大皮重小称量双传感器电子平台秤的设计

去年,我们公司接到国内某核料企业生产线需物料称量的项目,其料罐重约300Kg,而所计量的物料仅15Kg,要求准确度0.05%FS,静态测量,这是典型的大皮重小称量案例。依据核料企业生产线现场的实际需求,我们决定采用电子平台秤结构形式完成此项目。目前国内外平衡皮重的有杠杆平衡法、调整差分放大器反相端电压平衡法、改变电阻应变式传感器桥臂电阻平衡法三种方法,其中的调整差分放大器反相端电压平衡法和改变电阻应变式传感器桥臂电阻平衡法可以简单的平衡去除皮重,而这两种方法平衡的电子秤仍需选用大量程称重传感器完成测量,唯有杠杆平衡法的电子秤可选用小量程传感器,但杠杆平衡法比另外两种平衡法结构复杂,并且杠杆本身也会引入误差,从而影响了电子秤的准确度,同时这三种平衡法多用于配料和包装等行业的工业生产线上的电子秤,而用于电子平台秤结构形式的却很少;既要保证平衡去除皮重,又要保证电子平台秤的精度要求。为此,经研究分析,我们采用双杠杆平衡法和选用数字式小量程双传感器测量物料的方法,达到平衡或减少大皮重,提高电子平台秤称量分辨率和准确度的目的。本文通过对该电子平台秤的秤体结构原理、主要部件的设计特点以及数字式小量程传感器和数字仪表的选择的介绍,供同仁们参考和探讨。

2 电子平台秤的秤体结构原理

2.1 秤体结构原理

用于该电子平台秤中杠杆平衡法是把料罐(被称物)置于秤体的上台面上,通过四个球头支柱分别置于杠杆的一端,在杠杆的另一端放置一配重物,从而使传感器受力适量减小。如图1所示,设两杠杆的拉式称重传感器受力分别为WC1、WC2,配重物的重量为WP,料罐和被称物的重量为WZ,被称物重量为M,假设被称物对每一杠杆一端施力分别为m1、m2,配重物对每一杠杆另一端施力分别为p1、p2,根据杠杆和力平衡原理,则有:

在秤体设计时,L1=L2=L=130mm,LC1=LC2=LC=130mm,LP1=LP2=LP=776mm,WC1+WC2=M则有(4)、(5)式为:

(6)、(7)式相加得:(m1+m2)·L=(WC1+WC2)·LC+(p1+p2)·Lp则有:

WZ·L=M·LC+WP·LP

因此,配重物选择为:

WP=[WZ-M]·130/776=0.167[WZ-M]

可见,适当选取配重物,称重传感器受力就与称量物品重量成正比,而选择适当的杠杆比例,可以很容易的平衡掉适量的皮重,从而克服了大皮重占去大部分传感器信号的A/D转换有效位数而降低电子秤分辨率的弊病。