对称重结果的破坏性影响 工业应用中影响称重过程的外部因素

NinebeaNinebeaintecThetruemeasure对称重结果的破坏性影响工业应用中影响称重过程的外部因素>称重技术的基础知识对称重应用的—般影响称重技术的基础知识对称重应用的—般影响室外称重的挑战如何将所有因素纳入考虑范围进行整体计算介绍3重力4气流/对流9静电力10磁力12空气浮力/空气压力13冷凝16风力17热和热传递24冰冻的环境条件下29振动、摩擦、地震力和过载31检查清单:我的应用还需要咨询吗?36获得以下重要问题的答案:对物体进行称重的原理是什么规划室内或室外称重解决方案时应考虑哪些因素?称重结果有偏差是什么原因在有干扰因素的情况下如何提高测量结果的精度?目录2从几千克的土豆,到几个盎司的黄金,再或者几吨的氮气,在世界各地的不同场合中都会进行质量的测定,而且每次测量都需要以适当的精度进行。计量服务和本地校准机构确保将称重应链接到国际千克原器。这种可追溯性的链接保证了在悉尼的—千克与在上海,在塞维利亚或者在圣地亚哥的—千克都是相同的,以确保可以跨所有边界统—进行交易。然而,相同的质量单位并不意味着称量结果就—定是正确的。在实现真值的过程中,有许多因素会影响结果。因此任何专业从事称重工作的人都应该了解最其中重要的因素。这个了解实际情况的旅程从正确的称重设备,正确的安装和校准开始,—直到外部因素(例如风或热)的影响。这份白皮书着重介绍有时难以确定但会影响称量结果的内部和外部因素。所谓的破坏性影响范围从动态力到空气压力等各种因素,这在要求精确和可重复的测量结果时都应予仔细考虑。国际千克原器的最新更替当发现国际千克原器的质量随着时间推移与复制品有所不同时,国际度量衡委员会于2005年建议重新定义千克。在两种测量方国际千克原器的最新更替当发现国际千克原器的质量随着时间推移与复制品有所不同时,国际度量衡委员会于2005年建议重新定义千克。在两种测量方法达到所需的精度之后,现在将使用新的千克来重新定义国际单位制(SI)的最后—个未决单位。更多信息见第6页介绍国际千克原器通常存储在两个钟罩下>>3如果—千克的物体在世界的任何地方都是—千克,称重这件事情将变得多么简单?但是在现实中,重力并非儿这里,我们来看—下在地球上称重时,我们如何看待重力。重力4—切都变轻了月亮的吸引力触发了涨潮和—切都变轻了月亮的吸引力触发了涨潮和退潮。但是,月亮不仅将地球上某些地方的海水拉在—起,而且还抬高了大陆。我们脚下的地面一天两次起伏,上下约半米。在涨潮时,我们离地球中心的距离比在退潮时还差半米。您能估算这会对重量造成对大影响吗?您可以这样算—下:从地球中心到表面大约有6000km,每天我们升降的半米只占其千万分之—。重力是将物体拉向地球的力。人们通常认为重力在地球上的每个地方都是—样的,但是我们的星球并不是—个完美的球形,各处的密度也不尽相同。离心力的作用使得赤道处的重力较弱,离地球中心较远的地方,重力也就比较弱。质量是—种物理量,是衡量对象中物质含量的量度。质量的计量单位是千克(kg)。质量描述对象的属性。这种特性不仅表现在物体改变其动量(加速或减速)的惯性上,而且表现在两个物体之间的吸引力上。因此,在地球的重力场中,每个物体都受到—个力。W=m.gm=质量g=当地重力加速度W这个力通常就称为重量。由于重力加速度取决于特定的位置,因此重量也取决于位置,而质量与位置无关。例如,—个物体被运送到月球这个较低的重力场中,其重量就会发生变化,但是该物体的质量会保持恒定。力不是质量—边是力,也就是重量,另—边是质量,这两个东西可不能被混淆:力是使物体变形或获得加速的作用(例如,在自由落体中)。而质量是对象的属性,描力和质量之间还有另—个区别:要描述力,必须定义力的大小和作用方向。这与质量不同,在质量中定义其大小就足够了。质量和力的度量单位也不同。质量以kg为单位,而力以牛顿(缩写为“N”)为单位,1N=1kg.m/s2。先进的电子秤通过地球重力对物体的影响来确定物体的质量。也就是说,他们根据上面的公式测量重量W。但是,读数将转换为质量单位k9。由于重力加速度9取决于特定位置,因此电子秤每次移动到不同位置时都必须进行重新调整。例如,赤道的重力加速度比地球两极的重力加速度会约小0.5%。>重力5<地点g(m/s2)在地球表面赤道处9.787在地球表面的极点处9.832地球表面的平均值地球表面上空100km处地球表面上空1,000km处月球表面火星表面3.71太阳表面274举例在德国境内,重力加速度的差异Δg/g≤8×10-4,而海拔高度的影响约为3×10-7/m。如果将衡器移至比以前的安装地点高3.3m(约高1层)的位置,将导致衡器的灵敏度改变1×10-6=1ppm。(在200g的负载下,重量读数将因此偏移0.2mg。)此外,每次将高分辨率称重仪器移动到其它位置时,也必须使用水平指示仪对它们重新进行水平调整。其原因在于:它们的测量方向必须与重力方向相同(=重力加速度的方向),以便提供准确的称量结果。特别是对于移动称重站来说,重力加速度的偏差是—个很大的挑战。秤的更多应用秤不仅可以用于确定重量,还可以用于测量与质量相关的其它值,例如密度、相同重量物体的件数、表面张力或其它力。测量力时,必须确保其方向与仪器的测量方向相同,也就是垂直。千克是基本单位千克是国际单位制(sl,法语:systemeinternationald'unit巨s)的基本单位,由“国际千克原器”的质量定义。该原器保存在巴黎附近塞夫尔市的“国际度量衡局”BlpM(国际度量衡局)中。在2019年之前,千克是唯—不是源自自然常数的基本单位。现在,它将直接从普朗克常数派生,该常数的值已设置为6.626070040×10-34焦耳秒(Js)。因为焦耳秒也可以表示为千克乘以平方米除以平方秒,这样就给出了质量单位的参考。很快就会用两种不同的测量方式来确定千克。一种测量方法是“瓦特平衡”(或“基布尔平衡”)法。它测量精确平衡公斤并使之保持悬浮所必需的电磁力。通过该测量涉及的地球重力和电量与普朗克常数关联来确定千克。>>全世界的每个称重过程最终都基于国际千克原器第二种方法是确定“阿伏加德罗常数”。这个方法通过x射线衍射计算高纯度硅球中的原子数。因为硅的原子量是已知的,并且阿伏加德罗常数指示在—摩尔物质中存在多少个原子,所以就可以从该球体推算出重力6每个国家的千克原器都会在BlPM与国际千克原器进行比较。举个例子,德国国家公斤原型存放在Physikalisch-TechnischeBundesanstalt(德国联邦物理和计量学院,以其德国缩写PTB著称)。PTB的—级标准是针对国家原器进行测试的,并依次用于测试验证委员会(在美国相当于标准局的地区办公室)的二级标准,再往下—直到控制和工作这些下级标准通常由密度为8.0g/cm3的钢制成,这与BlPM和国家原器所保存的千克原器不同,后者由密度为21.5g/cm3的铂铱合金制成.<地球的质量是否会随着时间而改变?地球的质量—直在改变。事实上,地球每年都在变轻。当然,这个“轻”是相对的。有—些因素导致了我们的星球重量有所变化。掉入的物质(例如宇宙尘埃、微陨石)大气中逸出的气体(例如氦气、氢气)能源过程(例如核裂变,自然放射性不过您无需担心。关于地球的总质量变化可以忽略不计,并且这对我们的测量技术没有可验证的影响。船上秤要在公海,而不是通过陆地直接填充和输送鱼获是—个挑战。为了精确地跟踪渔获的重量,需要通过GPS连续校正重力加速度常数。扫描右下方二维码,您可以了解挪威计量学院是如何校准拖网渔船上的秤的。7重力温度变化如果可能的话,每台秤或者每个称重解决方案都应在相同温度下使用和校正。为什么温度恒定是个关键点?温度会造成对正确称重结果的偏差。这被表示为零点或灵敏度的温度系数(缩写为TC)。如果—台秤的数据表或者样本上写着“灵敏度TC为≤2×10-6/K”,它的意思是这样的:如果这台秤是在18oC下校正的,但是在21oC下使用,其灵敏度的偏差最大可达2×10-6,也就是每100g会相差0.6mg。零点的温度系数仅影响长时间的测量,在此期间无法将被称量的物体从称重平台上移开,否则,当按下清零或去皮键时,重量读数将重置为零。温度变化8气流经常被人类忽视。当它们影响称量结果时,人们有时很难想到这位肇事者。您可以采取的预防措施安装在室外的应用很难避免气流的影响,不过有些应用可以通过其它补充安装物而受益。而要降低室内应用中由于气流造成的影响,就需要将室内空气的流动降到最低。使用防风罩的目的就在于此。可读性为1mg的秤可以使用开口的防风罩,譬如—个圆环形的玻璃罩,就足够了。可读性小于1mg的秤就需要封闭式的防风罩了。与实际考虑相反,从计量学的角度看,防风罩应尽可能小,因为大的防风罩内部仍然会产生内部气流。当要称重的物体与称重设备的温度不完全相同时,温差会产生对流。这些对流会使比室温温度高的的物体变轻,比室温温度低的物体变重。所以说,将被称物体和秤调整到同样温度也很重要。气流/对流9静电电荷将力施加到要称重的物料以及称重平台或称重传感器上,从而导致测量结果的明显静电力10<<如何处理静电力静电力表现为重量读数的漂移以及由此导致的在重复称量过程中测得的值重复性变差。雷电是室外静电力的—个很好的例子。有多种方法可以防止电气设备遭受雷击。对于我们的称重设备,最简单的解决方案是安装避雷器(等电位连接)。在生产过程中,例如将物料从—个容器倒入另—个容器时,这些不导电的静电力表现为重量读数的漂移以及由此导致的在重复称量过程中测得的值重复性变差。雷电是室外静电力的—个很好的例子。有多种方法可以防止电气设备遭受雷击。对于我们的称重设备,最简单的解决方案是安装避雷器(等电位连接)。塑料生产在称重过程中面临特殊挑战。塑料生产在称重过程中面临特殊挑战。静电会破坏称量结果,在称重之前需要使用去离子器来中和塑料零件上的离子—此处所示是—台产线末端自动检重秤上加装的去离子器。静电力11NinebeaintecThetruemeasureintecThetruemeasure砝码与衡器之间的磁力相互作用可能会导致质量计量错误。当不同的磁性能在—起时问题就来了磁力通常表现为重复测量的可重复性差,特别是它强烈依赖物体在称重平台上的位置。磁力作用在被称物体上,从而干扰重量的测量。只有以下方法才能抵消磁力的作用:仔细地使物体消磁,使其与所有磁性或磁化部件保持足够的距离,(电磁力补偿功能的称重仪表也含有磁性或可磁化零件!),或使用软磁性材料(例如钼金属)屏蔽磁性物体。如果物体无法被消磁,则可以采用下部挂钩称重来磁力12浮力不仅作用于水中。我们都生活在空气的底部。由于空气的密度低于水的密度,因此浮力也较低。NinebeaintecThetruemeasure通常被低估的是空气浮力的作用。通常被低估的是空气浮力的作用。称重设备只能确定物体在称重平台上施加的力(或重量)与空气浮力之间的差。空气浮力/空气压力13空气压力(气压)对质量测定的影响:空气浮力与气压成正比。如空气压力(气压)对质量测定的影响:空气浮力与气压成正比。如果瞬时气压未知,则其影响将导致在较长测量周期内,测量结果出现明显的随机波通过测量气压,则可以计算出其系统影响并相应地进行修正。这意味着重量结果的波动较小。同—材料的不同物体的密度偏差对称重结果的影响类似。空气浮力来自施加在物体顶部和底部的压力差。气压水平在地球表面处最高。这是因为处于地球表面的空气支撑着其上方所有空气的重量。气压差会在我们周围的空气中产生向上的浮力。如何计算浮力空气浮力“A”等于排出的空气重量(力):等式1等式1mpAA=mA.g=Vm.pA.g=—.pA.g=m.—.gpwpwg=当地重力加速度m=物体质量m=排出空气的质量p=物体密度p=空气密度(p~1.2kg/m)V=物体体积因此,称重仪器仅受以下“wm”的力的影响:等式2等式2wm=m.g-A=m.1-.gppw使用标准砝码对称重仪器进行校准和调整,这些标准砝码同样会暴露于空气浮力中。因此,在调整过程中,称重仪器仅受到以下“ws”力的影响:等式3等式3ws=ms.g-A=ms.1-—.gm=标准砝码的质量p=标准砝码的密度(p=8.0g/cm=8’000kg/m)pAps称重设备经过校准,在其被施加了ws的力时,它会显示其质量,当施加了wm的力时,显示如下:等式4等式4mw=—.msm=称重设备上的读数wmws将wm的值和ws的值插入等式4,就可以得到以下等式:等式5等式5mw= m.(1-pA/pw).gms.(1-pA/ps).g.ms=m. 1-pA/pw1-pA/ps得出m:等式6等式61-pA/psm=mw.——1-pA/pw>空气浮力/空气压力14<转换—下上页的等式,可以得到:右图显示了根据等式7的计算,在秤上显示的特定重量需要增加的数值。每条斜线代表了图标上方及右方所显示的适用密度。正值意味着浮力修正值需要加到秤上显示的读数上去,而负值意味着浮力修正值需要从显示读数中减去。这些斜线都是在空气密度PA=1.2mg/cm3的情况下绘制的。而阴影部分是指空气密度为1.1mg/cm3或1.3mg/cm3的情况下受到的影响。例如—个读数为10g,密度为1.0g/cm3的物体,在空气密度为标准的1.2mg/cm3的情况下,其空气浮力修正值就是10.5mg。如果空气密度增加(高气压或者低温条件下),浮力修正值可能增加到11.4mg,空气密度降低(低气压或者高温条件下),浮力修正值可能降.低到9.6mg左右浮力修正值Δm[mg]秤的显示读数[g]此空气浮力修正值适用于空气密度P为1.2mg/cm的情况下(阴影部分P=1.1...1.3m…g/cm),称重设备必须经由密度P=8.0g/cm的砝码校正。P是被称物体密度>空气浮力/空气压力15物质从气态到液态的转变在物理学上被称为凝结。凝结的液体称为冷凝液。空气中的水分是如何影响称重结果的当潮湿的空气划过寒冷的表面,空气中的水分会以冷凝水的形式沉淀到物体表面。该过程取决于空气的温度和水分含量以及寒冷物体表面的温度。为了使物体表面上的水分吸附层达到平衡,需要有足够的时间让物体达到与称重设备相同的温度。特别是在高分辨率秤上对小物体进行称重时,必须满足这—基本要求才能获得可重现的称重结果。为了最大程度地减少物体对水分的吸收,用户必须避免弄脏甚至用手触摸物体,例如,因为这样会留下指纹,从而影响称量结果。-冷凝16NinebeaintecThetruemeasure风力会影响限位,防拔起保护元件以些部件必须承受风所产生的力。风力17设计室外称重解决方案时,必须考虑风的影响。考虑这些风力影响的同时要记得所选传感器的量程。在更极端的情况下,需要特别设计安装套件。当过程容器,筒仓或储罐安装在室外时,都必须考虑风荷载的影响。在分析风荷载的影响时,必须记得风不仅会从水平方向上吹过,也可能出现垂直的升力或垂直的“吸力”。为了确定作用在容器上的风力数值,我们先来看—些流体力学的基本原理:我们该如何描述风?容器的形状和尺寸对力会有什么影响?建筑的周围环境对力又会有什么影响?风的描述仔细观察吹来的风,我们会发现对风的描述需要有两种因素:a风的速度(风速)b空气的特性(密度、粘度)地面正上方的风速等于。室外称重应用需要特别考虑风力的影响风力18我们考虑到不同的高度时,风速的值不是恒定的。由于风和地面之间有着摩檫力,在地面正上方的风速等于零。往上,风速随着高阶抛物线函数增加。在大多数情况下,描述此流程的函数参数是未知的,无法计算速度。我们必须使用更实际的方法:选择矩形速度分布以测得与实际近似的速度分布。这种选择称为此构造的设计负载。空气的状态取决于例如大气压力,空气密度和温度等因素。空气可压缩性的影响可以忽略。即使在非常大的暴风雨中,与声速相比,风的速度仍然相当慢。因此,我们可以假设空气的特性与速度无关。为了进行计算,我们仍然需要密度PA和粘度ηA的值。大气压力P随着海拔高度的增加而降低。我们可以直接选取需要海拔下的大气压。从理想气体方程P-PA可以发现,密度PA也有相同的表现:例如例如v=40sA(10oc)=17.73.10-62kgNs上述空气密度和空气粘度值为德国数值。有关其它地区的数值可向当地相关机构索取。>特别设计用于抗极端强风和地震的安装套件设计负载设计负载的数值应由客户或者国家法规特别设计用于抗极端强风和地震的安装套件设计负载设计负载的数值应由客户或者国家法规标准来决定。通常设计负载应当经受12级蒲氏风级甚至更高的暴风。风力19vorschlagvorschlagfirdieseseite.DieseAbbildungmisstebeipanthermediagekauftwerden应用的形状和大小工业称重的常见应用是筒仓和容器称重。许多实验测量了流动的空气施加在例如直立的容器上的力,结果表明这个力取决于:表面的平滑度容器的尺寸“形状”和“表面平滑度”这两种影响被组合为—个特性数字。该数字称为“阻力系数”或“摩擦系数”,即cw。对于正常称量的物体,平滑度的影响可以忽略不计。因此,数字仅代表风速的影响。摩擦系数cw<>另—个影响风力大小的参数是:容器的尺寸<>为了使计算尽可能容易,我们定义了“暴露面积”风力20风力20安装地点根据称量物体的放置地点,您必须使用不同的风速进行计算。举例1:称量物在城镇举例1:称量物在城镇风吹到称量物体时没有任何障碍。没有什么可以降低空气速度的。因此,您必须承担比平常更高的设计负载。称重物体在城镇称重物体在山上称重物体在城镇风速,影响压力在风速值未知的情况下,我们必须做出—些有用的假设。下表旨在帮助您找到这样的假设值。在考虑了所有相关数据之后,可以引入您的计算方案。暴露面积A=直径DX高度H暴露面积A=直径DX高度H在上世纪初没有发明计算机时,就定义了暴露横截面暴露面积的定义称重物体的暴露面积是通过将其直径和高度相乘得出的。10<28.4m/s0.5KN/m212<36.9m/s0.85KN/m2>1242.0m/s1.1KN/m2城镇附近标准值>1245.6m/s1.3KN/m2城镇外围标准值>1251.4m/s1.65KN/m2风力21风力21<FwFw风力容器暴露面积A=DxHD直径H高度影响压力q=0.5xPLxV2PL空气密度V空气速度(矩形速度分布)摩擦系数风力对直立容器作用力的计算图举例1:水平力根据下图计算风对纸浆蒸煮器的造成的水平力。直径D为3m,高度H为10m。考虑两种情况:情况1薄氏风级5情况2薄氏风级12v=8m/sv=40m/s(飓风)计算直径为3计算直径为3m,长度为10m的卧式圆柱罐的“拔起力”。罐子里装满了沙子(Ps=0.5Kg/m3)考虑2种情况:此安装的摩擦系统假定为cw=0.8空气密度PA=1.25Kg/m3情况1q1=0.5x1.25Kg/m3x(8m/s)2=0.04KN/m2Fw1=0.8x0.04KN/m2x3mx10m=0.96KN情况2q2=0.5x1.25Kg/m3x(40m/s)2=1KN/m2Fw2=0.8x1KN/m2x3mx10m=24KN解释以上结果必须保护此安装免受倾覆。因为风并不总是精确地向水平方向吹,所以风力的垂直分量会导致测量误差,误差可能是发生暂时的零点偏移。通常只有在大风(>5薄氏风级)的情况下,预期误差才会大于净重的0.1%。举例2:垂直拔起力风可以在卧式储罐上引起上推力Fl。这是由于上侧的高风速引起的。>Fw风力22<情况1薄氏风级5情况2薄氏风级12v=8m/sv=40m/s(飓风)罐子体积VT=π/4x32x10m3=70.7m3沙子重量Fc=70.7m3x0.5Kg/dm3x9.81m/s2=347KN情况1影响压力q1q1=0.5x1.25Kg/m3x(8m/s)2=0.04KN/m2拔起力Fl11=0.8x0.04KN/m2x3mx10m=0.96KN情况2影响压力q2q2=0.5x1.25Kg/m3x(40m/s)2=1KN/m2拔起力Fl2举例3:垂直“吸力”有时,容器会从建筑物中伸出。譬如说将物料放料到汽车上的放料站就是这样的。而风就在建筑物的下方自由吹动,这导致了建筑物下方的气压甚至低于室内,形成了垂直力Fv。在这种情况下,A表示容器的横截面。这个垂直力的计算是Fv=ΔpxA计算三个直径分别为2m,4m和6m的容器的力。假设压差Δp=0.0025bar(=2.5cmH20)容器直径垂直负载2m78.5Kg4m314Kg6m707Kg山上的物体暴露于更强的风中>解释以上结果这种影响会严重妨碍测量精度。特别是要做法定计量时更要仔细考虑。这会发生随机的临时零点漂移,形成不可重复的误差。要防止这些影响,能使用的解决方案有:让风无法在建筑物下吹动(例如安装活动门)容器穿过的地板上的开口需要做的比容器大很多。这样可以减少压力差。2=0.8x1KN/m2x3mx10m=24KN1=0.96KN=0.28%Fc2=24KN=0.69%Fc(在正常情况下,结果的影响可以忽略不计)风力23热和热传递温度是影响称重系统的最重要因素之—。如果工作温度超出规定范围,则需要额外的保护。这可以根据传递给设备的热量类型来实现。热和热传递24热和热传递24什么温度有多久?什么温度有多久?很难计算温度变化对称重系统性能的确切影响。过程称重解决方案中,影响系统各个要素的温度可能不尽相同。这样的情况并不少见。例如,同—应用中的称重传感器可能经受着不同的温度,或者称重传感器可能会承受快速的温度变化。强烈的热量会影响测量结果并损坏秤。除了由环境引起的不断增加的热峰外,在混合过程材料,处理高温材料(例如钢水)时能可能产生热量,甚至通过使用加热或冷却套也会引起热量变化。热量的影响范围包括机械尺寸的变化、在应用中使用的材料由于膨胀产生力,或者改变单个称重组件的性能。各种形式的热量可能会导致许多安装出现问题。有时原因很明显;有时原因很隐蔽。举例1—位客户抱怨,他们户外的一个储料仓,料仓位于—座高大的生产车间旁边。尽管筒仓既未装载也未卸载,但他全天都观察到其重量变化。早晨,筒仓位置处于阴凉处。随着太阳的升起,建筑物的阴影逐渐消失。下午,筒仓直接处于在阳光下。在此示例中,重量值变化的原因非常明显:重量因称重传感器的温度敏感性而变化。举例2有时室内和室外之间的界限十分得模糊。—位顾客抱怨在室内有台料罐秤,与许多其它料罐—起放置在—个大厅中。大厅中的温度始终保持在20oc,尽管罐子中的内容物没有变化,但重量却发生了变化。现场查看后,发现了以下结果:外墙有—扇通常关闭的门。由于某些原因,门巧被打开了。这会导致空气流通,从而影响称重传感器,使重量显示发生变化。>热和热传递25<为了更好地理解热量和高温如何给称重传感器和秤造成麻烦,我们在下文中讨论以下物理效应:三种不同的热传递物理机制:传导对流辐射传导热保护板热保护板称重传感器上方的保护板可防止来自上方的热传导如果称重物体的温度高于其周围环境的温度,则会迫使热量传递到称重传感器。这种热传导可能有不同的结果。称重传感器内部的组件的温度稳定性各不相同。当暴露在极高的温度下时,例如灌封料或应变片粘合剂可能会失效。2.特征值变化通过称重传感器的热流可能导致与温度变化率过高相似的效果。解决这些问题的可能办法有:使用高温称重传感器(例如补偿温度范围高达+180oc的传感器)在传感器周围使用热保护板在个别情况下,可以使用带有长悬挂杆的拉力传感器可以通过使用放置在热源和称重传感器之间的绝缘垫来减少热传导。对流高温的空气流动会影响称重传感器和容器中的温度热对流将使高温的流动空气影响到容器上。这导致容器的温度升高。此外,称重传感器受到影响。这会导致在短时间内热量大量增加。对流引起的读数误差的检测通常有点复杂,因为这样的误差会出现在在变化的环境和不同的时间中。如果出现此类误差,可能很难找到令人满意的解决方案。辐射热保护罩热保护罩热辐射和热保护罩辐射引起的热传递取决于两个表面温度的比值:即热物体的表面温度和被加热物体的表面温度。热辐射不取决于任何介质,而仅取决于不同的温度。由热辐射引起的误差通常很容易检测到。您总能发现—个造成问题的极热物体。可能的辐射源包括:室外安装时的太阳电弧炉或装有热物体(例如,熔融金属)的容器>热和热传递26如何称量钢水可以通过大量程的移动式称重系统可以解决称重钢水物料膨胀系数如何称量钢水可以通过大量程的移动式称重系统可以解决称重钢水物料膨胀系数k[mm/m/100k]S235JR11水泥[mm/m/100k]S235JR11水泥铝因此,在接下来的篇幅中,我们将介绍梁的温度膨胀的计算方案。梁的这种物理行为的描述如下:梁之间及其周围的温度变化为了便于理解和计算,以上面的形式给出膨胀系数,而表通常以kx为了便于理解和计算,以上面的形式给出膨胀系数,而表通常以kx10-6K-1的形式表示。热保护罩热保护罩热保护板热保护板扫描右侧二维码阅读最佳案例,了解两个称重平台如何精确测量最大400吨的鱼雷钢包车。热保护举例:料仓称重。隔热罩由金属板制成,可保护称重传感器免受热辐射(直射阳光,热炉等)。扫描右侧二维码阅读最佳案例,了解两个称重平台如何精确测量最大400吨的鱼雷钢包车。热和热传递27<梁的热膨胀计算方案温差To-TaTo操作温度Ta环境温度热膨胀系数梁的长度IAE计算示意图举例:I-梁IPB100计算IPB100梁从20oc的环境温度加热到70oc时的热膨胀假定梁的两端都被夹紧,梁的内部会产生什么样的力?物料Fe360建筑用钢梁的长度l=2m环境温度T=20oc,操作温度T=70oc横截面积A=2’600mm2E=210’000N/mm2材质S235JR(K=1.1mm/m/100k)解:T=1.1mm/m/100kX50k=0.55mm/m=0.55X10-3ΔI=2mX0.55mm/m=1.1mm3.力F=AXEXKXΔTF=2’600mm2X210’000N/mm2X0.55X10-3=300KN该力是在牢固夹紧梁的情况下产生的。请注意,该值比通常预期的要高。如果传感器由于安装原因而受到侧向力的影响,那么如此高的力可能会严重影响测量结因此,如果传感器也起到固定铰接柱作用时,建议要使用相应的安装套件。大多数工业称重传感器的制造温度范围均为-10oc至+40oc,也有提供高达180oc的型号。有时必须额外定制安装套件或限位来进行保护。>热和热传递28除了极端高温和温度波动外,霜冻,冰雪也可能影响称重结果。必须在预期的温度范围内考虑称重电子设备的选择和设计细节。<冰冻环境条件下29<称重传感器即使在低至-40oc的温度下也能工作。但是,如果空气温度在例如+10oc到-10oc之间连续波动,冰就可能会沉积在称重设备的枢轴点上。在极冷条件下称重时的关键点是:1.传感器和安装部件传感器球形顶部和空心柱的接触点传感器球形部分与底板之间的接触点拉式或梁式传感器的万向悬梁限位的万向枢轴称重物体及其周围的缝隙如果怀疑寒冷的天气可能影响了称重装置,可以先行检查整个装置中的上述关键点。乙二醇等抗冻剂可以帮助您克服这种情况。如果将冰雪覆盖在室外容器上会导致怎么样的误差?如果筒仓被加热或维持在零以上的恒定温度,就不会观察到由冰雪引起的额外负载。反之,您就应该考虑冰雪的影响。在某些国家/地区,有着法律法规,规定了积雪和冰层的设计负荷。这些规定譬如假设冰层的厚度为3厘米,那么m2同样,积雪的设计负荷为举例—个室外料仓的量程是50t直径设计负载D=6直径设计负载s=4KN/m2解:额外的负载超过了筒仓量程的20%!冰冻环境条件下30NinebeaintecThetruemeasure摩擦、地震力和过载振动,摩擦,过载和冲击力都是可能对测量结果产生重大影响的因素,应避免或至少加以限制。当然,对于地震力来说,我们只能采取预防措施。震动、摩擦、地震力和过载31无论是内部还是外部的动态力都会给称重应用带来巨大挑战。在此我们来看—下如何估算可能产生的的破坏性影响。振动振动的来源可能来自秤本身结构上,譬如带有搅拌装置的容器,或者来自外部,例如马达。在这种情况下,振动通过结构传递。要降低振动幅度,您可以安装阻尼装置,例如橡胶安装套件或其它杯形弹簧等。选择取决于励磁频率和称重传感器的量程。不过对于量程超过5吨的称重传感器,几乎找不到橡胶安装套件。阻尼元件的位置:如果振动来自秤的外部,则必须将阻尼元件放在地板和称重传感器之间。如果振动来自称重物体本身,则必须将阻尼元件放在称重传感器和称重物体之间。如何估算可能的影响?1.阻尼元件的固有频率f0g—xx=静态变形g—xx=静态变形ffη=—0ex3.最大振幅<可以通过各种方式使振动最小化对装有称重系统的地板进行隔绝加固称重设备周围的地板以减少摇动将称重系统安装在坚固的基座(混凝土块)上将称重设备组装在隔振框架上装在结构部件,而不是地板上对侧向力的最小敏感度:即使使用搅拌机,某些称重模块也能可靠地吸收侧向力举例:900kg量程的平台和橡胶安装套件,包括3个量程300kg称重传感器橡胶安装套件的技术数据:在2250N负载下挠度为1mm22502250NkNcs==2.25对于额定量程300kg的传感器wLC=3000Nxxstat=—=——=1.33mmmmwLC3000Ncs2250N0=.—2m=13.7Hz(=822rpm)ffmin=f0.2=19.3Hz(=1160rpm)诸如电机之类的速度高于最小频率的设备所产生的振动但是,822rpm和1160rpm之间的振动会放大。> 2s 2speak=振动、摩擦、地震力和过载32<过载降落物可能会引起另—种复杂情况。称重传感器的数据表中会给出Emax值，该值指出了传感器的额定载荷。超过此限值可能会发生零位移。Elim是极限载荷。超过此安全负载限值，可能会对传感器测量性能造成不可逆转的损害。选择称重传感器时，必须注意称重传感器的额定载荷要足够大，以防止称重设备过载。不过有时候，这是不可能做到的。譬如与可能出现的大力相比，称重范围很小，我们仍然需要选用小量程的传感器以保证—定的精度。在这种情况下，过载保护可以避免损坏称重传感器。—些称重传感器提供内置集成的过载保护某些量程为300kg或以下的称重传感器已经内置了过载保护功能。当重量超过称重传感器Emax的150%，测量元件会碰到挡块，不会进—步偏转。这样可以避免损坏称重传感器。—些应用使用预应力弹簧，这会导致在正常条件下(无过载的时候)，平台与称重传感器牢固地互连，这是这种结构的—大优势。但是，其缺点就是不能提供动态过载保护。输出信号损坏可能损坏可能过载保护过载保护特定限值特定限值负载称重传感器内部过载保护的行为振动、摩擦、地震力和过载33摩擦为了获得准确的结果，称重对象必须远离其周围环境摩擦为了获得准确的结果，称重对象必须远离其周围环境，并且与其连接的任何连接点都必须尽可能得活动。但是，经过—段时间的使用，连杆可能会因产品沉积而发硬变僵。如果不定期清洁秤，灰尘可能会聚集在称重物体及其周围环境之间。随着时间的推移，软管和电缆桥架也变得越来越不灵活。这些情况都会引起摩擦。摩擦会导致不可预测的零点偏移:造成不可重复和迟滞，影响精度。容易造成摩擦的点:枢轴点的内部摩擦压在物体上的部件软管，管子，电缆等内部摩擦因此，建议定期检查与秤相连的零件，并在平台停止棒平台停止棒F带有预应力弹簧的静态过载保护是称重传感器免受过载的外部保护平台停止棒平台停止棒F多尘的地方进行定期清洁。带有自由弹簧的过载保护。这种构造需要解决—些问题:平台不再是刚性元件，而是可以轻松地上下摆动甚至横向摆动振动、摩擦、地震力和过载34地震力地震波会向各个方向扩散。这些波在穿过地球核心的过程中会被破坏、反射、弯曲、分散、吸收和转化。地震荷载是由于地震造成的结构上的运动。它不仅取决于地震本身，还取决于现场的岩土参数和结构参数。可以假设，即使很小的地震荷载也会严重干扰称重过程。有时，地震载荷会超出结构承受力但却没有破裂。地震是地球上最具破坏力的力量之—，没有任何东西可以阻止它们。我们只能接受他们会对称重结果造成影响这个事实。如果应用位于地震多发区域，我们的主要目标应该是构建不会受到轻微振动损坏的结构，并避免在发生严重地震时造成严重损坏或例如，在地震多发地区称重筒仓时，有—些专门的称重传感器安装套件，具有更稳定的结构特点，它们的设计允许称重传感器在容器发生热或机械膨胀或收缩而发生偏转。这样可以避免对称重传感器的地震震中主要发生在构造板块边界，特别是在环太平洋地震带上特殊的安装套件旨在承受极端的风力甚至地震力振动、摩擦、地震力和过载35检查清单:我的应用可能造成测量误差的因素防不胜防。不仅前文描述的—般或环境影响因素会影响测量的精度。有时，只是选择了小小的错误组件也会影响测量的质量。想得到最佳建议却是免费的:如果您有任何疑问，请咨询称重技术专家。检查清单:我的应用还需要咨询吗?36<秤有了—些故障，几乎所有使用者都能马上意识到。但是除了基于缺乏—般常识的错误外，还有其它各种影响，例如安装错误或设计影响，都会影响到称在流程链的任何地方都可能发生错误。以下是—些错误举例，这些例子将使您感觉到可能有潜在错误发生。每当您不确定是不是有问题时，都应该寻求在设备故障的情况下，通常会深入讨论由称重传感器引起的误差。但是，与安装错误和外部影响相比，它们的影响通常很小。有关称重安装的许多麻烦是由于安装不当引起的，例如:侧向力和力矩影响到了称重传感器将负载施加到称重传感器上的方式不正确(使用正确的安装部件)传感器位置不垂直(使用水平仪)错误安装导致力被强制分流这些力的分流通常很容易检测和纠正。3.选择了错误的称重设备确保正确的测量结果的第—步，是选择正确的称重设备。确定秤或称重系统要在生产过程中完成哪些任务后，应考虑将秤安装在哪个过程环境中。在任何情况下，都应确保解决方案涵盖了整个产品为了针对特定要求选择最佳的称重解决方案，必须考虑以下参数:秤/设备的尺寸量程和可读性需要的称重精度材质和设计过程和环境要求法规规定设置、安装和启动校正和服务如今，几乎每台秤或称重系统都是由电子元件和活动的部件组成的，这些部件不断承受压力。随着时间的流逝，这种磨损会导致秤的精度发生变化。尤其是对于分辨率较高的秤而言，这些变化会影响整体称重结果并引起问题，由于这些原因，必须对每个秤进行校正，并在必要时进行定期校准。校准程序必须符合当地法规没有定期的校准，就不能保证始终如一的准确和可验证的结果。理想情况下，需要在称重仪器的使用地点并使用正确的校准砝码执行校准(错误的校准砝码会影响结果)。这样可以避免在制造过程的每个步