料斗秤的校验

摘要：对冶金、水泥等行业几种料斗秤校验方法的优缺点进行分析，从人力、物力成本以及实用性方面做比较，供使用者选择恰当的方式及校验设备。尤其是机械法中采用的新型便携式校验仪，对传统机械法中的给力机构做出改进，并集高精度传感器、计算器、显示仪功能于一身；体积小，携带方便，不仅校验准确、直观、抗干扰能力强，还能够节省人力成本，具有较强的推广价值。

关键词：料斗秤；校验；人力成本；实用性；便携式校验仪；

中图分类号：F234文献标识码： A

一、前言

在高炉炼铁、喷煤、烧结、水泥等各种生产线上，需要进行各种物料的配料以满足工艺生产的要求。通常作法是，每种物料设置料斗秤（压式或拉式的）进行称重配比控制；为了精确控制，各料斗秤的精度及线性度很重要；由于现场环境比较恶劣，存在各种干扰，导致检测数据不准或不稳，需要对各在线称重仪表（即称重传感器）进行在线校验，以满足生产要求。

二、使用条件

以高炉炼铁为例。一般配备18个称量料斗仓，分一排或两排布置；称量范围为3000kg～8000kg，一次校验一个料斗仓，每个料仓3个称重传感器，且为满量程校验，即检验传感器的精度，也校验其线性度；存放校验仪的仓库或实验室离现场传感器平均距离1000m；校验时每次带设备去现场，离开现场即带回存放地；人工费每人每天200元，每天8h工作制，跨天不考虑加班费；一年校验两次。

三、校验方法

目前国内应用的方法较多，常用的主要有：砝码法、液压法、千斤顶法、机械法、液压在线法；针对在生产实际的应用，各做简要介绍；为决策者提供借鉴，以选择一种性价比较高的方法。

■砝码法

原理：用一块或多块砝码模拟物料，给传感器施加一个标准压力进行校验；

设备配置：8000kg的砝码（高炉料秤一般采取满量程校验的方式），每块砝码一般为25kg，需320块。

每人每次搬运2块，相当于负重50kg，搬运160人次；运行1km，时速按3km/h计算。一人搬运约需53.3h（1/3×160=53.3），按10人双向计算，约需10.67h（该时间包含从一个称量斗到另一个称量斗的搬运时间）。针对每个料斗均需搬上搬下（增量校验和减量校验），每个称量斗约需0.5h，18个需要9h，则整体校验一遍约需20h（砝码搬运，不管几天，仅按来回搬运一次，夜间存放于现场），则需2.5天；仅计算人工费用，200×2.5×10=5000元，一年10000元。

优点：准确；

缺点：搬运工作量大，可能需要外聘人员，现场设备多、人多，则需要指挥协调。

■液压法

设备配置：液压泵、液压管路、溢流阀、校验仪（含高精度传感器），3套；每套2人则需6人；现场支架，每个现场称重传感器上方设一个。

现场支架如图1所示。用10#槽钢Q235制作，安装于每个现场传感器的正上方。其尺寸约为高300mm、宽250mm，10#槽钢的理论重量为10kg/m，3700元/吨，则材料费为300+300+250=850mm，850×3×18=45900mm=45.9 m，3700×10×45.9/1000=1698.3元；现场焊接一个按5min计算，则需5×3×18/60=4.5h，人工费为200×4.5/8=112.5元，合计约1698.3+112.5=1810.8元，即大约2000元。属于一次性投资，将其纳入设备费用中。

图1 现场支架

其工作原理如图2所示。液压设备给传感器施加一个标准压力F3模拟物料重力，进行校验。液压泵的输出力F1为定值，F2为卸掉的力，F3直接作用于支架上，反作用于现场传感器上，即是被检测的力，始终满足F1=F2+F3。在校验过程中，需要调整F2，以满足F3；如果溢流阀密封不严，则需多次调整。校验仪为单显。

图2 原理图

按往返校验一遍15个点计算，需调整溢流阀16次，每次调整按2min计算；需要2×16/60=0.53h。

每个料仓均需布液压管路，按8min计算；需要8/60=0.13h。

F3作用于现场支架，支架在受力过程中产生应变，为真实反映F3，则在调整后停留1min～2min，再计其显示的力值；按1.5min计算；需要1.5×16/60=0.4h。

由于该仪器为单显，则每次校验后需进行计算，再与操作室的一人联系、记录数据，按1min计算；需要1×16/60=0.27h。则调试一个料斗秤需要0.53+0.13+0.4+0.27=1.33h。

搬运时间：1/3×2=0.67h。

理论总时间：1.33×18+0.67=24.61h，大于一天。由于仪器不能放现场，则需每天搬运。1.33T+0.67=8，T=5.5天，即校验一遍至少需要5天半。仅计算人工费用，200×5.5×6=6600元，一年13200元。

优点：搬运工作量较小、用人较少、校验相对准确；

缺点：每次要敷液压管路，受溢流阀的密封性的影响，压力F3不宜保持住，特别是在泄压时F3更不稳，对检测精度影响，F3变化反复冲击高精度传感器，对其稳定度也不好；需要人工计算总力，费用较高。

另外还存在以下几种可能增大校验误差的状态：1、料仓内有料（如100kg）；2、由于现场设备多、场地狭小，为操作方便，人可能要站在料仓上，人的重量（如100kg）不精确；3、操作室内仪表有显示（如200kg），而现场校验仪为0，二者无法保持同“零点”状态，存在误差。即仪器缺少调零点和计算功能。

■千斤顶法

原理：用千斤顶施加压力给传感器，用压力校验仪检测施加压力的大小，模拟物料重力进行校验。

设备配置：千斤顶、校验仪（含高精度传感器）、现场支架、二次仪表，3套；每套1人，计算记录1人，操作室1人共需5人。

现场支架安装于料仓上方，类似于图1，为倒“L”型支架，但它将标准传感器压在料仓上方。其缺陷是料仓上方须加装强力板，否则无法满量程校验；不加时可能被压塌；现场空间也有限制。

现场安装示意如图3所示。其原理为通过手摇千斤顶1施加力F，通过压力校验仪2测量F大小，作用于料仓3上方，传导给现场传感器4。每台仪器单独显示其所给的力值F（重力），共3套则需3人，若手松动则力消失，则需单独一人记录数据并计算再与操作室人员联系，双方记录后，再进行下一个力值的校验。

图3

优点：用人较少，设备轻便、简洁、携带方便，特别适用于单点的校验。

缺点：由于其力直接作用于料仓上部，没有借助其他物体保持力，则松动手摇力则力消失，因此仅能单向（上升增力）校验，无法反向（下降减力）校验，也无法检验回差，存在缺陷；如同液压法一样，在某些状态下，校验仪与操作室的二者显示可能无法保持同“零点”状态。

搬运时间：1/3×2=0.67 h。

按增量校验一遍7个点计算，给力一次需要记录数据、计算再与操作室的一人联系、记录，每次调整按3min计算；需要3×6/60=0.3h。校验时间为0.3×18=5.4h，共需5.4+0.67=6.07 h，一天即“校验”完毕。

费用为200×5=1000元，一年2000元。

■机械法

原理：采用了一种新型的便携式校验仪进行校验，该校验仪将高精度传感器、计算器、显示仪与给力机构进行了一体化设计，具有携带方便，校验直观、简单的特点。

设备配置：调节底座、便携式校验仪（集高精度传感器、计算器、显示仪、给力机构一体化的仪器）、现场支架，3套；每套1人（或一人提两套），操作室1人，最多需3～4人。

现场支架同液压法，如图1所示；校验仪现场安装示意如图4所示。其原理为通过给力旋钮手摇给力带动其内部的机械机构旋转，将力传导给校验仪内部的高精度传感器，直接作用于现场支架，反作用于料仓，再传导给现场传感器；现场校验仪和操作室同时显示所给的力值（重力）。调节底座是为防止支架过高，又无其他支撑物而准备的，也起固定校验仪的作用。

图4 校验仪现场安装图

该仪器具有RS-485通讯接口，3台仪器通讯连接，每一台均可显示3台仪器的给力总和（总力）。

仪器同时具备调节按钮，如调零按钮；如果现场料仓非清空状态，如500kg，可将任意一台的“零点”调成500kg；也可调3台仪器的零点，使“零点”的和为500kg即可；同时每台仪器的总力显示窗口显示0.5t，与操作室的“零点”500kg相同。如果因场地狭小人在料仓上，也可同理调整其零点。也特别适用于生产过程中的随意校验，如生产中，觉得某仓称量不准，又不是检修期，则在不生产间隙，携带该表即可去现场校验。

在校验过程中，由于有总力窗口，则无需计算人员，仅报数与操作室人员即可；也可现场一个人操作给力、报数。

支架在受力过程中产生应变，为真实反映所给力值，则在给力后停留1min～2min，再计其显示的力值； 按1.5min计算；按往返校验一遍15个点计算，需要1.5×16/60=0.4h，0.4×18=7.2 h；搬运时间为1/3×2=0.67 h。则共需0.67+7.2=7.87 h，一天即可。

仅计算人工费用，200×1×4（3）=800（600）元，一年需1200～1600元。

优点：需要人力较少，搬运、调试时间短，校验相对准确；

缺点：该套仪器设备费用较高。

同时还可校验地磅、台秤，其支架用倒“L”型的，还可用于各种标定站的校验。

■液压在线法

设备配置：液压系统1套、高精度传感器54个（18套），现场至少1人，操作室1人，则最少需2人。

现场安装示意如图5所示。原理是在每个料仓的称重传感器1旁边附设一个高精度传感器2，其下部作一支撑物，再设一套液压缸3。工作时料仓压在称重传感器上，显示一数值A，校验时开启液压系统（由控制系统控制，如PLC），将料仓顶起，脱离称重传感器，将压在高精度传感器上，显示数值B（事先去掉皮重）；进行A、B值比对校验。特别适合于单点、点对点的校验。

图5

由于称重传感器与高精度传感器在校验时不能同时受力，则该方法属于单点校验，在同一时间无法进行全量程校验。如果要进行全量程校验，则需多次加料，如最少7点加料，时间就很长了；振动加料、停机、称重，启动液压系统校验；开闸放料、停机、称重，启动液压系统校验；每次至少需3min，且开机、停机频繁动作，浪费电力；增量、减量校验的理论值（A）不好对应找准，皮重也存在变化的可能，留下存在误差的可能性。由PLC系统控制，18套可一次性完成，需要时间3×16/60=0.8h，忽略不计。

一次性投资也大，有54（18×3）个称重传感器，就需54个高精度传感器、54个液压缸、一套液压管路系统，PLC控制系统单设一套控制程序，至少增加54个AI、3个DI/DO，也增加土建工程量。如果应用，适合于新建工程；对于原有系统改造，工程量就太大了。其投资规模最少100万（如张家港某钢铁公司投资120万左右，现场无法应用与生产实际），并且该方法仅仅能服务于该系统，不能移动服务于其他系统，性价比也低。

高精度传感器位于现场，也需要维护校验，校验时就需派人到现场拆卸，拆卸、安装最少各需8min（包含液压系统的泄压、冲压、接线），为安全也可能需要停产。时间8×54/60=7.2h，即拆需一天、安装需一天，就耽误两天生产；仅计算人工费用，200×2×2=800元，一年两次需1600元。

四、结束语

由于现场料斗秤属于工艺控制秤，不需要特别标定（其标定在企业的实验室用砝码、压力机标定即可），可通过控制的要求，选择不同高精度传感器的精度级别来实现。

现在各工厂的机械化、自动化程度越来越高，人力成本越来越高。在生产实际中尽量减少人力成本的支出，节能降耗始终是企业的一项基本原则。我们通过对莱芜、武汉、鞍山、天津等地的钢铁企业进行调研，发现在料斗秤校验方面，各企业采用的方法不同，耗费的人力、物力、财力也不同。对各现场仪表（本文针对秤）的校验，没有纳入决策者的视线，因此书写此文以作比较，供选择。