Эти системы определяют массу движущихся объектов или материалов, проходящих через устройство или над ним. Измеряемая величина может быть действительно непрерывной, как в случае потока сыпучего материала, проходящего через ленточный весовой дозатор, или может отображаться как дискретные события взвешивания, как в форме осей транспортных средств или упаковок на конвейерной ленте.

Системы непрерывного взвешивания

В случае, когда взвешиваемый материал находится в форме непрерывного потока, определяется массовый расход, и эта величина может использоваться для контроля или для определения общей массы, переданной или доставленной. Область применения этого раздела ограничена методами, которые зависят от определения массового расхода с использованием силы тяжести (за исключением массовых расходомеров с изменением импульса — см. ниже). Косвенное определение массового расхода, например, термическими или радиометрическими методами, не включено.

Ленточные весы

Системы конвейерных ленточных весов используются для непрерывной транспортировки широкого спектра порошков и гранулированных материалов (сыпучих материалов) в широком спектре отраслей промышленности, таких как: сельское хозяйство, фармацевтика, горнодобывающая промышленность и карьеры, энергетика и пищевая промышленность. Ленточные весы могут быть включены в конвейерную линию, и может быть установлен мгновенный массовый расход материала, движущегося по ленте. Это определение затем может быть использовано для получения массовой скорости подачи в непрерывном процессе или суммироваться с течением времени для измерения общего количества доставленного материала. Производительность ленточных весов такова, что, если они обозначены соответствующим образом, их можно использовать для определения количества материала в «законных для торговли» приложениях.

Определение ленточных весов, используемое в этом разделе, — автоматический весовой прибор для непрерывного взвешивания сыпучего продукта на ленте конвейера под действием силы тяжести без систематического подразделения массы и без прерывания движения ленты конвейера. Конвейерные весы выводят массовый расход материала из двух отдельных измерений, а именно: веса секции ленты, транспортирующей материал, и скорости ленты. Общая масса материала, транспортируемого за определенное время, затем может быть рассчитана путем интегрирования (суммирования) массового расхода за это время.

В следующем анализе делается упрощающее предположение, что любая секция ленты и сыпучий материал, который она несет, полностью поддерживается двумя ближайшими роликами. В этом случае полный вес продукта, распределенного на ленте (и, конечно, вес ленты) в области LB на рисунке, будет вносить вклад в вес, измеряемый тензодатчиками. Однако, поскольку продукт и лента в областях LA и LC поддерживаются одним взвешиваемым роликом и одним невзвешиваемым роликом, вклад в измерение тензодатчика от продукта и ленты в этих областях будет уменьшен вдвое. Поэтому полезно ввести понятие длины взвешивания (LW), которая учитывает этот эффект и в приведенном выше случае будет равна (LA/2 + LB + LC/2).

Общее определение длины взвешивания, данное в соответствующей Рекомендации OIML (R 50)1, представляет собой расстояние между двумя воображаемыми линиями на половине расстояния между осями концевых взвешивающих роликов и осями ближайших несущих роликов. Таким образом, датчики нагрузки способны определять вес материала, распределенного по длине взвешивания, после вычитания веса рамы и ленты. Затем эту величину можно использовать для определения средней линейной плотности материала (масса на длину), содержащегося в длине взвешивания. Массовый расход материала (масса на время) определяется путем умножения линейной плотности (масса на длину) на скорость материала (длина на время). Скорость материала получается путем измерения скорости ленты и предположения, что материал движется с той же скоростью. Однако необходимо соблюдать осторожность, чтобы убедиться, что это так. Наиболее распространенный способ измерения скорости ленты — это определение оборотов колеса, контактирующего с чистой стороной ленты.

Конструкция

В схеме, изображенной на рисунке, используются два взвешенных ролика. Существует значительное различие в количестве используемых роликов, от одного до восьми, при этом обычно используются два или четыре. Точность имеет тенденцию повышаться при использовании большего количества взвешивающих роликов. Пример конвейерных весов, использующих два роликоопоры, показан на рисунке. Тензодатчики могут использовать как сжатие, так и растяжение. Тип используемых тензодатчиков включает тензодатчики и те, которые основаны на вибрационном элементе. В некоторых системах используются рычажные механизмы. Основная цель весового элемента заключается в том, чтобы любое отклонение было небольшим, поскольку необходимо избегать несоосности.

Для достижения оптимальной производительности необходимо тщательно продумать установку конвейерных весов. Обычно производители устанавливают в рамках процесса спецификации различные факторы, такие как: степень наклона, близость к приводному ролику, близость к точке загрузки материала, количество желобов ленты и устройства для приема веса на ленте. Кроме того, вертикальное выравнивание роликов в непосредственной близости от конвейерных весов также имеет решающее значение, и оно должно быть порядка миллиметра или меньше.

Типичная производительность

Типичная эксплуатационная производительность конвейерных весов составляет около ±1 % от суммарной нагрузки для систем с одним роликом и от ±0,25 % до ±0,5 % для систем с несколькими роликами. Производительность имеет тенденцию к улучшению по мере увеличения количества взвешиваемых роликов; однако эта зависимость не является линейной. Обычно указываются скорости потока до 20 000 т/ч. Однако в приложениях, где ленты могут быть легче и тоньше, например, в фармацевтическом секторе, производительность улучшится, и возможны показатели в диапазоне от ±0,1% до ±0,3% от суммарной нагрузки. Производительность конвейерных весов, используемых в «легальных для торговли» приложениях, делится на три класса точности, а именно: 0,5, 1 и 2, хотя конвейерные весы класса 2 не могут использоваться в торговле для взвешивания сыпучих материалов, отличных от балласта.

Указанная производительность таких конвейерных весов (при первоначальной проверке и в процессе эксплуатации) различных классов представлена ​​в таблице. Максимально допустимые погрешности, положительные или отрицательные, для каждого из перечисленных классов точности являются соответствующими значениями из таблицы, округленными до ближайшего суммарного интервала шкалы. Максимально допустимая погрешность, полученная для конкретного конвейерного весового дозатора, применяется ко всем нагрузкам, равным или превышающим минимальную суммарную нагрузку, Σmin.

Минимальная суммарная нагрузка (Σmin) — это нижний предел материала, который может быть взвешен для коммерческого использования, и равна наибольшему из следующих трех значений: 2 % от нагрузки, суммированной за один час при максимальной скорости потока; Нагрузка, полученная при максимальной скорости потока за один оборот ленты; Нагрузка, соответствующая следующему числу делений шкалы суммирования: 800 для класса 0,5, 400 для класса 1 или 200 для класса 2. Другими эксплуатационными характеристиками, которые как указываются, так и контролируются в процессе эксплуатации, являются максимальная и минимальная скорость потока:

Максимальная скорость потока, при которой могут работать конвейерные весы, определяется максимальной грузоподъемностью весового блока и максимальной скоростью ленты. Минимальная скорость потока для односкоростных конвейерных весов равна 20 % от максимальной скорости потока; однако в определенных обстоятельствах может быть предусмотрено повышение ее до максимум 35 % от максимальной скорости потока. Минимальная скорость потока для переменных и многоскоростных ленточных весов определяется из того факта, что минимальная мгновенная чистая нагрузка на весовой блок не должна быть меньше 20% от максимальной производительности. В начале (и в конце) цикла транспортировки минимальная скорость потока будет выходить за пределы вышеуказанного предела. Однако, поскольку минимальная суммарная нагрузка по крайней мере связана с полной длиной ленты (которая, вероятно, будет намного больше длины взвешивания), этот источник погрешности плотности.

Факторы, влияющие на точность

Неопределенность измерения массового расхода возникает по следующим причинам: Погрешности взвешивания, связанные с любой системой взвешивания, такие как: вносимые самими тензодатчиками, электрические эффекты в кабелях и распределительных коробках, а также эффекты шунтирования сил, вызванные, например, накоплением продукта между взвешиваемой рамой и опорной конструкцией. Погрешности из-за влияния конвейерной ленты, такие как: неравномерный вес ленты, эффекты натяжения ленты при наличии несоосности и жесткость ленты. Неравномерное распределение продукта, приводящее к тому, что мгновенный измеренный вес выходит за пределы диапазона оптимальных характеристик. Ошибки в измерении скорости, либо из-за:

(i) разницы между скоростью продукта и ленты, например, загрузочный желоб слишком близко к ленточному весу, что приводит к тому, что продукт движется быстрее ленты, или

(ii) ошибки в измерении скорости ленты, вызванной, например, накоплением материала на колесе измерения скорости или проскальзыванием между лентой и колесом.

Калибровка/поверка

Поскольку (i) эффективный вес точечной массы зависит от положения, (ii) характеристики ленты, такие как вес, натяжение и жесткость, влияют на вес, регистрируемый тензодатчиками, и (iii) измерение веса не является единственным значением, используемым при определении массового расхода, калибровка, которая основана исключительно на загрузке весовой платформы тестовыми массами, недостаточна.

Процедура, которая в некоторой степени учитывает вышеуказанные осложнения, заключается в использовании цепей известного веса и длины. Однако цепи вряд ли превысят или даже будут равны длине ленты, например, и в этом случае изменения линейной плотности ленты не будут учитываться. По этим причинам единственный признанный способ проверки ленточных весов для коммерческого использования — это эксплуатация системы таким образом, чтобы собиралось не менее Σmin материала, и сравнение выходного сигнала сумматора на ленточной весовой системе с весом собранного материала, определенным независимыми средствами, такими как весы. Таким образом, поскольку одним из факторов, определяющих Σmin, является количество материала, перемещаемого за один полный оборот ленты, вся лента будет включена в измерение по крайней мере один раз.

Расходомеры изменения импульса массы

Эти устройства определяют массовый расход [т/ч, кг/с] сыпучего материала, либо в форме сыпучих гранул, либо порошков. Поэтому выходной сигнал должен быть суммирован, чтобы дать цифру для общей массы материала, который был перемещен с течением времени (как в случае ленточных весов). Хотя они не являются строго весовыми устройствами, они были включены, поскольку их часто рассматривают как опцию для конвейерных весов. Однако область применения не была расширена для включения массовых расходомеров, которые используются для жидкости или газа. Общий принцип заключается в измерении реактивной силы, когда поток материала меняет направление в конвейерной системе. Существуют различные методы достижения этого, и они обсуждаются ниже.

Ударные весы

Принцип таких устройств заключается в отклонении потока падающего материала и обнаружении горизонтальной реакции на изменение импульса потока частиц. Горизонтальная реактивная сила пропорциональна массовому потоку для постоянной скорости частиц и постоянных ударных характеристик. Силу можно обнаружить, например, путем измерения сжатия слабой пружины с помощью LVDT, хотя используются и другие формы тензодатчиков, такие как те, которые используют тензодатчики. Часто встраивается гидравлический демпфирующий механизм, чтобы избежать чрезмерной вибрации пластины.

Изогнутые пластины Другой метод заключается в том, чтобы организовать движение падающего материала вдоль пластины, которая имеет изогнутую форму. Изменение импульса, необходимое для создания реактивной силы, возникает из-за изменения направления, которое в данном случае не подразумевает удара. Еще одной конструктивной особенностью является то, что сила реакции измеряется таким образом, который, в первую очередь, нечувствителен к эффектам трения между материалом и пластиной.

Массовые расходомеры с силой Кориолиса

В этой технике материал падает на разделенное на секции измерительное колесо, установленное горизонтально на вертикальном приводном валу. Приводной вал приводится в движение с постоянной скоростью. Поступающий материал поступает в центр колеса и из-за вращения колеса перемещается центробежной силой к внешнему краю, где он покидает колесо и выходит из устройства. Поскольку материал ускоряется к внешней стороне колеса, стенки раздела подвергаются силе реакции, перпендикулярной как центробежной силе, так и трению — это известно как сила Кориолиса. Величина этой силы пропорциональна массовому расходу — для ускорения большей массы требуется большая сила — а также пропорциональна крутящему моменту, необходимому для поддержания вращения вала с постоянной скоростью. Таким образом, массовый расход можно вывести из измерения крутящего момента на валу.

Применение

Эти устройства используются для измерения сухих твердых частиц в местах в системе транспортировки, где материал падает под действием силы тяжести. Они не подходят для пневматических или гидравлических систем транспортировки. Их можно использовать в системах дозирования, смешивания или доставки. Поскольку устройства измеряют массовый расход, а не вес материала, они применимы для непрерывных технологических операций. Поскольку эти устройства работают в вертикальной секции системы транспортировки, могут быть преимущества при установке и модернизации — например, для ленточных весов требуется горизонтальная секция.

Можно измерять транспортируемые продукты с размером частиц от десятков мм (например, уголь) до мелких порошков (например, цемент). Хотя, как и в любой системе транспортировки «сыпучих материалов», характеристики материала могут вызывать проблемы для весов, как и для других компонентов системы. Датчик силы и связанная с ним электроника, скорее всего, будут удалены от первичного чувствительного элемента и размещены вне процесса. Это обеспечивает защиту от технологической среды, такой как едкие, абразивные или горячие материалы. Производители указывают возможность работы при температурах процесса около 250 °C.

Конструкция

Механизм измерения расхода, конечно, должен быть установлен в потоке материала. Однако, как указано выше, датчик силы может быть расположен снаружи процесса, соответствующим образом защищенный пыленепроницаемым уплотнением.

Датчик расхода заключен в корпус, как в качестве меры контроля запыленности процесса, так и для защиты датчика расхода от воздействия сквозняков. Корпус должен быть спроектирован с достаточным внутренним пространством, чтобы избежать блокировки или застревания материала внутри него. Устройство может быть модернизировано, например, с помощью фланцевых соединений на участке вертикального трубопровода. Однако, особенно в случаях ударных пластин и изгибов, высота падения важна, поскольку она контролирует скорость частиц. Система предварительной подачи и направления материала может быть выгодна для управления потоком материала, и ее можно приобрести как часть общей системы дозирования.

Типичная производительность

Типичная заявленная точность систем с ударной пластиной составляет около ±1 % от полной шкалы массового расхода, обычно с комментарием, что это зависит от материала. Технические характеристики систем с изогнутой пластиной указывают точность от ±0,5 % до ±0,25 % от полной шкалы массового расхода (с диапазоном изменения от 10:1 до 20:1); хотя обычно признается, что эта цифра также зависит от материала. Могут быть найдены устройства, которые обеспечивают расход от менее 0,05 т/ч до около 1 000 т/ч — хотя и не с той же единицей измерения!

Выше уже было сказано, что при указании прибора необходимо также учитывать максимальный объемный расход. После того, как это определено, часто бывает так, что в зависимости от насыпной плотности материала производитель может выбрать определенный диапазон тензодатчиков для оптимизации производительности. Измерители Кориолиса, как правило, ограничиваются приложениями, где массовый расход ниже около 200 т/ч. Опять же, поскольку устройство должно очищать поступающий материал, максимальная скорость потока, скорее всего, будет указана в объемных единицах. Указанная точность этих устройств составляет от ±0,5 % до ±1 %.

Факторы, влияющие на точность

Накопление технологического материала. Накопление материала на поверхности датчика является потенциальным источником ошибки. Датчики расхода спроектированы так, чтобы быть невосприимчивыми к увеличению веса, вызванному накоплением материала на их поверхности. Например, в случае ударных весов измеряется только горизонтальная сила. Тем не менее, накопление материала на пластине может привести к изменению взаимодействия частиц с поверхностью, что может привести к ошибке измерения. Некоторые системы включают горизонтальные вибрации пластины (ортогональные направлению измерения) для того, чтобы препятствовать накоплению продукта.

Накопление технологического материала вокруг датчика может ограничивать движение и приводить к эффектам шунтирования силы. Влияние потока материала Устройства, использующие ударную пластину или изогнутую пластину, требуют, чтобы скорость частиц была постоянной. Это достигается путем организации падения частиц с постоянной высоты. Это требование не применяется к расходомерам Кориолиса, поскольку падающий материал останавливается в вертикальном направлении, прежде чем он перемещается к внешнему краю ротора. Мгновенный массовый расход материала может меняться, и одной из основных проблем для этих устройств является приспособление к импульсному потоку, например, исходящему из винтовых конвейеров. Эффект импульсов или скачков может заключаться либо в том, чтобы вывести датчик из диапазона, либо в «перегрузке» пластины.

В случае ударных весов перегруженная пластина приведет к изменению ударных характеристик, поскольку входящий материал ударяется о другие частицы, а не о пластину. Как указано выше, датчики размещаются в корпусах. Скачок поступления материала за пределами скорости очистки теоретически может привести к блокировке датчика, поскольку в замкнутом пространстве взаимодействие частиц/частиц может привести к образованию мостиков. Поэтому важно учитывать пиковый объемный расход в дополнение к среднему массовому расходу при указании параметров системы.

Другие эффекты

Как упоминалось выше, сквозняки могут оказывать дополнительные силы на чувствительные пластины. Однако эту проблему можно свести к минимуму, заключив датчик расхода в подходящий корпус. Поверхности датчика расхода также могут подвергаться деградации и коррозии. Благодаря собственной конструкции устройств потеря веса пластины из-за таких факторов, как коррозия, будет иметь минимальный эффект. Однако изменения поверхностных характеристик пластины могут быть значительными. Производители поставляют различные поверхностные покрытия, которые могут быть выбраны для конкретных технологических материалов.

Калибровка/Поверка

Во многих руководствах по эксплуатации этих устройств описываются методы тестирования устройства измерения силы с использованием грузов, и это иногда называют калибровкой. Однако производительность устройств в достаточной степени зависит от материала, поэтому единственным надежным средством калибровки являются испытания материалов. Такие испытания включают эксплуатацию прибора, сбор транспортируемого материала и сравнение показания суммарного значения с весом собранного материала, установленным отдельным контрольным прибором. Такой процесс, конечно, должен проводиться для всех используемых материалов во всем диапазоне встречающегося массового расхода.