CN110146146A - 一种新型料重测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种新型料重测量装置及方法，通过测量传感器的形变量和温度，然后根据温度对形变量的影响，计算标准形变量，从而计算仓内物料重量。本发明根据实验室及现场采集数据制成形变量温度影响计算方法，从而消除温度影响，提高测量精度。本发明的测量不受外界温度影响，不受仓内粉尘、物料密度、物料介电常数影响，测量精度高，其测量精度可以控制在2％以内；安装维护简便，无须登高作业，不改变料仓原有结构，安装过程中不需要停产。

Description

一种新型料重测量装置及方法

技术领域

本发明涉及料重测量技术领域，更具体的说是涉及一种新型料重测量装置及方法。

背景技术

在混凝土生产过程中，水泥、粉煤灰、矿粉等粉料仓准确计量是保证正常生产，及时补料的重要条件。

料仓内物料测量的常用方法有：常规称重方法，雷达、超声波料位计，电容式料位计，重锤式料位计等。但受测量原理、安装维护等条件的制约，应用都不理想。常规称重方法安装复杂，需要截腿等大规模改造，料仓有倾覆风险；雷达、超声波等测料仓内某个点的高度，易受挂壁、架桥、粉尘等影响，测量不准确，且安装需要登高作业，安全性得不到保障；电容式料位计，易受物料介电常数影响，长期稳定性差；重锤式料位计容易出现乱线、埋锤等问题。

贴片式料位测量装置克服了以上几种常用方法的不足，是一种较为精确且安装方便的分料仓重量测量装置。该技术利用料仓料位变化，引起支撑结构产生微小形变，来测量料仓料位。然而，由于光照和气温变化等原因，会引起料仓支撑柱的热胀冷缩，导致贴片的形变，从而产生测量误差。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的在于提供一种新型料重测量装置及方法，能够有效的消除由温度变化导致的测量误差。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种新型料重测量装置，包括物料仓、测量仪表、贴片式传感器和安装组件，所述物料仓底部设有多个支撑柱，测量仪表安装在物料仓上，贴片式传感器通过安装组件固定安装在每个支撑柱上；所述贴片式传感器包括弹性体、应变传感组件和温度测量组件，应变传感组件和温度测量组件安装在弹性体内，弹性体通过安装组件固定安装在每个支撑柱上，所述应变传感器组件用于测量支撑柱的形变量，温度测量组件用于测量支撑柱的温度，应变传感组件和温度测量组件共同通过一根多芯屏蔽线向测量仪表发送形变量和温度数据，测量仪表通过内置的料重测量方法，根据形变温度影响，计算标准形变量，从而计算仓内物料重量。

进一步，所述支撑柱为空心钢管、工字钢、槽钢，支撑柱的材质为Q235碳钢或其它金属材料。

另外，在上述新型料重测量装置的基础上，本发明还提供了一种新型料重测量方法，包括如下步骤：

步骤1：通过物料仓的材质和机械尺寸，计算出每吨重量的应变量；

步骤2：根据支撑柱和弹性体的材质在不同温度范围下的线膨胀系数和杨氏模量，得出温度形变影响公式；

步骤3：测得标准空料仓应变值A0_t和温度t0，物料仓内打入已知重量为W0的物料后，测得应变值A1_t和温度t，计算得出每吨标准应变值A_t；

步骤4：通过每吨标准应变值A_t，得出温度t，应变值A_t下物料仓内物料的实际重量W_t的计算公式。

进一步，所述步骤1具体包括：

设料仓的容量为Q(t)，支撑柱为空心钢管，共m个，直径为d(mm)，壁厚为f(mm)，材质为Q235碳钢(弹性模量为λ＝2.12×10⁵(Mpa))；设每个支撑柱管壁的截面积为S，则有S＝π*((d/2)²-(d/2-f)²)mm²；则m个支撑柱管壁的压强P为：

P＝Q*1000/(m*S)MPa

料仓满载的支撑柱应变B为：

B＝P×10⁶/λum/m

则每吨的应变为b:

b＝B/Q um/m。

进一步，所述步骤2具体包括：因为贴片传感器弹性体和料仓支撑柱本身的膨胀系数和弹性模量受温度影响都不是线性的，根据支撑柱和弹性体的材质在不同温度范围下的线膨胀系数和杨氏模量得出温度形变影响公式：

B(t)＝8×10-8×(t+30)3-3×10-6(t+30)2+0.0003(t+30)+0.2381

其中B(t)为温度影响的应变值，t为温度，取值范围为(-30℃～69℃)。

进一步，所述步骤3具体包括：先测得标准空料仓应变值A0_t和温度t0，物料仓内打入已知重量为W0的物料后，测得应变值A1_t和温度t，取t0为基准温度，B(t)(t＝0～99)为-30℃～69℃对应的补偿值，则可得每吨标准应变值A_t为：

进一步，所述步骤4具体包括：温度t，应变值A_t下料仓内物料的实际重量W_t的计算公式如下：

进一步，所述步骤2之前还包括：计算弹性体材质和支撑柱的线膨胀系数差，得出温度每变化1℃影响的应变量。

对比现有技术，本发明有益效果在于：本发明提出的一种新型料重测量装置及方法，通过测量传感器的形变量和温度，然后根据形变温度影响，计算标准形变量，从而计算仓内物料重量。由于料仓支撑柱受重量影响产生的形变极小，支撑柱热胀冷缩产生的形变量以及弹性模量受温度的影响造成的形变偏差，相对于仓内物料重量对形变的影响不可忽略，从而导致很大的误差。本发明根据实验室及现场采集数据制成形变温度影响计算方法，从而消除温度影响，提高测量精度。本发明的测量不受外界温度影响，不受仓内粉尘、物料密度、物料介电常数影响，测量精度高，其测量精度可以控制在2％以内；安装维护简便，无须登高作业，不改变料仓原有结构，安装过程中不需要停产。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是附图1中A处的局部放大图。

附图3是贴片式传感器内部结构图。

附图4是本发明的方法流程图。

图中，1为物料仓，2为测量仪表，3为贴片式传感器，4为支撑柱，5为弹性体，6为安装组件，应变传感组件(7)，温度测量组件(8)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做出说明。

如图1所示的一种新型料重测量装置，包括物料仓1、测量仪表2、贴片式传感器3和安装组件6，所述物料仓1底部设有多个支撑柱4，测量仪表2安装在物料仓1上，贴片式传感器3通过安装组件6固定安装在每个支撑柱4上；所述贴片式传感器3包括弹性体5、应变传感组件和温度测量组件，应变传感组件和温度测量组件安装在弹性体5内，弹性体5通过安装组件6固定安装在每个支撑柱4上，所述应变传感器组件用于测量支撑柱4的形变量，温度测量组件8用于测量支撑柱4的温度，应变传感组件6和温度测量组件8共同通过一根多芯屏蔽线向测量仪表2发送形变量和温度数据，测量仪表2通过内置的料重测量方法，根据形变温度影响，计算标准形变量，从而计算仓内物料重量。其中，所述支撑柱为空心钢管、工字钢、槽钢，支撑柱的材质为Q235碳钢或其它金属材料。

如图2所示，在上述新型料重测量装置的基础上，本发明还提供了一种新型料重测量方法，包括如下步骤：

步骤1：通过物料仓的材质和机械尺寸，计算出每吨重量的应变量。

设料仓的容量为Q(t)，支撑柱为空心钢管，共m个，直径为d(mm)，壁厚为f(mm)，材质为Q235碳钢(弹性模量为λ＝2.12×10⁵(Mpa))；

设每个支撑柱管壁的截面积为S，则有S＝π*((d/2)²-(d/2-f)²)mm²；则m个支撑柱管壁的压强P为：

P＝Q*1000/(m*S)MPa

料仓满载的支撑柱应变B为：

B＝P×10⁶/λum/m

则每吨的应变为b:

b＝B/Q um/m。

传感器本身应用温度补偿技术，其本身在温度变化时，信号的变化可以忽略不计。

若传感器本身材质的线膨胀系数为γ(如2Cr13，γs＝10.5×10-6/℃(20～100℃))，料仓的线膨胀系数为(如碳钢，γc＝10.6×10-6/℃～12.2×10-6/℃(20～100℃)，可取中位值γc＝11.2×10-6/℃(20～100℃)，则传感器和料仓支撑柱的线膨胀系数差为:

γd＝γc-γs

即由温度每变化1℃影响的应变为γd(um/m)。料仓越大，其支撑柱直径越大，料仓每吨应变减小，由贴片传感器弹性体和料仓支撑柱材质热胀冷缩不同引起的误差将更大。

步骤2：根据支撑柱和弹性体的材质在不同温度范围下的线膨胀系数和杨氏模量，得出温度形变影响公式。

因为膨胀系数本身也会受温度影响，不可以按常数计算(如下表)，步骤1中对传感器和料仓支撑柱的线膨胀系数差计算只是进行一个数量的分析。

表1 材料2Cr13不同温度范围的线膨胀系数

查《钢铁材料手册》(上)干勇等主编化学工业出版社2009年6月，第247页，得知Q235本身弹性模量受到温度的影响，亦即受到同样重量影响，产生的应变也有变化，在中国北方需考虑水泥仓的应用环境为-20℃～50℃，由下表Q235的弹性模量从25℃到100℃变化1.4％，推知环境温度-20℃～70℃弹性模量的变化不可忽略。

温度(摄氏度)	杨氏模量(GPa)
		25	212
100	209
		200	201
300	193
		400	184

表2 材料Q235不同温度范围下的杨氏模量

贴片传感器弹性体和料仓支撑柱本身的膨胀系数和弹性模量受温度影响都不是线性的，经大量试验得出温度形变影响公式：

B(t)＝8×10^-8×(t+30)³-3×10^-6(t+30)²+0.0003(t+30)+0.2381

其中B(t)为温度影响的应变值，t为温度，取值范围为(-30℃～69℃)。

步骤3：测得标准空料仓应变值A0_t和温度t0，物料仓内打入已知重量为W0的物料后，测得应变值A1_t和温度t，计算得出每吨标准应变值A_t。

贴片传感器采集物料仓应变和温度信号后通过温度形变影响公式，得到仅受重量影响的应变数据，从而计算仓内物料重量，具体方法如下：

先测得标准空料仓应变值A0_t和温度t0，料仓内打入已知重量为W0的物料后，测得应变值A1_t和温度t，取t0为基准温度，B(t)(t＝0～99)为-30℃～69℃对应的补偿值，则可得每吨标准应变值A_t为：

步骤4：通过每吨标准应变值A_t，得出温度t、应变值A_t下物料仓内物料的实际重量W_t的计算公式。

温度t，应变值A_t下料仓内物料的实际重量W_t的计算公式如下：

本实施例提供了一种新型料重测量装置及方法利用物料仓料位变化，引起支撑结构产生微小形变，来测量料仓料位。然而，由于光照和气温变化等原因，会引起料仓支撑柱的热胀冷缩，导致贴片的形变，从而产生测量误差。因此，本发明创新性地提出了一种料重测量方法，利用温度补偿的方式，以消除由温度变化导致的测量误差。

结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

Claims (8)

1.一种新型料重测量装置，其特征在于：包括物料仓(1)、测量仪表(2)、贴片式传感器(3)和安装组件(6)，所述物料仓(1)底部设有多个支撑柱(4)，测量仪表(2)安装在物料仓(1)上，贴片式传感器(3)通过安装组件(6)固定安装在每个支撑柱(4)上；

所述贴片式传感器(3)包括弹性体(5)、应变传感组件(7)和温度测量组件(8)，应变传感组件(7)和温度测量组件(8)安装在弹性体(5)内，弹性体(5)通过安装组件(6)固定安装在每个支撑柱(4)上，所述应变传感组件用于测量支撑柱(4)的形变量，温度测量组件(8)用于测量支撑柱(4)的温度，应变传感组件(7)和温度测量组件(8)共同通过一根多芯屏蔽线向测量仪表(2)发送形变量和温度数据，测量仪表(2)通过内置的料重测量方法，根据形变温度影响，计算标准形变量，从而计算仓内物料重量。

2.根据权利要求1所述的新型料重测量装置，其特征在于：所述支撑柱(4)为空心钢管、工字钢、槽钢，支撑柱(4)的材质为Q235碳钢或其它金属材料。

3.一种新型料重测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：通过物料仓的材质和机械尺寸，计算出每吨重量的应变量；

步骤2：根据支撑柱和弹性体的材质在不同温度范围下的线膨胀系数和杨氏模量，得出温度形变影响公式；

步骤3：测得标准空料仓应变值A0_t和温度t0，物料仓内打入已知重量为W0的物料后，测得应变值A1_t和温度t，计算得出每吨标准应变值A_t；

步骤4：通过每吨标准应变值A_t，得出温度t、应变值A_t下物料仓内物料的实际重量W_t的计算公式。

4.根据权利要求3所述的新型料重测量方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：

设料仓的容量为Q(t)，支撑柱为空心钢管，共m个，直径为d(mm)，壁厚为f(mm)，材质为Q235碳钢(弹性模量为λ＝2.12×10⁵(Mpa))；

设每个支撑柱管壁的截面积为S，则有S＝π*((d/2)²-(d/2-f)²)mm²；

则m个支撑柱管壁的压强P为：

P＝Q*1000/(m*S)MPa

料仓满载的支撑柱应变B为：

B＝P×10⁶/λum/m

则每吨的应变为b：

b＝B/Q um/m。

5.根据权利要求4所述的新型料重测量方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：

因为贴片传感器弹性体和料仓支撑柱本身的膨胀系数和弹性模量受温度影响都不是线性的，根据支撑柱和弹性体的材质在不同温度范围下的线膨胀系数和杨氏模量得出温度形变影响公式：

B(t)＝8×10^-8×(t+30)³-3×10^-6(t+30)²+0.0003(t+30)+0.2381

其中B(t)为温度影响的应变值，t为温度，取值范围为(-30℃～69℃)。

6.根据权利要求5所述的新型料重测量方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：

先测得标准空料仓应变值A0_t和温度t0，物料仓内打入已知重量为W0的物料后，测得应变值A1_t和温度t，取t0为基准温度，B(t)(t＝0～99)为-30℃～69℃对应的补偿值，则可得每吨标准应变值A_t为：

7.根据权利要求6所述的新型料重测量方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：

温度t，应变值A_t下料仓内物料的实际重量W_t的计算公式如下：

8.根据权利要求3所述的新型料重测量方法，其特征在于，所述步骤2之前还包括：计算弹性体材质和支撑柱的线膨胀系数差，得出温度每变化1℃影响的应变量。