CN104501922A - 检重秤的电子计量称重单元 - Google Patents

Abstract

一种检重秤的电子计量称重单元，它包括支撑架以及固定设置于支撑架上的称重传感器，在称重传感器上固定设置有刚性称重滑道，其特征是刚性称重滑道长度方向与水平面呈一角度A，0°＜A＜90°；固定设置于支撑架或送料装置或独立支架上的刚性顺料滑道，该滑道与称重滑道平行近距离相对，但不接触，位置略高；称重传感器承载端与刚性称重滑道刚性连接且称重传感器设计承载受力方向与刚性称重滑道长度方向垂直，还设置有与称重传感器电连接的称重控制仪表。

Description

检重秤的电子计量称重单元

技术领域

本方案涉及一种检重秤的电子计量称重单元，主要用于断续的块状物料的自动动态重量检测。

背景技术

所有电子称重设备（含：电子秤）都是通过传感器感受被称物体的重量的。电子称重设备大多采用力传感器或称重传感器计量物体在当地的重力。众所周知，物体的重力是垂直于物体所在地水平面的。一直以来，力传感器或称重传感器使用时都被严格指定安装方式和受力点及方向，以免影响传感器精度。为减少传感器的分量偏差，目前几乎所有传感器生产厂、称重设备生产厂、教科书、称重行业标准与规范、培训资料、设备操作调试说明资料都要求称重传感器必须水平安装，以免垂直重力在传感器的非设计称量方向上有分量偏差。现场的非水平安装所致误差须通过标定修正来减少或消除。称重及包装行业或衡器行业技术人员都视传感器水平安装为习以为常、司空见惯、天经地义。

动态电子称重是指在被称物体运行过程中连续称重。现有的动态电子秤的被称量物体的运动载体有皮带、辊轴、鳞板、气吹等，在可以查阅的文献和资料中，前述所有动态电子秤的机械结构设计中都将称重计量单元及传感器水平安装，以免重力在传感器非设计称量方向上有分量偏差。

采用称重传感器的自动动态电子重量分检秤大多采用皮带输送物料，又称分选秤、选别秤、检重秤、重检秤等，主要用于生产线或包装流水线，动态在线地对产品重量进行称量、监控、记录、反馈控制，还可按预设的重量范围对产品进行选别、分级、剔除。现有技术中的分选秤秤体结构主要由以下四部分组成：电气控制装置、被称物品的前置上料送进装置（含送进皮带）、电子称重单元（含称重传送皮带）、剔除装置（含剔除皮带）。

检重秤称重计量单元主要由称重控制仪表、称重传感器、秤体等部件组成。

检重秤的电子计量称重单元一直存在由秤体输送结构引起的如下问题：电子称重计量单元中转动部件不平衡质量引起的震动或跳动严重影响称重精度，电子称重计量单元本身机械结构的无效称量重量也影响称重精度，计量单元运转部件的高精度机械加工成本影响了分检秤称重单元的经济性、维护成本，所有旋转部件都有速度限制决定了分检效率无法大幅提高，由于旋转部件很难实现高等级防护和卫生要求严重制约了分检秤称重单元的使用范围。

如果采用滑道代替皮带输送装置、传感器水平布置再通过传力杆感受滑道所受物料对滑道压力的垂直分力，可以解决转动部件干扰物体，仍存在如下问题影响称重精度和使用范围的问题：1、传感器输出中有物料不稳定的摩擦力；2、物料重量在传感器输出是衰减太多；3、不适合很多需大倾角使用场合；4、物料信号对滑道自重占比低。物料自料仓或平行皮带落入倾斜的滑道时会给传感器输出带来很大干扰，对称重仪表输出带来很大误差。

发明内容

本专利针对现有检重秤的电子计量称重单元存在的不足，尤其针对人们一直以来的惯性认识误区，提出一种检重秤的电子计量称重单元，即：用滑道取代皮带输送物料以消除转动部件干扰、在称重滑道前端安装平行的顺料滑道以消除上料时垂直于称重滑道的冲击力干扰，安装传感器时使其受力方向与称重滑道垂直以消除摩擦力干扰、实现大角度倾斜以解决各种特殊问题。它有效解决了目前分检秤计量单元的所有问题。

本专利采取的技术方案是：一种检重秤的电子计量称重单元，它包括支撑架以及固定设置于支撑架上的至少一个称重传感器，在称重传感器上固定设置有称重滑道，其特征是称重滑道长度方向与水平面呈一角度A，0°＜A＜90°（称重滑道长度方向指定为物料滑落方向）；称重传感器承载端与称重滑道刚性连接且称重传感器设计承载受力方向与称重滑道长度方向垂直；还设置有与称重传感器电连接的称重控制仪表。

本方案的具体特点还有，所述称重滑道用硬质耐磨材料制成的刚性体，呈两端开口的凹形槽或平面或筒管体状结构。如：称重滑道可以是不锈钢折弯后再加工上与称重传感器连接构件的槽体结构；也可以是耐磨钢板焊接结构；还可以是钢化玻璃等摩擦系数非常小的材料。

称重滑道上与物料接触部分设置有滚珠、滚柱、滚轮或者做成波浪形或均匀布满凹凸形状，或者覆盖油脂、毛刷等润滑材料，以减小摩擦系数增加物料通过性。

在称重滑道前方设置有独立的顺料滑道。设置于称重滑道进料端前面的顺料滑道确保来自与生产线送料装置的物料在顺料滑道的出料端的运动方向变得和称重滑道的滑料方向一致。具体相对位置应满足不使物料从顺料滑道滑到称重滑道上时对称重输出产生大的冲击干扰。

顺料滑道是用硬质耐磨材料制成的刚性体；顺料滑道出料口与称重滑道进料口相适配且保持间隙，顺料滑道出料口的出料方向与称重滑道滑料方向平行，顺料滑道的滑道面比称重滑道的滑道面略高。顺料滑道可以和称重滑道采用同一材料、同一断面结构、同一润滑措施；顺料滑道也可以根据物料特殊形状，采用不同断面轮廓，最后在出料口变成和称重滑道同样的轮廓；顺料滑道可以与称重滑道不同长度；顺料滑道可以刚性连接在支撑架上，也可以刚性连接在生产线送料装置上，还可以是独立支撑的；顺料滑道出料端与称重滑道的进料端有间距相对，不连接、不接触，顺料滑道可以是平面滑道，也可以是曲面滑道，其出料端轮廓应与称重滑道进料端一致，其轮廓应在称重滑道进料端轮廓之内，不能有相交点。

所述称重传感器为剪切力称重传感器或者单点平衡梁传感器。一般安装在刚性称重滑道下面。根据滑道宽度，称重传感器须有一定厚度，能防侧摆、偏载。

根据物料对刚性称重滑道的摩擦系数和生产线要求，刚性称重滑道与水平呈一定夹角A（满足需动态称重的物料在刚性称重滑道上以滑行、滚动等方式平行于刚性称重滑道通过），用作被称重物料的滑行通过载体，刚性称重滑道与称重传感器（或力传感器）的承载端刚性连接，并使称重传感器设计受力方向与刚性称重滑道长度方向（即物料运行方向）垂直，称重传感器的固定端与支撑架刚性连接，支撑架是刚性的，其位置不因物料通过而移动，称重传感器通过电缆与称重控制仪表电连接。

刚性称重滑道长短的设计根据物料尺寸、运行速度和称重仪表的响应速度而定。一般，计量台面物料运动方向长度大于物料最长方向的1.5倍。称重滑道与水平的夹角及支撑架对称重传感器安装底面的角度确定原则：可以根据生产线速率的安排、生产现场空间、称重控制仪表量程和采样时间及分辨率、物料与称重滑道及顺料滑道之间摩擦系数、上料机构的送料速度、物料材质形状、温湿状态、称重控制仪表需物料在称重滑道上做加速、匀速、减速等要求而定，角度可以从大于0°到接近90°；也可做成自动变角机构，现场人工或自动设置。

称重传感器的承载端的安装面可能和设计受力方向垂直，也可能平行；固定端的安装面也可能和设计受力方向垂直，也可能平行。称重滑道及支撑架与称重传感器的具体配合安装方式，可以根据具体采用的称重传感器做调整。本方案实施例采用的称重传感器是承载端的安装面和固定端的安装面平行并都与设计受力方向垂直。

为扩大称重量程或物料称重面积或物料通过速度，须加大称重滑道面积或承载重量，称重传感器是1个或2个或4个或更多偶数个，它们均须与称重滑道刚性连接，它们的设计受力方向都须与称重滑道长度方向垂直，且它们的安装底面必须平行。

所述称重传感器为长方形称重传感器时还须满足使重力不在称重传感器侧面法线方向产生分力。

称重控制仪表在物料滑落过程中动态连续称重。设备调试时，先对其静态称重性能标定，再对运行动态性能进行修正：把实际物料的准确重量对该物料在称重滑道上滑落时称重控制仪表显示的称重测试结果的比值作为修正系数、或把专用标定物的重量对该标定物在称重滑道上滑落时称重控制仪表显示的称重测试结果的比值作为修正系数。称重控制仪表可以是独立的，或A/D模块加显示模块等组合形式，也可以嵌入在与别的设备里，或与别的设备共享一套控制显示***，还可以是PC机等。

本方案的有益效果是：1、彻底解决了检重秤的电子计量称重单元的动态称重精度问题，满足了更多场合的动态称重要求：相对于采用称重传感器的皮带秤，去掉了滚筒、皮带、轴承、电机、同步带后，把秤体简化为一个称重滑道，本身结构的附加重量大大减轻，被称物料的重量占传感器量程的比例可以大大提高，又由于刚性称重滑道长度与传感器设计加载方向垂直，传感器输出就可以更大，仪表信号的分辨率可以更高；秤体上没有旋转部件，就不会产生秤体运行不平衡量，称重精度可以大大提高；没有运转部件，其成本经济性肯定大大提高；没有运动部件很容易实现高等级水、湿、尘防护和食品医药卫生要求，动态称重装置的市场将更大。由于皮带速度有限严重影响现有分检秤的效率，而本方案通过调整称重滑道角度和上料速度可以实现快速检重。

2、如果称重滑道倾斜但传感器水平放置，F = H + G×cos²A+ f×sinA，F严重受不确定的随机摩擦力影响。可见，由于称重传感器设计受力方向与称重滑道长度方向（即物料运行方向）垂直安装，使得摩擦力不在称重传感器设计受力方向产生分量，彻底消除了摩擦力对称重数据的干扰，称重传感器的动态重量输出不受物料材质、物料状态、摩擦系数的影响。

3、由于称重传感器设计受力方向与刚性称重滑道长度方向（即物料运行方向）垂直安装，使称重传感器感受物料重量在称重滑道法线上的全部分量以尽量大的电信号输出，更利于仪表采样控制。本案称重传感器感受物料重量的有效输出为GcosA。如果称重滑道倾斜但传感器水平放置，该有效输出则为Gcos²A。可见，本案输出是水平放置的1/cosA倍。

4、如果把称重传感器水平放置，倾角越大，cos²A越小。2个方案的物料重量电信号输出的差距就越大。本案可以解决称重滑道倾斜但称重传感器水平放置方案解决不了的众多需要大称重滑道倾角的问题，如：摩擦系数较高或粘稠的物料动态称重、需要高速通过的高温或低温物体的动态称重、生产线高传送速率要求、生产线上水平方向空间受限的动态称重。

5、由于称重传感器设计受力方向与称重滑道长度方向（即物料运行方向）垂直安装，使得物料有效重量G与称重滑道的机械结构无效自重H按1:1的比例在称重传感器信号中输出，即F=(H+G)cosA。而称重滑道倾斜但传感器水平放置方案中F=H + G×cos²A+ f×sinA，G与H按cos²A：1的比例输出。可见，本案相对机械结构无效信号，有用信号占比更大，对仪表及其分辨率的要求更低。

6、称重控制仪表把实际物料的静态准确重量对该物料在称重滑道上滑落时称重控制仪表显示的称重测试结果的比值作为修正系数、或把专用标定物体的重量对该标定物在称重滑道上滑落时称重控制仪表显示的称重测试结果的比值作为修正系数，使得倾斜的称重滑道的重量称重值更为准确。无须采用倾斜角检测装置测角度再通过公式换算得出系数来修正称重控制仪表的重量输出值。

7、设置于称重滑道进料端前部的顺料滑道确保来自与生产线送料装置的物料在顺料滑道的出料端的运动方向变得和称重滑道的长度方向一致，消除上料时垂直于称重滑道的冲击力对称重结果的干扰，大大提高了称重精度。

附图说明

图1是本方案的结构组成立体示意图；图1中：1-称重滑道；2-称重传感器或力传感器；3-支撑架；4-称重控制仪表；5-物料；6-仪表支座；7-顺料滑道；10-生产线送料装置。

图2是本方案的结构主视图；图3 是称重传感器的受力分析示意图；图4是称重滑道的受力分析示意图；图5 是物料在滑道上的受力分析示意图；

图6是现有技术自动重量分检秤结构示意图。图中：11-驱动滚筒及同步带；12-秤体台面；13-传送皮带；14-从动滚筒；15-称重控制仪表；16-秤体台架；17-称重传感器；18-秤体支撑架；19-驱动电机。

具体实施方式

如图1-2所示，一种检重秤的电子计量称重单元，它包括支撑架3以及固定设置于支撑架3上的至少一个称重传感器2，在称重传感器2上固定设置有称重滑道1，称重滑道1长度方向与水平面呈一角度A，0°＜A＜90°；称重传感器2承载端与称重滑道1刚性连接且称重传感器2设计承载受力方向与称重滑道1长度方向垂直；所述称重传感器2为长方形称重传感器时还须满足使重力不在称重传感器2侧面法线方向产生分力。还设置有与称重传感器2电连接的称重控制仪表4。所述称重滑道1用硬质耐磨材料制成的刚性体，呈两端开口的凹形槽或平面或筒管体状结构。如：称重滑道1可以是不锈钢折弯后再加工上与称重传感器2连接构件的槽体结构；也可以是耐磨钢板焊接结构；还可以是钢化玻璃等摩擦系数非常小的材料。称重滑道1上与物料接触部分设置有滚珠、滚柱、滚轮或者做成波浪形或均匀布满凹凸形状，或者覆盖油脂、毛刷等润滑材料，以减小摩擦系数增加物料通过性。

在称重滑道1前方设置有独立的顺料滑道7。设置于称重滑道1进料端前面的顺料滑道7确保来自与生产线送料装置10的物料5在顺料滑道7的出料端的运动方向变得和称重滑道1的滑料方向一致。具体相对位置应满足不使物料5从顺料滑道7滑到称重滑道1上时对称重输出产生大的冲击干扰。

顺料滑道7是用硬质耐磨材料制成的刚性体；顺料滑道7出料口与称重滑道1进料口相适配且保持间隙，顺料滑道7出料口的出料方向与称重滑道1滑料方向平行，顺料滑道7的滑道面比称重滑道1的滑道面略高。顺料滑道7可以和称重滑道1采用同一材料、同一断面结构、同一润滑措施；顺料滑道7也可以根据物料5特殊形状，采用不同断面轮廓，最后在出料口变成和称重滑道1同样的轮廓；顺料滑道7可以与称重滑道1不同长度；顺料滑道7可以刚性连接在支撑架3上，也可以刚性连接在生产线送料装置10上，还可以是独立支撑的；顺料滑道7出料端与称重滑道1的进料端有间距相对，不连接、不接触，顺料滑道7可以是平面滑道，也可以是曲面滑道，其出料端轮廓应与称重滑道1进料端一致，其轮廓应在称重滑道1进料端轮廓之内，不能有相交点。

所述称重传感器2为剪切力称重传感器或者单点平衡梁传感器。一般安装在刚性的称重滑道1下面。根据滑道宽度，称重传感器2须有一定厚度，能防侧摆、偏载。

根据物料5对称重滑道1的摩擦系数和生产线要求，称重滑道1与水平呈一定夹角A（满足需动态称重的物料5在称重滑道1上以滑行、滚动等方式平行于称重滑道1通过），用作被称重物料5的滑行通过载体，称重滑道1与称重传感器或力传感器2的承载端刚性连接，并使称重传感器2设计受力方向与刚性称重滑道1长度方向（即物料运行方向）垂直，称重传感器2的固定端与支撑架3刚性连接，支撑架3是刚性的，其位置不因物料5通过而移动，称重传感器2通过电缆与称重控制仪表4电连接。

称重滑道1长短的设计根据物料尺寸、运行速度和称重控制仪表4的响应速度而定。一般，计量台面物料运动方向长度大于物料最长方向的1.5倍。称重滑道1与水平的夹角及支撑架3对称重传感器2安装底面的角度确定原则：可以根据生产线速率的安排、生产现场空间、称重控制仪表4量程和采样时间及分辨率、物料5与称重滑道1及顺料滑道7之间摩擦系数、上料机构的送料速度、物料5材质形状、温湿状态、称重控制仪表4需物料5在称重滑道1上做加速、匀速、减速等要求而定，角度可以从大于0°到接近90°；也可做成自动变角机构，现场人工或自动设置。

称重传感器2的承载端的安装面可能和设计受力方向垂直，也可能平行；固定端的安装面也可能和设计受力方向垂直，也可能平行。称重滑道1及支撑架3与称重传感器2的具体配合安装方式，可以根据具体采用的称重传感器2做调整。本方案实施例采用的称重传感器2是承载端的安装面和固定端的安装面平行并都与设计受力方向垂直。

为扩大称重量程或物料5称重面积或物料5通过速度，须加大称重滑道1面积或承载重量，称重传感器2是1个或2个或4个或更多偶数个，它们均须与称重滑道1刚性连接，它们的设计受力方向都须与称重滑道1长度方向垂直，且它们的安装底面必须平行。

称重控制仪表4在物料5滑落过程中动态连续称重。设备调试时，先对其静态称重性能标定，再对运行动态性能进行修正：把实际物料5的准确重量对该物料5在称重滑道1上滑落时称重控制仪表4显示的称重测试结果的比值作为修正系数、或把专用标定物的重量对该标定物在称重滑道1上滑落时称重控制仪表4显示的称重测试结果的比值作为修正系数。称重控制仪表4可以是独立的，或A/D模块加显示模块等组合形式，也可以嵌入在与别的设备里，或与别的设备共享一套控制显示***，还可以是PC机等。

方便面生产线，高1.2米，每分钟90包，皮带速度50米/分钟，被称量物料5为实际重量在200g的袋装方便面、塑料包装、尺寸为120mm*160mm。按计量台面物料运动方向长度大于物料最长方向的1.5倍原则，设计2mm厚不锈钢折弯制成滑道底面为宽200mm长400mm的长方形、档边高为20mm的槽体结构，重约1.5kg，作为物料5顺利滑落称重的称重滑道1；再用2mm厚不锈钢折弯制成滑道底面为宽180mm长300mm的长方形、档边高为20mm的槽体结构，重约1kg，作为把生产线落入的物料5变成速度方向平行于称重滑道1的刚性的顺料滑道7；称重滑道1槽体下面中部通过螺栓与德国HBM公司产的12kg量程的铝制PW2D（长130mm、宽25mm、高15mm，自重250g）单点称重传感器2的承载端刚性连接，称重传感器2设计受力方向与称重滑道1长度方向垂直；刚性称重滑道1长度方向(即400mm长边方向)与水平呈30°角 ；顺料滑道7刚性连接到支撑架3，长度方向（即300mm边方向）与称重滑道1平行；顺料滑道7出料口距离称重滑道1进料口为1mm，其底面高出称重滑道1底面1mm；称重传感器2（或力传感器）固定端通过螺栓与支撑架3的与水平同呈30°角的安装平面刚性连接、支撑架3在称重过程保持静止；称重传感器2电连接可进行修正系数设置的称重控制仪表4。

见图3、图4、图5，物料5在称重滑道1上时，称重传感器2、称重滑道1、物料5的受力分析如下。其中：

称重滑道1对水平线夹角：A

物料5重量：G

  物料5对称重滑道1正压力：N=GcosA

  物料5摩擦力：f

      称重滑道1自重：H

      称重滑道1加到称重传感器2设计加载方向的压力:  F=N+HcosA

=(H+G)cosA

传感器2输出的电压信号U=（F/S）*K*E=(H+G)cosA*K*E/S。

S: 传感器2额定载荷

K: 传感器2灵敏度系数

E：传感器2激励电压

称重控制仪表4选用山东西泰克公司的PLAC-5000仪表，支撑架3为焊接件，重40kg（如现场有地脚螺栓，支撑架3可以大幅减重）。与生产线相连时，机械和仪表安装连接好后，先用标准重物对本计量单元进行静态标定。然后，进行动态修正：把标定用方便面称好静态重量，然后让其从生产线直接落入顺料滑道7，再滑入称重滑道1，并沿称重滑道1滑下。称重控制仪表4显示出重量值，把静态重量除以该测试值得出修正系数，把修正系数送入称重控制仪表4即可用于方便面重量的动态分检。结果如下：本方案的20包连续称重的标准偏差为0.1g、峰峰值误差为0.3g。而采用现有皮带式分检秤称重单元，方便面通过水平输送带上料，采用同样的PLAC-5000称重控制仪表和数字滤波程序、同样的HBM称重传感器、瑞士哈伯斯公司皮带、日本东方公司无刷直流电机，美国产同步带、2个经动平衡处理过的滚筒、通用秤体结构、同样的静态标定和动态测试修正；电机、皮带、滚筒、秤体等制造成本约为3800元RMB；测试时，其最好的结果是标准偏差为0.14g、峰峰值误差在0.5g。可见，本方案在大幅减少制造成本和维护成本下，还大幅提高了动态称重精度，还可以大幅提高防尘、防水、卫生防护的等级。

Claims (8)

1.一种检重秤的电子计量称重单元，它包括支撑架以及固定设置于支撑架上的至少一个称重传感器，在称重传感器上固定设置有称重滑道，其特征是称重滑道物料滑落方向与水平面呈一角度A，0°＜A＜90°；称重传感器承载端与称重滑道刚性连接且称重传感器设计承载受力方向与称重滑道长度方向垂直；还设置有与称重传感器电连接的称重控制仪表。

2.根据权利要求1所述的检重秤的电子计量称重单元，其特征是所述称重滑道用硬质耐磨材料制成的刚性体，呈两端开口的凹形槽或平面或筒管体状结构。

3.根据权利要求1所述的检重秤的电子计量称重单元，其特征是称重滑道上与物料接触部分设置有滚珠、滚柱、滚轮或者做成波浪形或均匀布满凹凸形状，或者覆盖油脂、毛刷润滑材料。

4.根据权利要求1所述的检重秤的电子计量称重单元，其特征是在称重滑道前方设置有顺料滑道。

5.根据权利要求4所述的检重秤的电子计量称重单元，其特征是顺料滑道是用硬质耐磨材料制成的刚性体；顺料滑道出料口与称重滑道进料口相适配且保持间隙，顺料滑道出料口的出料方向与称重滑道滑料方向平行。

6.根据权利要求1所述的检重秤的电子计量称重单元，其特征是所述称重传感器为剪切力称重传感器或者单点平衡梁传感器。

7.根据权利要求1所述的检重秤的电子计量称重单元，其特征是称重传感器是1个或2个或4个或更多偶数个。

8.根据权利要求1所述的检重秤的电子计量称重单元，其特征是所述称重传感器为长方形称重传感器时还须满足使重力不在称重传感器侧面法线方向产生分力。