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1. 前言

在制造帶傳感器的料罐時(shí)須注意一些重要的基本規(guī)則。例如，料罐通常需經(jīng)受氣候條件或與生產(chǎn)有關(guān)的影響。在新建露天料倉(貯倉，煤倉)關(guān)系到建筑物的，必須遵守建筑法規(guī)。 對(duì)建筑法而言，衡器設(shè)備的事后改造也可看作重要的改變。在這一情況下值得推薦的是向建筑工程師的咨詢, 建筑法規(guī)在安全方面原則上定義了“技術(shù)的狀態(tài)”。 例如對(duì)風(fēng)荷是在德國標(biāo)準(zhǔn) DIN 1055 第四部分建筑負(fù)荷中假定。

料罐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)制造者也應(yīng)同時(shí)弄清楚特別的，常常是公司內(nèi)部的規(guī)定，如果裝了危險(xiǎn)品，并且預(yù)期用叉車操作, 屋頂上的料罐也應(yīng)常常針對(duì)升移加以保護(hù)。

2. 重量分布

當(dāng)料罐支承于三個(gè)承載點(diǎn)上，每一承載點(diǎn)上設(shè)置一個(gè)傳感器時(shí)，才能達(dá)到確定料罐重量的傳感器規(guī)定 。這一情況被稱為靜態(tài)確定。為此整個(gè)負(fù)荷應(yīng)盡可能均勻地分配在三個(gè)傳感器上，對(duì)于立式的或懸掛式的柱形料罐，當(dāng)三個(gè)傳感器與料罐垂直軸等距，且在平面上相互成 120° 時(shí)滿足均勻條件。對(duì)于橫式、臥式的料罐承載點(diǎn)的排列參考圖1.

若在一種設(shè)備中不是所有支承上配制了傳感器，則支承負(fù)荷非均勻分布比較適合。 帶傳感器的支承應(yīng)比沒有傳感器的支承多承重，通過這一措施可改善衡器設(shè)備的精度，在設(shè)計(jì)設(shè)備和選傳感器時(shí)應(yīng)力求盡可能同樣大的負(fù)荷作用于傳感器上。

圖 1 臥式料罐的承載點(diǎn)分布 A, B 和 C

若料罐受四點(diǎn)或四點(diǎn)以上支承，則存在一靜態(tài)的自由度富余。 對(duì)這一應(yīng)用情況必須所有承載點(diǎn)上都考慮傳感器。對(duì)單個(gè)傳感器上的負(fù)荷均勻分配只能通過安裝加以實(shí)現(xiàn)。為達(dá)此目的，首先單獨(dú)測(cè)量傳感器的負(fù)荷，若遇到明顯的差別，相應(yīng)的傳感器其高度應(yīng)加以調(diào)整(如通過填塞金屬片)，原則上帶太小的負(fù)荷的傳感器應(yīng)對(duì)面安裝。

3. 料罐重心

圖 2: 有傾斜流出板的料罐，其重心位置因裝填量的不同而異。

滿載的料罐重心應(yīng)盡量低于料罐的支承點(diǎn)。這一要求在實(shí)踐中常常難以實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)重心位于承載點(diǎn)以下時(shí)對(duì)機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性是有利的。重心點(diǎn)的位置隨充填量高度而變化，重心位置對(duì)于所需要的傳感器數(shù)量具有舉足輕重的影響。在對(duì)稱充填下傳感器的布局，因重心位置在一垂直線上運(yùn)動(dòng)，用一個(gè)傳感器制造衡器設(shè)備是可能的。若由于裝填物的變化重心隨中心線側(cè)向運(yùn)動(dòng)，則所有支承點(diǎn)均應(yīng)配以傳感器。

圖 2 解釋了在重心(側(cè)向)變化時(shí)對(duì)所有支承點(diǎn)都用傳感器的必要性。

4. 料罐裝卸等接口

圖 3: 長的水平管連接

圖 4: 彈性管狀連接

圖 5: 弧形管

圖 6: 波紋管補(bǔ)償連接

圖 7: 開放的貨裝短管

料罐常常很需要裝卸其它接口，例如料罐內(nèi)容物的裝入和卸出，料罐的電子，液壓或氣壓等附屬設(shè)備。

料罐裝卸接口可產(chǎn)生附加力的影響，導(dǎo)致對(duì)秤的測(cè)量精度的誤差。因此接口必須在垂直方向較靈活。圖 3 到 7 展示了幾種合理的接口形式，這些方面應(yīng)在構(gòu)思階段和項(xiàng)目階段加以考慮。 在連接不靈活的剛性管時(shí)，合理的是：料罐與一盡可能長的水平管子相連接。水平管在垂直方向上是柔性的，并且長度越長越軟。它產(chǎn)生的作用于傳感器上的應(yīng)力相應(yīng)較小，對(duì)測(cè)量精度不重要。 (圖 3).

幾節(jié)容易彎曲的連接管可以代替長的水平管子（圖4）用可易變形的彈性材料軟管連接從而避免附加力。在此需檢驗(yàn)彈性材料對(duì)容器充填物質(zhì)及清潔劑的可接受度(如食品、藥品技術(shù))。其他減少附加力的可能性是通過配置弧形管 (圖 5).

在垂直向的管引入情況下，在測(cè)量重力方向上要求的情況下或軟管不能應(yīng)用的情況下，可靠的管道連接是通過波紋管補(bǔ)償實(shí)現(xiàn) (圖 6). 但在裝配這種補(bǔ)償器時(shí)必須保持很小的變形量。如應(yīng)用第二個(gè)波紋管，它與*個(gè)通過管子聯(lián)接時(shí)，可以允許更大的變形量。

提示：一些需要特別清潔的地方（如食品工業(yè)），波紋管是不允許的。

圖 7 中顯示的開口連接開放式貨裝短管說明在減少附加力方面為佳，開放的接頭避免管和料罐之間的接觸，但在封閉系統(tǒng)(如壓力容器)中這一形式不能使用。

提示:必須一直注意，接連管道的材料也進(jìn)入稱量，直接與料罐連接的進(jìn)料和出料管道應(yīng)該在稱量過程中重量恒定，這就是說：管道要么是空的，要么總是滿的。 

5. 壓力負(fù)荷

在封閉設(shè)備中，系統(tǒng)壓力對(duì)稱量結(jié)果有影響，尤其在化工行業(yè)中，反應(yīng)過程需要很高的壓力，相反吸塵設(shè)備對(duì)塵粒型的稱量物產(chǎn)生 100 到 300毫巴的負(fù)壓。當(dāng)管道在容器中垂直連接時(shí)，如圖 5 和 6, 則存在直接進(jìn)入測(cè)量的附加力。其影響相應(yīng)于壓力和管道橫剖面的乘積，測(cè)量過程中壓力穩(wěn)定時(shí)這一份額可在測(cè)量時(shí)予以考慮或算出。 水平的連接管是有利的，因而優(yōu)先于垂直管安裝, 這情況下相應(yīng)的附加力通過安裝附件吸收。

6.1 幾種典型的傳感器安裝形式

圖 13: 四個(gè)傳感器上的矩形倉

圖 8: 帶有一個(gè)傳感器剛性安裝結(jié)構(gòu)的立罐

圖 9: 帶二個(gè)固定支承和一個(gè)傳感器的立罐

圖 10: 更高的立罐

圖 11: 在基座上的立罐

圖 12: 帶輪緣的立罐的稱重模塊配置

這一節(jié)用圖例展示幾種典型的料罐結(jié)構(gòu)，對(duì)涉及到的具體的問題的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，將在有關(guān)章節(jié)介紹。

6.1 立式裝填料罐

對(duì)液體、散裝貨物等勻質(zhì)物體，有二個(gè)固定基座和一個(gè)傳感器的配置是可行的。條件是容量構(gòu)造對(duì)稱，并且裝填物重心線在整個(gè)裝填過程中近似地在一條垂直線上。其他情況，尤其在更高的精度時(shí)，則必須配備三個(gè)或更多的傳感器。

6.1.1 傳感器的剛性安裝

這一在承重體上的簡(jiǎn)單地剛性安裝傳感器的結(jié)構(gòu)一般不予推薦，這種結(jié)構(gòu)不能使傳感器避免由于裝載狀況變化, 振動(dòng)，溫度變化引起的變形而帶來的測(cè)量誤差。

6.1.2 安裝有二個(gè)支承體和一個(gè)傳感器的立罐容器

這一測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用一個(gè)擺式傳感器和二個(gè)固定支承，它們同時(shí)也起固定立罐容器的作用，這一低價(jià)位的結(jié)構(gòu)使傳感器避免一定的測(cè)量誤差。

6.1.3 支撐在三個(gè)或四個(gè)傳感器上的立罐容器

的裝填狀況大多數(shù)用三個(gè)傳感器上作測(cè)量元件，然而在直角對(duì)稱結(jié)構(gòu)中也可見四點(diǎn)配置，盡管這一布置因其超自由度及價(jià)格較貴在原理上不為佳，但另一方面它們很容易被設(shè)計(jì)者想到。盡管雙搖柱彈性支承體不需要導(dǎo)桿, 但多數(shù)需要與固定的限止器組合。對(duì)特別高的立罐，在上面部分要求安裝附加的導(dǎo)桿，在圖例中園棍桿用較小的預(yù)緊力預(yù)緊。固定的擋桿在這種位置只要很小的不可避免的錯(cuò)位便會(huì)觸及立罐，由此通過接觸摩擦導(dǎo)致附加力。此處一般不推薦使用滾動(dòng)擋子或繩索導(dǎo)引器。

6.1.4 使用三種不同稱重模塊上的立罐

三個(gè)稱重模塊，其導(dǎo)桿外切于結(jié)構(gòu)外緣，使罐不需其他措施，而保持水平穩(wěn)定。同樣也具有防抬升保護(hù)可防止立罐傾覆。以此在露天建設(shè)中不需很多結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，這個(gè)圖例展示了小、中、大負(fù)荷的稱重模塊。 使用標(biāo)準(zhǔn)的稱重模塊可以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，可極大節(jié)省結(jié)構(gòu)的花費(fèi)，但必須考慮承載面的平行性、高度對(duì)齊等等細(xì)節(jié)。

6.1.5 應(yīng)用稱重模塊上的帶輪緣的立罐

實(shí)踐中通常發(fā)現(xiàn)圓形立罐的外殼一般達(dá)到底部，以保證整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，此時(shí)需要特殊的安裝方式正確地安裝傳感器。圖 12 顯示用傳感器來測(cè)量的這一結(jié)構(gòu)的原理，這一方案即通過它將重量導(dǎo)入傳感器。當(dāng)然稱重模塊也包含抬升保護(hù)（圖 12 中為清晰起見沒畫出來)。即使結(jié)構(gòu)的小的抬升已足以使整個(gè)重量導(dǎo)入傳感器。所以在此結(jié)構(gòu)中需要一圓形密封圈來密封，它非常柔軟不足以產(chǎn)生附加力。

6.1.6 安裝有四個(gè)傳感器的裝填站的矩形倉

在裝填站，來自傳送機(jī)構(gòu)、裝填和下卸設(shè)備的振動(dòng)，且當(dāng)稱量倉為可動(dòng)設(shè)備的一部分時(shí)，由于加速度的影響，會(huì)使矩形倉很不穩(wěn)定，這還不考慮大質(zhì)量的散裝物投落進(jìn)倉時(shí)，通過落在斜的側(cè)面上引起的極大的側(cè)向力。這一情況下，特別需要預(yù)先考慮預(yù)緊力的穩(wěn)定的導(dǎo)桿固定。有時(shí)侯在無需稱量時(shí), 秤容器被固定保持，僅在稱量時(shí)是自由的。直角對(duì)稱的結(jié)構(gòu)極有利于穩(wěn)定，因此也在多數(shù)傳感器安裝中被采納。同時(shí)傳感器一般帶有彈性支承體，如擺式傳感器。

6.2 懸掛式稱重罐

圖 14: 懸掛在二個(gè)或三個(gè)傳感器上的罐

圖 15: 掛在一個(gè)傳感器上的稱重罐

懸掛式稱重罐常常以更簡(jiǎn)單的柔性的園棍拉式機(jī)構(gòu)消除或減少自歸中問題和高度調(diào)節(jié)問題。除了常常要求的墜落保護(hù)外，防止擺動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)桿是必要的。

6.2.1 掛有二個(gè)或三個(gè)傳感器的懸掛式稱重罐

總的來說簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)要求更多的切向布置的導(dǎo)桿，在應(yīng)力很小的情況下，可由側(cè)向的下面的管子承擔(dān)。

6.2.2 單個(gè)傳感器中心懸掛的結(jié)構(gòu)

在這一結(jié)構(gòu)中必須有防擺動(dòng)和防旋轉(zhuǎn)的保護(hù)。

6.3 臥式儲(chǔ)罐

對(duì)于多數(shù)情況下，液體重心位置點(diǎn)的移動(dòng)與裝載高度呈線性關(guān)系。因此在一個(gè)鞍座下面安裝傳感器而在另二個(gè)鞍座下面安裝固定基座就可滿足相對(duì)簡(jiǎn)單的裝載情況的測(cè)量。理想化的臥式儲(chǔ)罐將重量平分在一個(gè)雙搖柱擺式傳感器和二個(gè)固定支座上，正常情況其它的固定是不必要的。對(duì)很長的臥式液罐而言，應(yīng)加輔助保護(hù)，以防止傳感器被側(cè)向力撞倒，例如用機(jī)械阻檔限制罐鞍上的二個(gè)端點(diǎn)。

提示：實(shí)踐中分布的對(duì)稱往往被對(duì)液體出口一側(cè)微傾的結(jié)構(gòu)破壞，對(duì)精密稱量任務(wù)而言以三個(gè)雙搖柱擺式傳感器傳感器布置為，其中水平固定用固定檔板。

圖 16: 帶有 C16 傳感器的臥式儲(chǔ)罐 (草圖)