零点对电子皮带秤精度的影响
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1、引言
烟丝的配比工艺段是卷烟生常中关键的工艺环节之一。电子皮带秤是此工艺过程的核心设备,电子皮带秤的精度直接影响烟丝配比的质量,也在很大程度上影响后续烟支成品的内在吸味质量的稳定性和均衡性。
影响电子皮带秤精度的因素有很多,如称重传感器精度,速度采样频率,信号的采集及处理精度, 系统的标定精度及稳定性。随着技术的进步,诸如称重传感器等电子器件的精度日益提高,已能充分满足烟草行业的需要,反而是诸如皮带和秤体机械结构等传统行业的提高有限,日益成为影响使用的重要因素。反应在日常工作中,皮带秤的零点精度成为影响系统精度的主要因素。
2、电子皮带秤零点测量和误差
电子秤, 无论是动态还是静态的, 都需要标定零点(置零):即测量附着在称重传感器上无效载荷的大小, 并确定系统计量的基准点。
对于电子皮带秤而言,无效载荷包含两个部分,一是安装在称重传感器上的各类机械结构件的重量,二是皮带的重量。在烟草工业中,前一类的变化很小,不作为本文讨论的对象。
对于皮带的重量,即使我们采用了最高标准的皮带,我们也可以发现,其单位长度上的重量是不均匀的,请见图一, 这种不均匀性被描述为随长度变化的周期函数。
图一皮带长度方向上各点重量的变化, 由于使用了环形皮带,函数具有周期性
从理论上说,对于任何一个周期函数,我们都可以找到一个中间线,使函数在任意整周期的积分值为零。这条中间线的值,就是我们皮带秤的(理论)零点。在实际操作中,零点的大小通过空转皮带,并对其重量进行累计获得;正是由于皮带重量的周期变化,电子秤的零点标定要求皮带空转整数圈。根据皮带秤的积分原理,可得:
在实际工作中,由于各种干扰因素的存在,我们获得的零点总会偏离理论零点。
3、零点误差对精度的影响
为了简化说明,我们假定皮带秤的工作流量恒定(如在直接在传感器上挂一个砝码), 在图二中,瞬时流量/载荷曲线由皮带重量曲线叠加在固定载荷上获得。
图二 加上一个恒定载荷后,所得的流量与载荷曲线
根据皮带秤测量原理,我们可以得到两个测量值:
基于理论零点的积分值
两者之间存在一个差值, 即图中Za于Zo之间的面积,这个差值直接影响测量的结果。如果我们零点值高于理论值,电子秤的测量值会小于实际值,得到一个负的误差;反之则得到一个正误差。
零点误差引起的累计量误差的大小可以表述为:
需要着重指出的是,零点误差对于累计量误差的影响因子是100%。
4、零点误差的影响因素
如图三所示,对于单托辊的电子皮带秤,测量零点值时,传感器测量的值中,除皮带的重量之外, 通常还会测得一个皮带张力的垂直分力。
图三
两者之间存在一个差值, 即图中Za于Zo之间的面积,这个差值直接影响测量的结果。如果我们零点值高于理论值,电子秤的测量值会小于实际值,得到一个负的误差;反之则得到一个正误差。
零点误差引起的累计量误差的大小可以表述为:
需要着重指出的是,零点误差对于累计量误差的影响因子是100%。
4、零点误差的影响因素
如图三所示,对于单托辊的电子皮带秤,测量零点值时,传感器测量的值中,除皮带的重量之外, 通常还会测得一个皮带张力的垂直分力。
图三
实际应用中,皮带的跑偏会改变皮带的实际长度,从而引起张力的变化。
由于测量零点要求皮带空转整数圈,因此任何对整数圈的测量有影响的因素都会影响零点精度,如速度测量,皮带长度设定等。
5、零点误差的测量及相关规定
零点误差是实际零点与理论零点的差异,在实际应用中,虽然理论零点是不可测量的,但由于理论零点可以使皮带秤的整数圈的空秤累计量之和为零,人们就利用这一特性制定相关的测量方式和标准。
在最新的标准《连续累计自动衡器(电子皮带秤)》GB/T7721-2007中,零点的误差
实际应用中,皮带的跑偏会改变皮带的实际长度,从而引起张力的变化。
由于测量零点要求皮带空转整数圈,因此任何对整数圈的测量有影响的因素都会影响零点精度,如速度测量,皮带长度设定等。
5、零点误差的测量及相关规定
零点误差是实际零点与理论零点的差异,在实际应用中,虽然理论零点是不可测量的,但由于理论零点可以使皮带秤的整数圈的空秤累计量之和为零,人们就利用这一特性制定相关的测量方式和标准。
在最新的标准《连续累计自动衡器(电子皮带秤)》GB/T7721-2007中,零点的误差
在皮带转动一个整数圈后,零点示值的误差应不超过试验期间最大流量下累计载荷的下列百分数:
--对0.5皮带秤为0.05%
--对1级皮带秤为0.1%
需要说明的是,新的标准对电子皮带秤的精度等级作了重新定义,以使用中检验精度作为电子皮带秤的精度等级,改变了以前的标准中用标定精度作为精度等级的做法。新标准的0.5级秤,相当于以前的0.25级。
在上述的几项规定中, 零点最大允许误差既可以作为新秤的验收标准,也可以作为设备日常维护时的标准。
6、电子秤零点的常见问题及维护
在日常工作中,会发现电子秤零点会发生变化,其实这是一种正常的现象,只要不产生突变(>5%)均可接受,可以将其理解为由于温度等引起的自然反应,同时也要求我们适时地对电子秤重新置零。对于零点的突变,需要小心的检查设备的机械系统,通常是由于机械故障引起。
更需要应起注意的:如果电子秤的零点长期不变,空秤累计误差为零, 可能上是由于系统中不适当地使用了小流量切除等功能, 使我们不能有效和准确的测量零点的变化。
再回到图一中,经过置零之后,空秤运行时,皮带秤的皮重反映到仪表上,会出现流量时正时负的现象; 如果使用小流量切除功能,则仪表显示的流量为零。但小流量切除并不能消除皮带本身重量的不均匀性,也不能真正地提高零点的精度。一旦如二图那样对电子秤进行加载,小流量切除的功能将失效,所有的影响和误差都会显现。
因此对于小流量切除功能的不恰当使用,会给电子秤的使用精度造成很大的伤害。
7、结束语
电子皮带秤是烟草加工中的关键设备之一,电子皮带秤的精度会影响烟支的品质,而电子皮带秤的零点,作为最不可控的因素,直接影响电子秤的精度。对零点误差及零点变化的准确理解可以帮助我们提高使用电子秤的水平。
参考文献:
1.《连续累计自动衡器(电子皮带秤)》GB/T7721-2007
2.传感器与变送器》王家桢 清华大学出版社 1996
3.《电子皮带秤》方原柏 冶金工业出版社 2007
4.《影响电子皮带称计量准确的原因分析》柴振民 工业计量2006 增刊P59-61
5.《现代称重技术最新质量计测技术》施昌彦 中国计量出版社 2000.10