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全面解说会影响您称重系统准确性的五个因素

来源:上海自动化仪表有限公司作者:发表时间:2019-06-14 09:04:30


      通过选择适合您应用的组件并采取措施控制作用于系统的环境和其他力,您可以确保您的称重系统准确执行。上海自动化仪表有限公司的小编全面为您解说会影响称重系统准确性的五个因素,并提供了有关选择,安装和操作系统以处理这些因素的建议。
      称重测量干散料量和流量有几个好处:与体积测量不同,称重可以测量材料数量,而不需要校正材料的堆积密度因子。称重不需要与材料接触,因此适用于测量腐蚀性材料和在腐蚀性环境中操作。它也是一种广泛接受的量化包装产品的方法。
      称重系统可以采用多种形式中的任何一种,但通常包括一个或多个支撑(或悬挂)称重容器或平台的称重传感器,接线盒和重量控制器。当负载施加到称重容器或平台时,一部分负载被传输到每个称重传感器。每个电池通过电缆向接线盒发送与其检测到的负载成比例的电信号。称重传感器信号在接线盒中求和,并通过一根较大的电缆发送到重量控制器,重量控制器将求和信号转换为重量读数。该重量读数的准确性可能受系统组件质量和系统在您的环境中的安装和操作的影响。
      为了帮助您选择高质量的称重系统组件,请利用称重设备供应商的专业知识。此选择过程的一个重要部分是确定系统的安装方式以及在生产线上启动和运行后可能影响其运行的因素。考虑这五个因素如何影响系统的称量精度:
      称重传感器精度。
      负载系数。
      环保部队。
      干扰信号传输。
      仪表和控制。
1、称重传感器精度
      为称重系统选择最高质量的称重传感器是获得称重精度的第一步。称重传感器(也称为负载传感器或传感器)是一块加工金属,随负载的机械力弯曲并将机械力转换为电信号。弯曲不超过金属的弹性,并通过在电池上的点处粘合的应变仪测量。只要负载施加到称重传感器上的适当位置,应变仪就会提供比例电信号。
提供准确重量信息的称重传感器的关键规格如下:
      非线性:称重传感器额定输出的±0.018%。
      迟滞:称重传感器额定输出的±0.025%。
      不可重复性:称重传感器额定输出的±0.01%。
      蠕变:5分钟内称重传感器额定输出的±0.01%。
      温度对输出的影响:每华氏度的负载的±0.0008%。
      温度对零的影响:每华氏度的称重传感器额定输出的±0.001%。
      了解规格。虽然每个规格都不一定适用于您的称重系统安装,但了解每个规格以确定称重传感器的组合精度非常重要。
      非线性是称重传感器校准曲线与直线的最大偏差,从零负载开始到电池的最大额定容量结束。非线性测量电池在整个工作范围内的称重误差。在称重传感器的整个范围内可以看到±0.018%的最坏情况非线性规范。称重传感器上的重量变化越小,非线性引起的误差越小。
      滞后是相同施加负载的两个称重传感器输出读数之间的差异 - 一个读数是通过将负载从零增加而获得的,另一个是通过降低称重传感器的最大额定容量的负载。与非线性一样,在称重传感器的整个范围内可以看到最差情况下±0.025%的滞后规格,并且由于重量变化很小,滞后引起的误差会减小。在批量生产等应用中,您通常只需要在填充过程中进行精确的重量测量,您可以忽略由滞后引起的误差。滞后误差通常落在称重传感器校准曲线上与非线性误差不同的区域,如图1所示。因此,这两个误差的规格在一些称重传感器上组合成一个代数和,组合误差规范,±0.03%。
      不可重复性是在相同负载条件下(即,将负载从零增加或从负载传感器的最大额定容量减小负载)和环境条件下重复负载的称重传感器输出读数之间的最大差异。非重复性规格在称重传感器的全范围内为±0.01%。不可重复性会影响任何称量应用中的重量测量。您可以通过将非重复性误      差添加到称重传感器的组合误差来确定最坏情况下的非重复性规范。
      蠕变是当负载长时间保留在电池上时,称重传感器输出随时间的变化。在2到3分钟的批次或填充循环中,蠕变不是一个重要问题。但是,如果使用称重传感器来监控存储仓库中的库存,则需要考虑蠕变效应。
      温度变化可能导致称重错误。大多数称重传感器都经过温度补偿以减少这些误差。但是,如果您的称重系统在称重循环期间发生较大的温度变化 - 例如,如果室外称重容器暴露在低温过夜但在白天太阳下快速加热 - 请考虑温度如何影响称重传感器输出。如果影响您的称重系统的唯一重大变化是在夏季和冬季温度之间,您可以在季节变化时重新校准称重传感器一次,以纠正任何由温度引起的误差。
      温度变化会通过改变称重传感器的灵敏度来影响称重传感器的输出,除非对每个大的温度变化执行新的校准,否则必须考虑这种影响。零负载下负载传感器的温度效应会导致电池的整个输出范围发生变化。但是,如果称重传感器在开始称重循环之前(例如在配料应用中)重新归零(即净重模式中的皮重),则无需关注零负荷下的温度效应。
      考虑您的称重传感器的响应时间。 称重传感器的响应时间是某些应用需要考虑的另一个因素。典型的称重传感器表现得像一个振动的刚性弹簧,因此为了获得准确的重量读数,称重传感器必须在比所需称重周期更短的时间内稳定 - 即停止振荡。虽然称重传感器响应时间对于配料应用通常并不重要,但高速检重或旋转式灌装机需要快速响应的称重传感器。当负载施加到它们时,这种称重传感器会抑制它们自身的自然振荡频率。但是,称重传感器不会拒绝外部源(例如附近设备)施加的振动,因此您仍需要将称重传感器与这些振动源隔离(在后面的“3:环境力量”中有更详细的介绍) “)。
2、负载系数
      确保按照制造商的规定将负载应用于称重系统中的每个称重传感器。施加不当的负载(例如扭转负载)会导致电池中的应变计经受应变并发出与扭转而非负载重量成比例的信号变化。
      为了精确称重,单独的称重传感器必须支持所有要测量的重量。例如,刚性导管连接和称重容器上的刚性安装的管道将支撑一些负载并防止总负载传递到称重传感器。要避免此问题,请使用不支持部分负载的灵活连接。如果您使用保险杠或检查杆来保持称重容器不会摆动和摇摆,请确保它们不支持任何负载。
      正确对齐每个负载点组件 - 即每个称重传感器及其安装硬件 - 以确保安装硬件直接通过称重传感器引导负载。例如,对于在料斗下压缩安装称重传感器,将每个负载点组件直接对准料斗腿,以避免在其他支腿上的组件之间拉动或推动。每个称重传感器应该是水平的,并且所有称重传感器应该在同一平面上,以确保它们共享负载。
      确保称重传感器下方的地板或结构足够坚固,以承受容器及其内容物的重量 - 以及放置在同一地板或结构上的其他设备的重量 - 不会弯曲。这将确保负载点组件从零到满负荷保持±0.5%的水平,并防止称重传感器上不必要的侧向负载,从而影响称重系统的精度。
      如果您的称重器具有细长的腿,当材料装入容器时,腿可能会分开。这会向称重传感器引入侧向负载,并可能导致系统绑定,从而阻止称重传感器检测到满载。您可以在支腿上添加交叉支撑,以加强结构并保持称重精度。
3、环保部队
      确保仅将重力传递到每个称重传感器。其他力,包括环境力,例如风荷载,冲击载荷,振动,大的温度变化和压差,都会在称重传感器信号中产生误差。
      风荷载:风荷载会影响室外称重系统或低容量室内系统。例如,在室外,称重容器上的30英里/小时的侧风在称重传感器上施加与重量无关的力,导致迎风细胞感觉到较轻的负荷,而背风细胞感觉到较重的负荷。在这种情况下,使用更高容量的称重传感器以防止背风电池过载。在室内,有源顶置式空调通风口也会在低容量称重系统(例如小型平台秤)上产生不准确的小增量(例如1盎司)测量值。您可以在平台秤上使用树脂玻璃盖来阻挡或转移杂散气流。
为了精确称重,单独的称重传感器必须支持所有要测量的重量。
      冲击负荷:当重质材料被倾倒到称重系统上时会发生冲击负荷,导致力大于系统的额定容量并损坏系统。您可以使用能够处理此冲击负载的更高容量的称重传感器,但这会降低系统的分辨率(系统可以称重的最小增量)。使用进料器,专门设计的装载滑槽或其他装置控制物料流到称重系统可以防止冲击负荷损坏。
      振动:来自过程设备和称重系统附近的其他来源的振动可以使称重传感器测量材料的重量以及传递给它们的振动,这些细胞感觉为机械噪声。通过在可能的情况下将称重系统与振动源隔离,或使用称重系统仪器和消除振动影响的算法,可以减少或防止振动影响。
      温度变化很大:无论您的称重容器在室内还是室外,温度变化都会导致其膨胀或收缩。这会导致重量读数出错并可能损坏称重传感器。如果您的称重系统暴露在很大的温度变化范围内,请安装称重传感器和可以处理容器膨胀和收缩的安装硬件。
      压差:压差会通过向称重系统施加不需要的力而产生称重误差。例如,当称重容器在环境压力下安装在加压工厂地板和另一个地板之间时,可能出现压差。为了最大限度地减少称重误差,请将称重传感器校准到加压地板的恒定压力水平。如果加压不稳定,请将称重容器安装在别处。
压差会通过向称重系统施加不需要的力而产生称重误差。
      在不通风的称重容器中产生另一种形式的压差:当材料快速流入封闭的称重容器时,它取代等于材料体积的空气体积。如果空气不能通过通风口从容器中逸出,将材料入口和出口管道连接到称重容器的柔性连接将随着未移动的空气涌入其中而膨胀,并且这种膨胀将向称重传感器施加侧向力。 ,造成称重错误。为防止出现此问题,请妥善放空称重容器。
4、干扰信号传输
      除了确保称重传感器仅测量所需的重量外,确保称重控制器仅测量称重传感器电信号同样重要。射频干扰(RFI),机电干扰(EMI),湿度和温度都会干扰这种电信号。
      RFI和EMI:正如振动是对称重传感器的机械噪声(即干扰)一样,RFI和EMI是从电池发送到称重控制器的称重传感器信号的电噪声。RFI和EMI源包括闪电,便携式双向无线电,大型电力线,静电,螺线管和机电继电器。防止这些电噪声源影响称重精度的一个主要步骤是将屏蔽电缆中的称重传感器低压信号(通常相当于笔式电池输出的百万分之一)隔离,然后将电缆布置在与导线分开的导管中其他电缆。但请注意,称重传感器电缆屏蔽层也可能是电气噪声的开门。为防止噪音影响称重传感器功能,请将屏蔽层仅在一端与真实地面连接,以正确接地,
      湿气:进入称重系统接线盒的水分会将自身芯吸到每个称重传感器的电缆中,并减少信号线之间的电容。这导致称重传感器激励线(向电池传送电能的线)与信号线(将电池信号传送回接线盒的线)耦合,产生可能影响称重精度的电噪声。为避免这种情况,请使用防水NEMA 4级接线盒并插入任何未使用的接线盒孔。如果您的环境中存在湿气,也可以使用在应变仪区域和电缆入口处密封的称重传感器。应变片区域应焊接闭合。电缆入口,最容易受潮,因为湿气可以通过电缆芯吸,
      温度:一个承受较大温度变化或从接线盒到重量控制器运行超过50英尺的称重传感器电缆管道会受到温度波动的影响,这会引起电缆的电阻变化。这可能导致激励变化,进而导致称重传感器信号发生变化。为了防止这些温度问题,请使用六线称重传感器电缆,它允许称重控制器对称重传感器信号进行比率读数,忽略激励变化引起的变化。
5、仪表和控制
      遵循前四节中的建议将确保您的称重传感器信号以尽可能最干净的形式到达重量控制器。但机会是,信号仍然不会绝对干净。为什么不?请记住,称重传感器传输的信号代表机械力,而振动则是机械力。类似地,权重控制器测量电信号,RFI和EMI 是电信号。但即使您不能完全消除机械和电气噪声源,您也可以选择一种重量控制器,帮助清理不太完美的重量信号并提高称重精度。
 图2:清理称重传感器信号
      重量控制器如何清除重量信号。让我们来看看重量控制器如何清除称重传感器的重量信号。考虑来自典型称重料斗的信号示例,如图2a所示。从理论上讲,当材料进入料斗时,重量信号应在图2a的曲线图上平滑向上移动。但实际上,信号可能会缓慢滚动,这是由料斗的摆动和摇摆或物料以脉冲形式进入料斗造成的,例如来自不正确安装的螺旋钻。机械振动(例如来自料斗搅拌器或附近的处理设备)或电噪声(例如来自附近的大电力线)也会导致信号中的快速抖动。
      如果信号进入配有模拟低通滤波器(通常额定为5到20赫兹)的重量控制器,滤波器将剥离随机抖动 - 从而提供模拟平均 - 并产生类似于图2b中的信号。
      配备双斜率模数转换器的重量控制器还可以帮助数字平均其他随机信号波动。一旦控制器将信号数字化,它就可以平均读数以平滑慢速滚动并产生如图2c所示的代表性信号。当称重系统设置为以单位为单位增量读取重量读数时(例如,在系统上以1磅的增量而不是5磅的增量),这种数字平均对于每个称重循环的1到250个读数的平均值特别有用。 200磅的范围)。在某些应用中,您可能必须使用重量控制器,该控制器还提供内置专有算法,可自动消除信号波动低至0.25赫兹的影响。
 
      重量控制器要求。重量控制器需要其他几个功能来确保重量精确度。控制器应该有一个模数转换器,可以与60赫兹的线路频率同步,以避免由60赫兹电源线和设备产生的噪声引起的“60赫兹嗡嗡声”问题。控制器的内部组件应提供适当的模拟信号屏蔽,以隔离信号免受杂散干扰。控制器的模拟电路还应具有高级电气元件,以精确处理称重传感器的低压重量信号。
 最后,考虑三个关键的重量控制器规格,以确保您的称重系统准确:
      非线性:量程的±0.01%(即称重系统的选定工作范围)。
      温度对零的影响:每华氏度的跨度的±0.0027%。
      温度对输出的影响:每华氏度的跨度的±0.0027%。
      与称重传感器一样,重量控制器的非线性效应对于小的重量变化可忽略不计。如果在开始称重循环之前控制器去皮,您也可以忽略温度对零的影响。但是,您需要考虑温度对输出的影响如何影响您的称量精度。
你可以期待什么准确性
      让我们计算一个示例称重系统的最坏情况总称量误差,以查看系统组件如何影响精度。我们将仅考虑增重系统中的称重传感器和重量控制器的最坏情况总误差。
      该系统在100磅重的料斗中重400磅的材料,要求称重传感器总共支撑至少500磅。料斗悬挂在三个称重传感器上,每个称重传感器的额定容量为200磅,总容量为600磅。季节性系统校准之间也会发生20°F的温度变化。
      在配料过程中,我们只关注称重系统组件的非线性,不可重复性和温度对输出的影响的规格,非线性误差不是问题,因为配料是一系列部分称重。
因此,计算系统最坏情况总误差的公式为:
      [(IT)2 +(LN)2 +(LT)2 ] 1/2
      其中IT是上输出仪器的(权重控制器的)温度效应(0.000027 * 600磅×20°F),LN是称重传感器不可重复性(0.0001 * 600磅),和LT是上输出负载传感器的温度的影响(0.000008 X 500磅×20°F)。在这个例子中,最坏情况下的总误差是0.34磅。请记住,这是最坏情况的数字; 正确安装的称重系统将产生较低的误差。
最后的警告
      实现这种称重精度意味着要考虑许多可能影响称重系统的机械和操作因素。选择特别适合您应用的高质量组件将大大有助于确保您的系统提供所需的准确性。这些组件通常具有令人印象深刻的最坏情况规范,并且它们的实际性能通常优于规范。作为一般规则,选择称重传感器和重量控制器,其精度比您所需的系统精度高10倍。并密切关注如何安装和操作系统,以防止机械力和电气噪声降低您的称重精度。