物料流電子秤的制作方法
【專利摘要】一種物料流電子秤，它包括支撐架以及固定設置于支撐架上的稱重傳感器，在稱重傳感器上固定設置有剛性稱重滑槽，其特征是剛性稱重滑槽長度方向與水平面呈一角度A，0°＜A＜90°；固定設置于支撐架或送料裝置或獨立支架上的剛性順料滑槽，該滑道與稱重滑槽平行近距離相對，但不接觸，位置略高；稱重傳感器承載端與剛性稱重滑槽剛性連接且稱重傳感器設計承載受力方向與剛性稱重滑槽長度方向垂直，還設置有與稱重傳感器電連接的稱重控制儀表。
【專利說明】物料流電子秤
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種物料流電子秤，適用于生產線上連續物料流的重量檢測。物料流可以是固體，也可以是液體。
【背景技術】
[0002]所有電子稱重設備(含:電子秤)都是通過傳感器感受被稱物體的重量的。電子稱重設備大多采用力傳感器或稱重傳感器計量物體在當地的重力。眾所周知，物體的重力是垂直于物體所在地水平面的。一直以來，力傳感器或稱重傳感器使用時都被嚴格指定安裝方式和受力點及方向，以免影響傳感器精度。為減少傳感器的分量偏差，目前幾乎所有傳感器生產廠、稱重設備生產廠、教科書、稱重行業標準與規范、培訓資料、設備操作調試說明資料都要求稱重傳感器必須水平安裝，以免垂直重力在傳感器的非設計稱量方向上有分量偏差。現場的非水平安裝所致誤差須通過標定修正來減少或消除。稱重及包裝行業或衡器行業技術人員都視傳感器水平安裝為習以為常、司空見慣、天經地義。
[0003]動態電子稱重是指在被稱物體運行過程中連續稱重。現有的動態電子秤的被稱量物體的運動載體有皮帶、輥軸、鱗板、料斗等，在可以查閱的文獻和資料中，前述所有動態電子秤的機械結構設計中都將稱重計量單元及傳感器水平安裝，以免重力在傳感器非設計稱量方向上有分量偏差或在設計受力方向上沒有受到全部的重力。由于稱重傳感器輸出中含有運動載體及其自重和運轉不平衡量產生的擾動，所有動態電子秤都存在動態稱重精度不高、制造成本高、維護成本高、防護等級低等問題。
[0004]目前，采用稱重傳感器的用于連續物料流的動態電子秤大多采用皮帶輸送方式，也叫皮帶秤。部分皮帶秤沒有明確的上料部分、稱重部分之分，傳感器直接安裝在一部分皮帶的下面，所以受皮帶張力、速度、輸送輥運轉跳動影響，稱重精度很差、防護等級低、維修成本很高。也有部分皮帶秤，把稱重計量部分從生產線皮帶中斷開獨立出來，但有稱重單元中的輸送裝置仍然使用皮帶，稱重精度仍然受轉動部件影響很大。
[0005]如果采用滑道代替皮帶輸送裝置、傳感器水平布置再通過傳力桿感受滑道所受物料對滑道壓力的垂直分力，可以解決轉動部件干擾物體，仍存在如下問題影響稱重精度和使用范圍的問題:1、傳感器輸出中有物料不穩定的摩擦力；2、物料重量在傳感器輸出是衰減太多；3、不適合很多需大傾角使用場合；4、物料信號對滑道自重占比低。物料自料倉或平行皮帶落入傾斜的滑道時會給傳感器輸出帶來很大干擾，對稱重儀表輸出帶來很大誤差。
【發明內容】
[0006]本專利針對現有采用稱重傳感器的用于連續物料流動態電子秤存在的問題，尤其針對人們一直以來的慣性認識誤區，提出一種物料流電子秤，即:用滑道取代皮帶輸送物料以消除轉動部件干擾、在稱重滑槽前端安裝平行的順料滑槽以消除上料時垂直于稱重滑槽的沖擊力干擾，安裝傳感器時使其受力方向與稱重滑槽垂直以消除摩擦力干擾、實現大角度傾斜以解決各種特殊問題。它有效解決了目前分檢秤計量單元的所有問題。
[0007]本專利采取的技術方案是:一種物料流電子秤，它包括支撐架以及固定設置于支撐架上的至少一個稱重傳感器，在稱重傳感器上固定設置有稱重滑槽，其特征是稱重滑槽長度方向與水平面呈一角度A，0° < A < 90° (稱重滑槽長度方向指定為物料滑落方向)；稱重傳感器承載端與稱重滑槽剛性連接且稱重傳感器設計承載受力方向與稱重滑槽長度方向垂直；還設置有與稱重傳感器電連接的稱重控制儀表。
[0008]本方案的具體特點還有，所述稱重滑槽用硬質耐磨材料制成的剛性體，呈兩端開口的凹形槽或平面或筒管體狀結構。
[0009]在稱重滑槽前方設置有獨立的順料滑槽。設置于稱重滑槽進料端前面的順料滑槽確保來自與生產線送料裝置的物料在順料滑槽的出料端的運動方向變得和稱重滑槽的滑料方向一致。具體相對位置應滿足不使物料從順料滑槽滑到稱重滑槽上時對稱重輸出產生大的沖擊干擾。
[0010]順料滑槽是用硬質耐磨材料制成的剛性體；順料滑槽出料口與稱重滑槽進料口相適配且保持間隙，順料滑槽出料口的出料方向與稱重滑槽滑料方向平行，順料滑槽出料端自然延伸到稱重滑槽的上方，順料滑槽的滑槽底面高于稱重滑槽的底面，順料滑槽和稱重滑槽之間保持獨立，不接觸。順料滑槽可以和稱重滑槽采用同一材料、同一斷面結構、同一潤滑措施；順料滑槽也可以根據物料特殊形狀，采用不同斷面輪廓，最后在出料口變成和稱重滑槽同樣的輪廓；順料滑槽可以與稱重滑槽不同長度；順料滑槽可以剛性連接在支撐架上，也可以剛性連接在生產線送料裝置上，還可以是獨立支撐的。
[0011]所述稱重傳感器為剪切力稱重傳感器或者單點平衡梁傳感器或者柱式傳感器或者輪輻式傳感器。一般安裝在剛性稱重滑槽下面。根據滑道寬度，稱重傳感器須有一定厚度，能防側擺、偏載。
[0012]根據物料對剛性稱重滑槽的摩擦系數和生產線要求，剛性稱重滑槽與水平呈一定夾角A (滿足需動態稱重的物料在剛性稱重滑槽上以滑行、滾動等方式平行于剛性稱重滑槽通過)，用作被稱重物料的滑行通過載體，剛性稱重滑槽與稱重傳感器(或力傳感器)的承載端剛性連接，并使稱重傳感器設計受力方向與剛性稱重滑槽長度方向(即物料運行方向)垂直，稱重傳感器的固定端與支撐架剛性連接，支撐架是剛性的，其位置不因物料通過而移動，稱重傳感器通過電纜與稱重控制儀表電連接。
[0013]剛性稱重滑槽長短的設計根據物料尺寸、運行速度和稱重儀表的響應速度而定。一般，計量臺面物料運動方向長度大于物料最長方向的1.5倍。稱重滑槽與水平的夾角及支撐架對稱重傳感器安裝底面的角度確定原則:可以根據生產線速率的安排、生產現場空間、稱重控制儀表量程和采樣時間及分辨率、物料與稱重滑槽及順料滑槽之間摩擦系數、上料機構的送料速度、物料材質形狀、溫濕狀態、稱重控制儀表需物料在稱重滑槽上做加速、勻速、減速等要求而定，角度可以從大于0°到接近90° ;也可做成自動變角機構，現場人工或自動設置。
[0014]稱重傳感器的承載端的安裝面可能和設計受力方向垂直，也可能平行；固定端的安裝面也可能和設計受力方向垂直，也可能平行。稱重滑槽及支撐架與稱重傳感器的具體配合安裝方式，可以根據具體采用的稱重傳感器做調整。本方案實施例采用的稱重傳感器是承載端的安裝面和固定端的安裝面平行并都與設計受力方向垂直。
[0015]為擴大稱重量程或物料稱重面積或物料通過速度，須加大稱重滑槽面積或承載重量，稱重傳感器是I個或2個或4個或更多偶數個，它們均須與稱重滑槽剛性連接，它們的設計受力方向都須與稱重滑槽長度方向垂直，且它們的安裝底面必須平行。
[0016]所述稱重傳感器為長方形稱重傳感器時還須滿足使重力不在稱重傳感器側面法線方向產生分力。
[0017]稱重控制儀表在物料滑落過程中動態連續稱重。設備調試時，先對其靜態稱重性能標定，再對運行動態性能進行修正。稱重控制儀表可以是獨立的，或A/D模塊加顯示模塊等組合形式，也可以嵌入在與別的設備里，或與別的設備共享一套控制顯示系統，還可以是PC機等。
[0018]本方案的有益效果是:1、徹底解決了物料流電子秤的動態稱重精度問題，滿足了更多場合的動態稱重要求:相對于采用稱重傳感器的皮帶秤，去掉了滾筒、皮帶、軸承、電機、同步帶后，把秤體簡化為一個稱重滑槽，本身結構的附加重量大大減輕，被稱物料的重量占傳感器量程的比例可以大大提高，又由于剛性稱重滑槽長度與傳感器設計加載方向垂直，傳感器輸出就可以更大，儀表信號的分辨率可以更高；秤體上沒有旋轉部件，就不會產生秤體運行不平衡量，稱重精度可以大大提高；沒有運轉部件，其成本經濟性肯定大大提高；沒有運動部件很容易實現高等級水、濕、塵防護和食品醫藥衛生要求，動態稱重裝置的市場將更大。由于皮帶速度有限嚴重影響現有分檢秤的效率，而本方案通過調整稱重滑槽角度和上料速度可以實現快速檢重。
[0019]2、如果稱重滑槽傾斜但傳感器水平放置，F = H + GXcos2A+ f XsinA, F嚴重受不確定的隨機摩擦力影響。可見，由于稱重傳感器設計受力方向與稱重滑槽長度方向(即物料運行方向)垂直安裝，使得摩擦力不在稱重傳感器設計受力方向產生分量，徹底消除了摩擦力對稱重數據的干擾，稱重傳感器的動態重量輸出不受物料材質、物料狀態、摩擦系數的影響。
[0020]3、由于稱重傳感器設計受力方向與剛性稱重滑槽長度方向(即物料運行方向)垂直安裝，使稱重傳感器感受物料重量在稱重滑槽法線上的全部分量以盡量大的電信號輸出，更利于儀表采樣控制。本案稱重傳感器感受物料重量的有效輸出為GcosA。如果稱重滑槽傾斜但傳感器水平放置，該有效輸出則為Gcos2A。可見，本案輸出是水平放置的1/cosA倍。
[0021]4、如果把稱重傳感器水平放置，傾角越大，Cos2A越小。2個方案的物料重量電信號輸出的差距就越大。本案可以解決稱重滑槽傾斜但稱重傳感器水平放置方案解決不了的眾多需要大稱重滑槽傾角的問題，如:摩擦系數較高或粘稠的物料動態稱重、需要高速通過的高溫或低溫物體的動態稱重、生產線高傳送速率要求、生產線上水平方向空間受限的動態稱重。
[0022]5、由于稱重傳感器設計受力方向與稱重滑槽長度方向(即物料運行方向)垂直安裝，使得物料有效重量G與稱重滑槽的機械結構無效自重H按1:1的比例在稱重傳感器信號中輸出，即F=(H+G)cosA。而稱重滑槽傾斜但傳感器水平放置方案中F=H + GXcos2A+fXsinA，G與H按COS2A=I的比例輸出。可見，本案相對機械結構無效信號，有用信號占比更大，對儀表及其分辨率的要求更低。
[0023]6、稱重控制儀表把實際物料的靜態準確重量對該物料在稱重滑槽上滑落時稱重控制儀表顯示的稱重測試結果的比值作為修正系數、或把專用標定物體的重量對該標定物在稱重滑槽上滑落時稱重控制儀表顯示的稱重測試結果的比值作為修正系數，使得傾斜的稱重滑槽的重量稱重值更為準確。無須采用傾斜角檢測裝置測角度再通過公式換算得出系數來修正稱重控制儀表的重量輸出值。
[0024]7、設置于稱重滑槽進料端前部的順料滑槽確保來自與生產線送料裝置的物料在順料滑槽的出料端的運動方向變得和稱重滑槽的長度方向一致，消除上料時垂直于稱重滑槽的沖擊力對稱重結果的干擾，大大提高了稱重精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1是本物料流電子秤的結構組成示意圖。
[0026]圖1中:1_稱重滑槽；2_稱重傳感器或力傳感器；3_支撐架；4_稱重控制儀表；6-儀表支座；7_順料滑槽；8_料倉；9_連續物料流。
[0027]圖2是本物料流電子秤的結構正視圖。
[0028]圖3是稱重傳感器的受力圖。
[0029]圖4是稱重滑槽的受力圖。
[0030]圖5是物料在稱重滑槽上的受力圖。
【具體實施方式】
[0031]如圖1-2所示，一種物料流電子秤，它包括支撐架3以及固定設置于支撐架3上的至少一個稱重傳感器2，在稱重傳感器2上固定設置有稱重滑槽1，稱重滑槽I長度方向與水平面呈一角度A，0° <A<90° ;稱重傳感器2承載端與稱重滑槽I剛性連接且稱重傳感器2設計承載受力方向與稱重滑槽I長度方向垂直；所述稱重傳感器2為長方形稱重傳感器時還須滿足使重力不在稱重傳感器2側面法線方向產生分力。還設置有與稱重傳感器2電連接的稱重控制儀表4。所述稱重滑槽I用硬質耐磨材料制成的剛性體，呈兩端開口的凹形槽或筒管體狀結構。如:稱重滑槽I可以是不銹鋼折彎后再加工上與稱重傳感器2連接構件的槽體結構.在稱重滑槽I前方設置有獨立的順料滑槽7。設置于稱重滑槽I進料端前面的順料滑槽7確保來自與生產線的連續物料流9在順料滑槽7的出料端的運動方向變得和稱重滑槽I的滑料方向一致。具體相對位置應滿足不使連續物料流9從順料滑槽7滑到稱重滑槽I上時對稱重輸出產生大的沖擊干擾。
[0032]順料滑槽7是用硬質耐磨材料制成的剛性體；順料滑槽7出料口與稱重滑槽I進料口相適配且保持間隙，順料滑槽7出料口的出料方向與稱重滑槽I滑料方向平行并有覆蓋重疊，但不接觸，順料滑槽7的滑道面比稱重滑槽I的滑道面略高，即順料滑槽7出料端自然延伸到稱重滑槽I的上方，順料滑槽的滑槽底面高于稱重滑槽I的底面，順料滑槽和稱重滑槽之間保持獨立，不接觸。順料滑槽7可以和稱重滑槽I采用同一材料、同一斷面結構、同一潤滑措施；順料滑槽7也可以根據連續物料流9特殊形狀，采用不同斷面輪廓，最后在出料口變成和稱重滑槽I同樣的輪廓；順料滑槽7可以與稱重滑槽I不同長度；順料滑槽7可以剛性連接在支撐架3上，也可以剛性連接在生產線上，還可以是獨立支撐的。
[0033]所述稱重傳感器2為剪切力稱重傳感器或者單點平衡梁傳感器或者柱式傳感器或者輪輻式傳感器。一般安裝在剛性的稱重滑槽I下面。根據滑道寬度，稱重傳感器2須有一定厚度，能防側擺、偏載。
[0034]根據連續物料流9對稱重滑槽I的摩擦系數和生產線要求，稱重滑槽I與水平呈一定夾角A(滿足需動態稱重的連續物料流9在稱重滑槽I上以滑行、滾動等方式平行于稱重滑槽I通過)，用作被稱重連續物料流9的滑行通過載體，稱重滑槽I與稱重傳感器或力傳感器2的承載端剛性連接，并使稱重傳感器2設計受力方向與剛性稱重滑槽I長度方向(即物料運行方向)垂直，稱重傳感器2的固定端與支撐架3剛性連接，支撐架3是剛性的，其位置不因連續物料流9通過而移動，稱重傳感器2通過電纜與稱重控制儀表4電連接。
[0035]稱重滑槽I長短的設計根據物料尺寸、運行速度和稱重控制儀表4的響應速度而定。一般，計量臺面物料運動方向長度大于物料最長方向的1.5倍。稱重滑槽I與水平的夾角及支撐架3對稱重傳感器2安裝底面的角度確定原則:可以根據生產線速率的安排、生產現場空間、稱重控制儀表4量程和采樣時間及分辨率、連續物料流9與稱重滑槽I及順料滑槽7之間摩擦系數、上料機構的送料速度、連續物料流9材質形狀、溫濕狀態、稱重控制儀表4需連續物料流9在稱重滑槽I上做加速、勻速、減速等要求而定，角度可以從大于0°到接近90 ° ;也可做成自動變角機構，現場人工或自動設置。
[0036]稱重傳感器2的承載端的安裝面可能和設計受力方向垂直，也可能平行；固定端的安裝面也可能和設計受力方向垂直，也可能平行。稱重滑槽I及支撐架3與稱重傳感器2的具體配合安裝方式，可以根據具體采用的稱重傳感器2做調整。本方案實施例采用的稱重傳感器2是承載端的安裝面和固定端的安裝面平行并都與設計受力方向垂直。
[0037]為擴大稱重量程或連續物料流9稱重面積或連續物料流9通過速度，須加大稱重滑槽I面積或承載重量，稱重傳感器2是I個或2個或4個或更多偶數個，它們均須與稱重滑槽I剛性連接，它們的設計受力方向都須與稱重滑槽I長度方向垂直，且它們的安裝底面必須平行。
[0038]稱重控制儀表4在連續物料流9滑落過程中動態連續稱重。設備調試時，先對其靜態稱重性能標定，再對運行動態性能進行修正:把實際連續物料流9的準確重量對該連續物料流9在稱重滑槽I上滑落時稱重控制儀表4顯示的稱重測試結果的比值作為修正系數、或把專用標定物的重量對該標定物在稱重滑槽I上滑落時稱重控制儀表4顯示的稱重測試結果的比值作為修正系數。稱重控制儀表4可以是獨立的，或A/D模塊加顯示模塊等組合形式，也可以嵌入在與別的設備里，或與別的設備共享一套控制顯示系統，還可以是PC機等。
[0039]用12mm厚的錳鋼板焊接制成的上臺面為邊長5000mm*2000mm的長方形、檔邊高為500mm的槽體結構作為連續物料流9滑落的光滑稱重通道，該滑槽I槽體下面兩端中部分別通過螺栓與2個德國HBM公司產的500kg量程的PW16A單點稱重傳感器2 (長188mm、寬63.5mm、高62.3mm,自重1800g)的受力端剛性連接,滑槽I長度方向(即長邊方向)與水平呈60°角，稱重傳感器2底座端通過螺栓與支撐架3的與水平同呈60°角的安裝平面剛性連接、支撐架3在稱重過程保持靜止。再用12_厚的錳鋼板焊接制成的上臺面為邊長2000mm*1700mm的長方形、檔邊高為500_的槽體結構作為連續物料流9從料倉8墜落的剛性光滑順料滑槽7，剛性固定安裝在支撐架3上，其滑槽長度方向與稱重滑槽長度方向一致，與稱重滑槽在長度方向重疊20mm，其底面高出稱重滑槽滑槽面10mm。設置于稱重滑槽I進料端前部的順料滑槽7，確保來自與生產線送料裝置中的料倉8的連續物料流9在順料滑槽7的出料端的運動方向變得和稱重滑槽I的長度方向一致。2個稱重傳感器2電連接到稱重控制儀表4。連續物料流9為散料礦石，由料倉8落下。稱重控制儀表4可以選用PLAC-5100儀表，支撐架3為焊接件，重4000kg (如現場有地腳螺栓，支撐架3可以大幅減重)。再在滑道上裝一個速度傳感器，檢測物料流的速度。機械和儀表安裝連接好后，先對連續物料流電子秤進行靜態重量標定(把已知重量的物料固定在滑道上標定儀表輸出)，然后讓已知重量和流速的物料流通過順料滑道7滑入稱重滑槽1，并沿稱重滑槽I滑下，根據所用時間及速度算出該重量下物料流總長度，可以算出滑道長度上瞬間所載物料總重量，以此對稱重控制儀表輸出進行動態修正。把修正系數送入稱重控制儀表4即可用于散料礦石的動態稱重。
[0040]本方案在大幅減少制造成本和維護成本下，還大幅提高了動態稱重精度，還可以大幅提高防塵、防水、衛生防護的等級。
[0041]見圖3、圖4、圖5，物料在稱重滑槽I上時，稱重傳感器2、稱重滑槽1、連續物料流9的受力分析如下。其中:
稱重滑槽I對水平線夾角:A 連續物料流9重量:G
連續物料流9對稱重滑槽I正壓力=N=GcosA 連續物料流9摩擦力:f 稱重滑槽I自重:H
稱重滑槽I加到稱重傳感器2設計加載方向的壓力:F=N+HcosA =(H+G)cosA
稱重傳感器2輸出的電壓信號U= (F/S) *K*E=(H+G)cosA*K*E/S。
[0042]S:稱重傳感器2額定載荷 K:稱重傳感器2靈敏度系數
E:稱重傳感器2激勵電壓。
【權利要求】
1.一種物料流電子秤，它包括支撐架以及固定設置于支撐架上的至少一個稱重傳感器，在稱重傳感器上固定設置有稱重滑槽，其特征是稱重滑槽物料滑落方向與水平面呈一角度A，0° <A<90° ;稱重傳感器承載端與稱重滑槽剛性連接且稱重傳感器設計承載受力方向與稱重滑槽長度方向垂直；還設置有與稱重傳感器電連接的稱重控制儀表。
2.根據權利要求1所述的物料流電子秤，其特征是所述稱重滑槽用硬質耐磨材料制成的剛性體，呈兩端開口的凹形槽或筒管體狀結構。
3.根據權利要求1所述的物料流電子秤，其特征是在稱重滑槽前方設置有順料滑槽。
4.根據權利要求3所述的物料流電子秤，其特征是順料滑槽是用硬質耐磨材料制成的剛性體；順料滑槽出料口與稱重滑槽進料口相適配且保持間隙，順料滑槽出料口的出料方向與稱重滑槽滑料方向平行，順料滑槽出料端自然延伸到稱重滑槽的上方，順料滑槽的滑槽底面高于稱重滑槽的底面，順料滑槽和稱重滑槽之間保持獨立。
5.根據權利要求1所述的檢重秤的電子計量稱重單元，其特征是所述稱重傳感器為剪切力稱重傳感器或者單點平衡梁傳感器或者柱式傳感器或者輪輻式傳感器。
6.根據權利要求1所述的物料流電子秤，其特征是稱重傳感器是I個或2個或4個或更多偶數個。
7.根據權利要求1所述的物料流電子秤，其特征是所述稱重傳感器為長方形稱重傳感器時還須滿足使重力不在稱重傳感器側面法線方向產生分力。
【文檔編號】G01G11/08GK104457929SQ201510004847
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2015年1月6日 優先權日:2015年1月6日
【發明者】湯小牛, 劉久明 申請人:山東西泰克儀器有限公司