地磅秤体部分改造应用

介绍了地磅秤体的结构和原理,并在此基础上阐述了原有地磅的不足以及对原有地磅的 改造过程。重新选择了称重传感器并对其量程范围进行了分析,同时也阐述了对支撑小梁、限位装置等设备的 改造情况。改造后该套系统使用效果良好,测量精度和使用寿命均有所提高。

1地磅的结构及原理

地磅由承重体、称重传感器、测量控制 仪表及附加限位装置等几部分组成。承重体是重 物直接接触的支撑体,必须有足够的刚度和强度， 台面安装系统稳定性要好，自振频率应在几十赫 兹范围内,与传感器连接部分能准确的传递载荷, 传感器承受所有载荷的重量。测量仪表的精度要 根据承重传感器的精度指标或整套系统的精度指 标、选配比它们高3 ~ 5倍或一个数量级的数字式 仪表,限位装置根据传感器的形式进行选择设计。

地磅的工作原理为：当载荷加到承重 体台面后,称重传感器产生微弱的电压信号(0~ 30 mV)，将此信号放大,经滤波再进行数模转换及 一系列运算后，由二次仪表显示。工作原理框图 如图1所示。

2.原有地磅的现状

原有地磅用于进厂原煤的计量，由于煤的 水分含量较大，汽车上衡时,煤水不断外流,从台 面流至秤台下端,加之每天车流量很大,长年累月 导致现场环境非常恶劣，工作人员每天进行清理 也无济于事。而该衡的传感器选用的是悬臂梁式 结构,其连接件为柱式皮套压头,这种连接件的复 高,而现场环境根本无法满足要求，特别是通过底板滑片,这就要求滑片表面光洁度很高，而现场环境根本无法满足要求，冬天, 经常上冻，致使压头皮套断裂，秤体无法完全复 位，整套系统故障频繁，既加大了工人的劳动强 度，又影响到进厂原煤的正常计量,故考虑对其进 行改造。

3.大修改造

针对现场及设备现状，我们对称重传感器、支 撑小梁、限位装置等进行了改造。

3.1称重传感器

由于现场环境恶劣，对传感器型式的选择非 常关键,不但传感器精度要高，而且其连接部分必 须复位性好，防潮性好，能适应于恶劣的环境。再 者，由于该衡引坡护边高度不能改变，衡的台面高 度必须与引坡护边高度相同，故要考虑传感器的 高度是否适合于现场。鉴于多种因素，我们选择 了桥式称 重传感器，这种传感器两端支撑，中间受力，精度 高、可靠性强、其连接部分采用压头钢球结构，可 自动复位和调心，抗侧向力和抗冲击性能好，并经 过良好防潮密封,适应于恶劣的工作环境,而且安 装方便,互换性好。

(1)传感器量程的选择

传感器的型式确定了量程选择要考虑秤台自 重、额定称量、最大可能产生的偏载、动载情况和 传感器的灵敏系数等因素。如果额定容量过小， 可能会导致由于承重过载而使计量衡损坏;额定 容量过大，则会影响到测量精度和灵敏度。通常使传感器工作在30%?70%额定容量范围内，称 重传感器额定量程的计算公式为：

(2)传感器的定位

在秤体的安装过程中，传感器的定位是最基 础也是最关键的一个环节，为保证称重台面在传 递力的过程中，将载荷力垂直加到称重传感器的 受力轴线上，以免因偏载或水平分力的作用使传 感器的输出性能变坏，影响称重精度，传感器在安 装过程中，既要考虑单只传感器放置的水平，又要 考虑四只传感器是否在同一平面，而且要考虑四 只传感器的对角位置。

通过连接底板来调整单只传感器的底板水 平和四只传感器的底板是否在同一平面。用水平 仪测试四个底板，等髙偏差不大于2 mm，再调整 单个底板横、纵、对交线的水平，水平倾斜率应小 于1/500，还要考虑底板到引坡护边的标高，误差 不大于3 mm,保证安装后秤台台面与护边基本在 同一平面,如此反复进行,到符合要求为止，这样 才能使传感器尽量不受水平分力的作用。而且， 四只传感器同时受到载荷的作用，避免了任何一 点的悬空。

四只传感器的安装位置也非常关键,称量 过程中，四只传感器受力情况如图2所示。

以秤体重心为圆心，以L为半径画园与各边 线的4个交点即为四只传感器的安装位置，偏差 不大于± 2 mm。

(3)传感器的连接

原传感器连接方式采用串联连接方式，这种 方式在直流供电的情况下，每个传感器需要相互 独立的供桥稳压电源，否则将破坏电桥电路的原 有关系，增加了设备的复杂性和提髙了成本，再 者，串联后增大了传感器的输出阻抗，容易带来干 扰，抗干扰能力差。而并联方式多只传感器只需 一个供桥电源，系统简单、经济，抗干扰性强。

我们选择了并联连接方式，即各个传感器的 输人端并联，输出端并联，电路如图3所示。

3.2支撑梁

支撑梁是地磅的一个重要组成部分, 通过它使外加负载作用于传感器中心线上，其设 计、安装是否合理很大程度上决定了整套系统的 准确性。由于原悬臂梁式传感器及其连接件的高 度与现在选用的BM-LS-20桥式传感器及其连接 件的高度不同，而底板到引坡护边的距离不能改 变,为保证枰台台面与护边为一平面,必须改变支 撑梁的位置,其高度由传感器支撑点的高度来决 定，支撑梁放置必须水平，而且四只传感器的四个 支撑梁必须在一个平面上,并尽量不受横向载荷 和扭曲力的影响，否则，当外加载荷力的作用方向 与传感器的支撑面不垂直,与平面的法线方向之 间有一夹角a，则将产生一个水平分力Ps = Psina 和一个附加弯距M = PsAi,此时，该传感器受力 状态的对称性遭到破坏，降低了传感器的输出灵 敏度和其它一些性能,使传感器的输出不完全与 输入外力成正比，此效应引入的误差将会很大,故 在定位时用水平仪反复测试支撑梁直到达到技术 要求，避免传感器受到侧向力而影响到测量精度。 另一方面,由于支撑梁是个传力构件,载荷通过它 传到传感器上，所以它要有足够的强度和刚度，能 确保载荷通过称重传感器的加载轴线准确地传递 到传感器上，并且要有良好的传力重复性。另外 它受到的切应力可能很大，故对焊接技术也有很 高的要求，以达到足够的承载强度而不变形,要具 有良好的稳定性、可靠性。

3.3限位装置

限位装置也称安全保护器。为使称重台面有 一个稳定状态，防止水平方向的移动’减小传感器 承受水平分力，尤其是要防止车辆上下秤台及在 秤台上刹车时的冲击，必须在传感器或秤台附近 安装限位装置，由于我们选择的桥式传感器的复 位装置是钢球，其复位性好,很灵活,故必须加装 有效的限位装置。在设计改造时,我们设计了螺 杆式的限位装置，在秤台与基础之间安装多组横 向螺杆,在每只传感器附近限制两个不同的方向， 这样东西南北四个方向各有两组限位装置，调整 限位间隙为2 ~ 5 mm，以保证设备热胀时与周围没 有接触。为防止急刹车等出现意外事故,我们选 用了 24 mm的限位螺栓,并且双向锁母,使用后效 果良好。

4.设备安装及系统调试

一切准备就绪后，开始安装设备，首先把设备 吊至秤台基础上就位，用枕木垫起，若位置不合 适，用千斤顶分别支在四只传感器附近将秤台顶 起,通过限位调整秤台水平位置，适中后将传感器 及其连接附件就位，去掉千斤顶，检査传感器的高 度，加垫片调整直到四点误差在2 mm内，再次把 秤台顶起，固定传感器连接附件，并通过焊接或螺 栓固定,然后小心的将秤台落到传感器上,秤台安 装结束。将传感器输出信号电缆与称重仪表相 连,分别测量空载时各传感器的实际输出，一般为 7 mV左右,调整传感器补偿器使各传感器输出基 本一致。空称调整后，将一定重量的标准砝码(一 般为额定载荷的20%)置于秤台中间，再调整各传 感器的输出到基本一致,然后依据JJ(^668-90《国 家计量检定规程》的要求对其进行检定,检定结果 符合m级计量设施的要求。

5.设备维护

无论什么设备，要想使其正常的运转,必须加 强对其的维护，维护质量的好否，会直接影响到设 备的使用寿命,所以对设备的维护显得越来越重 要。

（1）秤体四周不允许有卡阻现象,枰体与四周 间隙10?15 mm,设备锈蚀程度要小于中等级,局 部无严重锈蚀。

（2）设备基础牢固无裂纹其基坑内和基础平 面上无积水基础牢固、无裂纹。基坑内和基础平 面上无积水、无积尘、无杂物。

（3）设备支撑梁无变形。

（4）限位与秤体间隙保持在2 ~ 5 mm之间。

（5）传感器周围无积尘、积水，引出线不应有 外伤，传感器触头无锈蚀,传感器锁紧件不得松 动,可动部分要灵活。

6.结束语

本次改造历经近两月时间，在整个改造过程 中,本着经济、高精度、可靠的原则，一方面重新利 用了部分设备，一方面增加了部分设施，经过安 装、调试、检定,投运一年以来未出现过任何故障， 使用效果很好，受到使用单位的好评。