陈日兴　李之炯

(上海大和衡器有限公司， 上海 201201)

0　引言

料斗秤在工业生产配料、物流控制与成本核算中起着举足轻重的作用，它的日常检定与计重准确度将直接影响到生产稳定运行及产品的质量。根据国际法制计量组织OIML的各类衡器的国际建议中对于称量性能测试所使用砝码的要求，现分别描述如下：

OIML R76-2006《非自动衡器》3.7.3“检定用标准砝码的替代”中规定：“如果衡器的测试在使用地点，可以用其他固定载荷替代标准砝码，所提供的标准砝码至少为最大秤量的1/2；如果重复性误差不大于0.3e，标准砝码可以减少到最大秤量的1/3；如果重复性误差不大于0.2e，标准砝码可以减少到最大秤量的1/5。重复性误差是用量值约为替代物的载荷(砝码或任意其它载荷)在承载器上施加3次确定的” 。在偏载测试中规定如果受载均匀的料斗秤可以仅做1/10Max的偏载[1]。

OIML R107-2007《非连续累计自动衡器》中虽然没有规定静态测试，但对于控制衡器却规定了使用标准砝码的测试，以便确定其准确度是否符合1/3或1/5的规定[2]。但是在中国国家标准GB/T 28013—2011《非连续累计自动衡器》5.1.2.2、6.1.3、8.2中增加了按OIML R76要求的静态测试要求及方法[4]。

OIML R61-2005《重力式自动装料衡器》中在型式评价中需要确定静态的参考准确度等级，其中A.5.4“静态称重试验方法”中描述：“向承载器逐渐加载从零点至Max，再逆顺序卸载至零点。选择的试验载荷应包括接近Max和Min的值以及6.2.1 c)中规定的符合本附录要求的其它临界载荷值”[3]。在中国国家标准GB/T 27738—2011《重力式自动装料衡器》9.3.2中增加了出厂试验应进行静态测试的要求[5]。

料斗类衡器长期以来一直采用传统的砝码标定方式，每次标定往往还需要挂装不同的砝码，小吨位的料斗秤尚可人工挂装砝码，而对于规格大到数十吨、甚至上百吨的料斗秤挂装大规格的砝码则需要借助砝码提升机(如通过电动或电液推杆)来挂装。这种方法存在很大的缺点与不足：标定方式笨重、繁琐、占地大，需投入大量的人力、物力，标定时间长，往往无法满足现代生产工艺的要求。这就需要我们寻求一种更加切实可行的检定方法，以满足用户现场实际生产标定的需求。下面分别介绍两种已取得国家专利的料斗秤标定装置来探讨料斗秤无砝码标定方法的可行性。

1　方案一：料斗秤快速校验装置[6]

为了解决传统工艺中的缺点与不足，前几年国内某钢厂设计了一套用于冶金配料的料斗秤快速校验装置[6]。该装置(见图1)由校验基座K两侧连接的垂直拉杆F与压力承载器E构成刚性框架，校验基座K与压力承载器E之间自下而上依次安放被校验传感器A、被校验传感器定位上基座、标准传感器三叉式下基座B、千斤顶C、标准传感器D。系统还包括高压软管H、分配阀I、液压泵J及标定用称重仪表、接线盒等。

A.被校验传感器；B.三叉式下基座；C.千斤顶；D.标准传感器；E.压力承载器；F.垂直拉杆；G.电缆线；H.高压软管；I.分配阀；J.液压泵

上述料斗秤快速校验装置结构优点如下：

1)该方案液压泵作为系统受力来源，取代砝码的重力；2)方便拆卸安装，在完成一台料斗秤的检定后，拆卸分解可迅速安装到另外一台待测料斗秤，据说在十五分钟内就可以完成一台料斗秤的全部校验过程；3)同步受力的千斤顶同时对标准传感器和被校验传感器施加压力；4)三叉式传感器下基座受力稳定，并确保系统的稳定性与安全性；5)垂直拉杆作为垂直限位起到了横向受力稳定的保护作用；6)校验基座的预埋处理，使得系统具有了足够的拉力强度，确保系统加压时结构不会断裂；7)同步千斤顶行程的选择，充分考虑了传感器与校验结构的变形量，使结构更加牢固。

工作时千斤顶经高压油管、分配阀与液压泵连接，信号电缆连接传感器和显示仪表。但是这种装置具有如下不足之处：

a.该装置使用时，料斗秤传感器与标定用传感器的安装要求高(要求串联且同心)，如果安装不同心，互相会产生干扰，影响标定的准确性；

b.该装置使用时，标定装置可能需要多套标定用的传感器、千斤顶、液压泵及称重仪表，造成装置成本高，且由于标定用传感器及仪表的测量精度的些许差别可能影响总体称量准确度；

c.该装置使用时，标定装置不能卸下(由于料斗秤传感器与标定用传感器的安装要求高，而且必须串联且同心)，若要拆卸，将会破坏原安装状态；

d.该装置使用时，标定传感器为模拟传感器，其传输距离短、抗干扰能力弱，在标定过程中，由于现场的模拟传感器的毫伏级弱电流传输，无法克服电磁与强电干扰所带来的称量准确度的影响；

e.该装置使用时，采用千斤顶油压加载方式和结构，由于油压加载的压力波动，将影响计量的稳定性。

2　方案二：基于数字传感器的料斗秤标定装置[7]

由上海大和衡器有限公司申请的一种基于数字传感器的料斗秤标定装置[7]，主要解决上述现有模拟传感器的料斗秤标定装置所存在的缺陷。该种基于数字传感器的料斗秤标定装置(见图2)包括下端可与料斗秤架台1连接的框架5，该框架上设置缓冲器4，缓冲器下方设置有数字式称重传感器6，该数字式称重传感器通过传感器固定橡胶3定位，其下端通过连接件7连接千斤顶8上端，该千斤顶下端通过定位件9与料斗支架2连接。

1.架台；2.料斗支架；3.传感器固定橡胶；4.缓冲器；5.框架；6.称重传感器；7.连接件；8.千斤顶；9.千斤顶定位器

所述的框架5是标定装置的关键部件，受到较为复杂的拉、压应力的作用，其刚度及稳定性显得尤为重要，在设计时首先选择相对重量较轻的H钢(或槽钢，若选用槽钢，则采取两件槽钢相对焊接在一起的结构)，根据稳定性的要求，并在受力集中部分进行相应加强，然后根据H钢(槽钢)的抗弯截面系数、许用应力等力学技术参数，以满足强度与稳定性的使用要求。除了必须满足强度与刚度的要求外，同时还必须满足安全、轻便、准确的要求。

所述的缓冲器4采用了弹簧钢板叠加式缓冲器。弹簧钢板叠加式缓冲器一般是设计用于汽车的避震措施上，主要考虑如何消除汽车在高速运行中由于路面不平整而产生的震动。而本方案是在料斗秤中，考虑到在加载过程中由于冲击而使称重信号波动带来的不稳定，可能影响计量准确度。因此，我们认为并非采用一般料斗秤所常用的橡胶缓冲垫，而是将汽车的避震缓冲器用于衡器行业料斗秤的标定装置，应该是一种创新的举措。

本方案采用了一套独特的多通道控制仪表实时同步对多个不同位置加载结构的标定程序，其直接效果是既提高了标定装置的精度，又提高了标定效率。

如图3所示，本方案所述的数字式称重传感器通过接线盒连接到仪表箱的插座上。对于该标定装置电气方面的要求体现为：该仪表的显示数据就是该料斗秤的标准标定数据，仪表的选型直接关系到数据的精度，是个重要的环节，该标定系统的仪表应选择高精度数字式称量仪表，其称量准确度比料斗秤仪表至少要高三倍。由于本方案采用了多通道标定专用仪表，可同时显示最多六个标准传感器的单个重量值和所有标准传感器的累积重量值。

图3　三点支撑电子料斗秤标定装置电气接线图

标定用数字式称重传感器的选择，在满足量程的范围内，既要保证标定准确度，又要保障系统的受力平衡与系统的稳定性。在称重传感器的选择中，还要充分考虑到该系统装置的标定量程范围，并根据料斗秤量程的大小选择规格不同的传感器，以达到不同规格料斗秤的标定要求。料斗秤标定装置采用了数字式称重传感器。数字式传感器由于输出的是数字信号，因此克服了模拟式称重传感器的信号小、传输距离短、抗干扰能力差等缺点，该传感器具备了数字补偿智能化技术，具有优异的负荷复现性和长期稳定性。由于数字式称重传感器可以事先在标准测力机上完成数字标定，使现场可进行无砝码标定。

方案一和方案二比较如表1所示。

表1　方案一和方案二比较

续表

图4　三点支撑数字传感器料斗秤标定装置安装实例

现以三支点的料斗秤为例(见图4)，料斗周围a、b、c部位装有三只料斗秤所用的称重传感器，其中数字传感器料斗秤标定装置位于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个部位，分别装有三个标准数字称重传感器。且三个位置的标定用标准传感器通过接线盒接入一个标定用多通道仪表。

因为每个标定装置在出厂前都依照所需标定的料斗秤的称量值，通过测力机进行过单独标定，同时也记录了标定时标定用仪表显示的每个标定装置的重量值W1S、W2S、W3S。因此现场的工作量大为减少，只需一边对照标定仪表显示的单个标定装置的重量值，一边操作千斤顶对每个标定装置加力，直至每个标定装置上承受的力与在厂内测力机标定时记录的值W1S、W2S、W3S相同时，即可停止操作千斤顶。然后在标定仪表的累计窗显示三个标定装置的累加值∑S：

∑S=W1S+W2S+W3S

将∑S和料斗秤仪表同步显示的重量值∑W进行比较，得出料斗秤当前总重量的差值Δ：

Δ=∑W-∑S

然后通过对料斗秤仪表进行量程的标定或修改仪表量程值(依照差值Δ，对量程系数进行操作)，用以消除两者的误差。当两个仪表显示的重量值一致时，说明料斗秤在该载荷的标定完成。上述标定过程同时适用于每一级载荷的标定过程。整个过程简单方便，既省去了大量拆装标定装置以及单个位置分别标定的工作量，同时也减少了拆装标定装置所带来的安装误差和累加各位置重量值时的人为误差，提高料斗秤的计量准确度。

另外，因为生产厂厂内用标准测力机进行标定时，是整个对成套标定装置(千斤顶+缓冲装置+传感器)进行标定，并不是简单地对单个传感器进行标定，所以直接模拟了现场的标定坏境，使得现场标定装置功效更加接近标准砝码加载状况，并提高最终的标定准确度，确保料斗秤的称量准确度。

3　结论与建议

从上述传感器料斗秤标定装置的两个不同的方案介绍中，可以看出基于称重传感器的料斗秤标定装置，特别是基于数字式称重传感器的料斗秤标定装置，主要解决国际法制计量组织OIML R76《非自动衡器》、OIML R107《非连续自动衡器》、OIML R61《重力式自动装料衡器》中对于料斗秤的静态称量或控制衡器的标定需要砝码的困难，特别是对于大规格的料斗秤的现场计量标定。上述料斗秤标定装置具有结构简单、制造和使用成本低廉的优点，使用时缩短标定时间与周期，简化标定方式，节省大量的人力、物力，具有广泛的使用价值和推广前景。

当然要使上述基于称重传感器的料斗秤标定装置完全代替砝码是不现实的，特别是对于小于0.1%的相对百分误差的料斗秤。因为就算是数字式称重传感器而言，毕竟测力机中的标定数据在现场的复现与现场的环境还是有不同之处，即使标定装置设计得再完美，由于现场的使用环境和安装条件的不同给标准传感器的测量数据带来的影响也是不可忽视的。另外，从上述的分析中也可以看出料斗秤标定装置的设计好坏也会给标准传感器的测量数据带来影响。根据冶金行业的实际使用经验，上述基于称重传感器的料斗秤标定装置，用在大于0.1%的相对百分误差的料斗秤时，可以作为现场静态计量性能的砝码标定的替代；而对于小于0.1%的相对百分误差的料斗秤，上述方法作为标定比对或使用验证更具推广价值。该标定装置目前已经在国内一些大型冶金企业，诸如上海宝钢、山西太钢等大型配料料斗秤的现场静态标定上发挥了积极有效的作用。

建议国际法制计量组织OIML R76《非自动衡器》、OIML R107《非连续累计自动衡器》、OIML R61《重力式自动装料衡器》与相应的国家标准中增加对于大型料斗秤的现场计量性能测试或使用中检验的测试方法，可以采用基于数字式称重传感器的料斗秤标定装置进行“标定比对或使用验证”的内容。

[1]国际法制计量组织国际建议OIML R76-2006非自动衡器

[2]国际法制计量组织国际建议OIML R107-2007非连续自动衡器

[3]国际法制计量组织国际建议OIML R61-2004重力式自动装料衡器

[4]中国国家标准GB/T 28013—2011非连续累计自动衡器

[5]中国国家标准GB/T 27738—2011重力式自动装料衡器

[6]莱芜钢铁集团有限公司.料斗秤快速校验装置.中国实用新型专利，CN2861988Y.2007-01-24

[7]上海大和衡器有限公司.一种基于数字传感器的料斗秤标定装置.中国发明专利，CN101598593A.2012-03-21