Автоматическое взвешивание — обобщающий термин, охватывающий операции определения:
- значения массы (веса) тел; изменений массы во времени;
- отклонений значений массы от заданной величины;
- суммарного значения массы транспортируемых грузов, а также отвешивания заданных порций (доз).
Автоматическое взвешивание производится посредством автоматических весовых устройств, которые по степени автоматизации подразделяются на:
- весы с автоматическим уравновешиванием;
- весы с дистанционной передачей и регистрацией показаний;
- автоматические порционные весы;
- автоматические порционные дозаторы;
- автоматические весы непрерывного действия;
- автоматические весовые дозаторы непрерывного действия и автоматические сортировочные весы.
При выборе промышленных весов, стоящих или настольных, необходимо учитывать несколько важных аспектов: их вид, назначение (функция весов), материал конструкции, объем, размер, диапазон взвешивания, точность (погрешность измерения), условия использования.
У весов с автоматическим уравновешиванием автоматизирован только процесс определения (уравновешивания) нагрузки. Это достигается за счет отклонения маятниковых противовесов или деформации упругих измерительных элементов.
Весы с автоматическим уравновешиванием имеют предельные нагрузки в диапазоне 100 г — 1000 т (в зависимости от рычажной системы). Лабораторные весы с автоматическим уравновешиванием имеют более высокие классы точности.
Весы с дистанционной передачей и регистрацией показаний представляют собой весы с автоматическим уравновешиванием, у которых перемещение измерительных органов преобразуется в сигнал (чаще всего электрический).
Для преобразования показаний циферблатных и пружинных весов с большой (порядка миллиметров) деформацией упругого органа весов используются сельсины (недостаток — увеличение погрешности из-за обратного влияния на измерительную систему и погрешностей передачи), потенциометры (недостаток — увеличение погрешности из-за трения), импульсные считывающие устройства (фотоэлектрические, магнитные головки и др.), кодирующие устройства, а также следящие системы.
Для преобразования показаний пружинных весов с малой (десятые доли мм и менее) деформацией упругого органа применяются проволочные тензопреобразователи (электротензометрические весы) и используется прямой и обратный эффект магнитострикции.
Наиболее часто для измерения веса при автоматизации технологических процессов используются тензодатчики — преобразователи измеряемой деформации твердых тел в электрический сигнал. Распространены тензодатчики сопротивления (проволочные и фольговые), преобразующие деформацию в изменение электрического сопротивления.
Действие тензодатчика сопротивления основано на свойстве металлической проволоки (или фольги) под воздействием деформации (растяжения или сжатия) изменять свое электрическое сопротивление.
В качестве весов с дистанционной передачей и регистрацией показаний применяются также автоматические (электромагнитные) устройства с силовой компенсацией, состоящие из датчиков и системы обратной связи, компенсирующей изменение нагрузки на датчик. Ток (давление) в цепи обратной связи является аналогом веса действующего на датчик груза.
Автоматические порционные применяются для взвешивания равными порциями сыпучих и жидких материалов главным образом при суммарном учете или фасовке. В таких весах автоматизированы процессы подачи, взвешивания и выгрузки материалов.
Обычно эти весы представляют собой коромысло, к которому подвешены противовес с гирями и грузоприемный ковш. Материал подводится в ковш самотеком или посредством питателя. При достижении заданного веса материала в ковше коромысло отклоняется, подача материала прекращается и ковш разгружается.
Реже в качестве автоматических порционных весов используются весы с автоматическим уравновешиванием или с дистанционной передачей и регистрацией показаний, снабженные датчиками, срабатывающими при достижении заданного веса и отключающими дальнейшую подачу материала.
Автоматические порционные дозаторы применяются для составления смесей заданного состава и представляют собой обычные весы с автоматическим уравновешиванием или с дистанционной передачей и регистрацией показаний, снабженные системой автоматики, управляющей подачей материала. Предельная нагрузка порционных дозаторов от нескольких г до нескольких т. Класс точности 1б и ниже.
Автоматические весы непрерывного действия служат для определения суммарного количества сыпучих материалов, транспортируемых ленточными транспортерами (конвейерные весы) или самотеком (динамические весы).
Для взвешивания грузов на ленточных транспортерах участок ленты опирается на роликоопоры, смонтированные на весовой платформе или на датчиках (злектротензометрических, пневматических и др.).
Суммарное значение массы прошедшего через весы груза определяется интегрированием произведения сигнала, пропорционального мгновенному значению нагрузки, на сигнал, пропорциональный скорости ленты (например, напряжение тахогенератора).
Для суммарного определения массы грузов, транспортируемых по вертикали самотеком, используется принцип измерения реакции струи материала на наклонную пластинку или реакции электродвигателя, вращающего в горизонтальной плоскости крыльчатку (но типу центробежного вентилятора), установленную поперек струи материала. Для измерения реакции применяется метод силовой компенсации.
Автоматические весовые дозаторы непрерывного действия служат для автоматического регулирования потока материала с целью получения заданной производительности (или заданного соотношения производительности при одновременной работе нескольких дозаторов). Они представляют собой автоматические весы непрерывного действия, снабженные системой автоматической управления питателями, регулирующими расход материала.
Чаще всего применяются непрерывные дозаторы в виде короткого ленточного транспортера, опертого на весовую рычажную систему или на датчики (электротензометрические, пневматические), и управляющего вибропитателем. Применяются также дозаторы в виде резервуара (ковша), опирающегося на весовое устройство, регулирующее расход материала так, чтобы скорость уменьшения веса ковша соответствовала заданной.
Автоматические сортировочные весы служат для разбраковки изделий (упаковок) по весу. Для повышения точности и производительности обычно измеряют отклонения веса контролируемого изделия от эталонного. Величина отклонения измеряется электродинамической системой с силовой компенсацией. Для разбраковки легких (порядка нескольких г) изделий создают искусственное (центробежное) поле ускорений (центробежные сортировочные весы).
Пример использования приборов для автоматического взвешивания в схеме автоматизации конверторного цеха:
Схема современного шкафа автоматического дозатора воды с ПЛК:
