两者互相矛盾，要统筹考虑。

这也是补料过程中的精度能否保证的关键所在；
8）补料延时时间设置要合适，设置的指导思想是确保所有的物料都已落在秤体上，并且设置时间越短越好。

前面已经说过在补料延时时间内失重秤是处于静态控制，所以该时间越短越好。

该时间也可通过观察来得到，在调试时期可以先把该延时时间设置长一些，观察每次补料结束后，秤体上的总重量在多长时间能够不波动（不会变大）稳定下来（秤体上的总重量平稳减少）。

那么该时间即是合适的补料延时时间。

6结论
本文介绍了失重秤的工作原理及在设计、使用过程中应注意的
一些事项，尤其是使用过程中的那些细节，是宝贵的经验之谈，希望能对大家有所帮助，能更好的使用失重秤。

也只有注意到了这些细节问题，失重秤的控制精度才有保证，才能生产出好的合格的产品。

参考文献
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注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以pdf格式阅读原文。