料罐称重系统问题及解决方案
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蚌埠雷泰传感器公司制定传感器方案前，首先必须选择适合罐的传感器，挑选一种传感器，在每个支撑点都安装一个——一个完美的称重系统就出来了。这里涉及的理论包括找到容器“静重”，估算产品比重，然后计算总重量。这是一个轻松的设计工作，只要汇总图纸，接着就能进行“威斯丁豪斯工程”，找到合适的规格装进去。
传感器的负载能力差可能不是工程学上的问题，更确切的说，可能是对传感器如何工作缺少了解，对实际因素如何影响安装缺乏认识。首先介绍一些简单的力学知识、安装技巧和实际教训，这有助于工程师更有效选择传感器。而质量控制经理、生产经理也会从中得到一些收获，来纠正他们现有罐秤的安装。
传感器的核心是应变片。传感器有很多种，这里主要说剪切梁式传感器。力的矢量分布很重要，传感器并不能区别实际的垂直负载和侧向/扭矩负载。应该测量的是实际垂直负载，即罐内重量，而不是剪切负载。但在实际情况下，或安装不正确时，往往使传感器测得的值远大于垂直负载。这些影响重复性的因素最终导致放弃使用传感器。在了解这些影响罐秤精度的因素前，更重要的是了解剪切梁传感器是如何工作的。
剪切梁式传感器是包含几个应变片的精密碾压的金属片，应变片成45o角，测量钢的剪切应力。
图1 剪切梁传感器高度依赖结构材料
图1显示了剪切梁传感器上应变片的理论位置。
应变片是锯齿形条状导体，用金属薄膜蚀刻而成。原理是当受到机械应力时，导体电阻增大（该机械应力由薄膜长度和横截面上的微小变化而产生）。由此产生的电压变化很小，必须用惠斯通电桥或其他类似放大电路才能精确测量。图1中的字母F显示力如何传递到剪切梁传感器。
传感器一般采用低碳钢、不锈钢、合金钢或铝等材料。一个传感器通常要进行数千次称重，因此要产生可重复性的称重结果，对金属材料的要求很高。剪切梁传感器实际是测量钢的剪切应力，因此如果本身材料不是一个整体，就会产生称重误差。金属的选择也会影响传感器的使用寿命，因为可能自身就会发生故障。一般情况下，传感器的制造厂家都要严格选用高等级钢和铝，生产最可靠的设备。
弯曲梁和剪切梁传感器是标准用于工业台秤和地秤的传感器。抬起一个秤台，看它的底部，就能会发现一类弯曲梁传感器。如果这类传感器能用在台秤中，为什么不能用在罐秤中呢？
弯曲梁传感器能完美用于静态称重，但不适合生产型容器。称量容器需要传感器和机械支撑系统对非垂直负载有高度承受力、并能产生重复称重结果。
罐的设计
首先，如果不对罐进行适当考虑，就不可能进行成功称重。设计容器时首先要考虑在风力、地震和其他自然因素作用下能够安全存储一定量的物料，其次才考虑对其的称重。
设计传感器时最重要的因素是“称重框架”的结构，即传感器安装的地方。无论剪切梁、弯曲梁或压式传感器，该框架都能以机械方式与容器下的所有传感器连接，并确保传感器在任何方向都不会移动。由于这里是考虑垂直力，因此设计时必须考虑外力不会使传感器发生倾斜。
图2 构建一个坚固的框架是获得重复性称重的关键
图2显示了最佳的安装类型。注意传感器是如何安装在梁中间。每个传感器都位于两个框架间。该结构确保传感器会一起移动，产生可重复的称重结果。
图2中，传感器安装在底部支撑框架的顶端，容器重量从传感器传递到底部框架。这种力的传递产生的偏差最小。虽然传感器也可以不需要框架直接装在地面，但前提是地板必须几乎没有变形或下沉，因为传感器可以测量几千分之一毫米的偏差，而如果地基变形，就不能得到准确的精度。大部分建筑在设计时都允许有地面变形，但对传感器来说是不允许的。
图3 缩短罐底部与传感器的间距，减小导致重复性和精度变差的弯矩
图3显示了罐秤系统中的另一个典型设计问题，传感器安装在一个脚很长的罐的底部。罐脚移动时就会产生误差。由于外部变形引起位移变化，测量重复性就变差。
图3右图显示了传感器的正确安装方法；截短罐脚，缩小各个脚的移动，传感器的顶部和底部框架有助于使负载模式更为一致。这些图显示的是常用错误，而每个具体称重应用都是不同的。
坚固的罐包括坚固的基础，顶部/底部框架，较短的脚。另外设计时还需要考虑的，也最容易忽视的因素是容器的外围连接件和附件，如管子、搅拌器、梯子、过道等。这些外围设备也会影响称重系统。这也是设计传感器时，同样需要设计生产过程和容器的原因。
进出容器的管子也会产生外力。在稳定的环境条件如恒温时，管子和喷嘴不会对传感器造成严重影响。但是众所周知，工业场合不可能是“稳定环境”。热膨胀和运动会影响称重结果。举例说明，站在浴室磅秤上看看体重读数，接着轻轻推墙再看体重，然后再推推附近的毛巾架再看体重，结果是不同的，这种作用力和反作用力就类似于管子在容器中的使用。
图4 管子作用在容器上的力Fp使传感器出现重量低的“假象”
图4说明管子可能产生的力和位移：坚固的管子可能会承担容器的一些重量，并产生位移dP。沿管子方向的力Fp会将容器向侧面推，并产生向下或向上的力。
仔细考虑管子的支撑和喷嘴结构，就可以减少类似问题。最简单的减少管子对称重结果影响的方法是将所有管子从侧面接入。可能的话使管子吊架尽可能远离罐，使罐在装货时能方便地上下移动。当然也可以使用滑轮，但这种方法最终还是会产生问题。最好的解决方案是使用软管和波纹管，这样可以减少管子对容器作用力的影响，并延缓管子的疲劳度，但必须确保软管的连接是软连接。一个1英寸的弯头在一根4英寸的管子上，无论对管子老化，还是对传感器干扰，可能都没有什么影响。
一旦罐设计正确、管子连接正常，下一步就是选择正确的称重系统。虽然剪切梁或弯曲梁传感器都可使用，我还是建议使用压式传感器。因为压式传感器有精巧设计的弧形顶部和底部，能消除非垂直负载。这些圆形部件可以使传感器在受到侧向力时根据恢复力的原则自我“校准”（见图 5）。
图5 隔热保护的20000kg压式传感器及安装套件
如图6所示的压式传感器，当容器膨胀时可以位移，从机械结构上消除其他非垂直力的影响。
压式传感器不应像梁式传感器那样用螺栓固定在地上或辅助框架上。因为所有外力，包括来自搅拌器和热膨胀的力，梁式传感器都不能区别开。只有正确安装压式传感器，才能有效消除这些力的干扰。
能有效用于压式传感器的工具之一是限位器。限位器是一种简单装置，如果使用得当，就能消除复杂的侧向负载的影响。限位器一般安装在传感器安装套件侧面，它类似于一种经典的螺丝扣。这种螺丝扣可吸收来自侧向负载的非垂直力，例如风以及垂直安装的搅拌器产生的力矩。
图7 适当安装螺丝扣能确保传感器之间重量分布均匀
图7是一种典型的带螺丝扣的压式传感器的安装套件。安装套件只有正确排列才能很好吸收侧向力。图中显示安装套件如何正确安装在3个脚和4个脚的容器上。如图所示，在3个脚的容器中，螺丝扣是与罐相切的。这种螺丝扣可吸收搅拌器产生的力矩，使侧向力在限位器间均匀分布。通常4个脚的系统比3个脚的更稳定。4个脚的罐在安装时，不应使任何螺丝扣相对，以避免不必要的轴向力。用这种办法，每个螺丝扣将均匀分担整个容器上的负载。
最后，让我们来考虑罐的热膨胀。热胀冷缩产生的原因很多，最常见的是：外壳遇热或遇冷，环境温度改变，以及往罐中加入冷/热液体。如果使用剪切梁或弯曲梁传感器，就不能用物理方法防止罐的热胀冷缩将负载作用在传感器上。
举例来说，用这类安装时，温度升高会使容器壁向外对传感器施加压力。压力会产生一个向下的力，传感器会认为其是重量变化。这种膨胀小到几磅或几公斤，大到几百公斤，是不可重复的重量变化。
对于一个用不锈钢材料AISI304/ 1.4301 制作的容器来说，称重系统在环境温度（20℃）下校准，但在250℃的加热系统中运行。计算公式如下：
罐半径（R）= 1.25 m
膨胀系数（k）= 1.6 mm/m/100oK（材料不同时膨胀系数不同）
温差 = 250℃ – 20℃ = 230℃
应变（ΣT）= 1.6 mm/m × 230℃/100oK = 3.68 mm/m
半径膨胀 = 1.25 m × 3.68 mm/m = 4.6 mm
剪切梁称重系统中，罐产生4.6mm的膨胀量就会产生严重的称重误差。压式传感器不是以物理方法用螺钉固定在地上，而是浮动的，当罐膨胀时会产生轻微位移。这种传感器如果安装正确，就可以避免热膨胀引起的误差。
关于成本(蚌埠雷泰传感器有限公司技术部）
在工业行业，称重精度就相当于成本，甚至是大量成本。使用不适合的称重方案就意味着浪费时间、降低效率，也就是增加了成本。不精确的罐秤可能会造成几千美元的损失，既浪费产品，也消耗时间。因此，最关键的就是需要咨询专业罐秤公司，不仅熟悉传感器技术规格，同时还要对系统工程学了如指掌。
