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            電子皮帶秤動態誤差分析

            發布時間:2016-07-02 23:40:30
              本文介紹了電子皮帶秤的工作原理,并針對引起電子皮帶秤動態計量誤差的原因從稱重力誤差、皮帶測速誤差、數據檢測和信號處理誤差、校準誤差、環境影響誤差等方面進行深入剖析,并提出了減小誤差的方法。 
              1. 電子皮帶秤的系統構成及工作原理 
              當皮帶輸送物料時,稱量段上的物料重量通過皮帶稱計量托輥秤臺作用于稱重傳感器,稱重傳感器將重量信號,送入運算器,經過放大濾波A/D轉換等變換成數字信號,測速傳感器把皮帶運行的速度信號轉換成脈沖信號,送入運算器運算器將兩個信號進行乘積運算,從而得出物料的重量累計值及瞬時量。同時比較器將實時流量Qn與設定流量作比較得出誤差E=Qp–Qn,經PID運算后輸出一個增量控制信號到變頻器改變電機轉速,達到定量給料目的。 
              2. 電子皮帶秤的誤差來源分析 
              由電子皮帶秤的組成結構、稱重原理和秤架受力情況的分析可知,其計量準確度是由稱重傳感器與測速傳感器所檢測到的為長度上的物料的重量以及皮帶運行速度決定的。在實際稱量過程中,由于計量托輥的非準直度、皮帶張力及皮帶運行阻力等被稱為“皮帶效應”的因素影響,使皮帶秤具有由其組成、結構、工作方式決定的稱重誤差;由于傳感器本身精度、通道設置及工作方法的影響,是皮帶秤具有主要測量控制系統硬件配置、軟件設置及工作模式決定的數據檢測和處理誤差;由于校準方法與實際工作狀況的差別影響,使皮帶秤具有校準方式決定的校準誤差;由于電磁干擾、振動、溫度和濕度變化等因素影響,使皮帶秤具有皮帶秤整體和環境條件共同決定的環境誤差。 
              2.1稱重力誤差δ1 
              稱重誤差是皮帶秤的主要誤差源。曾今有學者利用有限元法和應用梁理論,通過建立皮帶秤稱重力測量模型對稱重誤差進行數學分析,但是未見到有關成果的報道。在理想情況下,通過對單托輥皮帶秤稱重力測量模型的簡化,作用于稱重傳感器上的力 P,減去皮帶自重 P0,就是物料的重力作用力: 
             ?。?) 
              式中:g 為重力加速度;q(x)為質量分布函數;W (x)為稱重權函數,是取值在0-1之間的數值函數。 
              設q為平均線載荷(單位為 kg/m)。則 
             ?。?) 
              即 (3) 
              在非理想情況運行狀況下,由于稱重物料的波動,計算皮帶所輸送的物料重量應將皮帶張力變化等“皮帶效應“考慮進去,美國Thayer衡器公司的F·yer博士,使用應變能法導出以下公式: 
             ?。?) 
              式中: 
              n 為稱重托輥數;?茲為皮帶輸送機的傾角(度);T 為皮帶的張力(牛頓或 N); 
              D 為托輥的不準直度(米或 m);E 為皮帶的彈性模量(牛頓/平方米或 N /m2);I 為皮帶斷面的面積慣性矩(m4);l 為托輥的實際間距(米或 m)。 
              從式(4)可知,式中第一項就是物料的重量值,式中第 2 項和第 3 項之和就是重量誤差: 
             ?。?) 
              式中 相當于皮帶剛度系數。當將皮帶看成柔索時,可認為此值等于1。即式(5)簡化為: 
             ?。?) 
              引入皮帶張力、計量托輥的非準直度變量,將T=T0+?駐T和D=D0+?駐D代入式(6),省略二階小量后得: 
             ?。?) 
              由上式知稱重誤差有三項誤差組成。結合皮帶秤的結構、稱重原理和秤架的受力情況,相對誤差分析如下: 
              1.第一項誤差 為常量,屬于系統恒定誤差(張力、托輥的靜非準直度基托輥間距),可通過校準予以消除。 
              2. ?駐D是秤臺系統各部分的撓度造成的稱重托輥垂直下沉量。其中迭加有稱重托輥的徑向跳動和系統秤架機械構件的變形因素。它具有隨機變化的不確定性,但總是與皮帶秤的瞬時載荷成正比。因此,?駐D是一種復雜規律的系統變差。即通過校準不能消除。 
              3.第三項誤差是由皮帶張力的變量及環境因素有關,有較大的隨機性,可歸類于系統性隨時機誤差。 
              第二項和第三項的系統變差可由(7)推導出下式 
             ?。?) 
              2.2 皮帶測速誤差δ2 。 
              這里分析的是廣泛使用的測輪接觸式測速的誤差。若干影響因素均有差不多大的影響,均不可忽視?,F分析如下: 
             ?。?)測力與測速地點不一致引起的測速誤差 
              皮帶秤上行皮帶和下行皮帶的張力是有差別的,因而各處皮帶的伸長也不一樣。皮帶上A、B兩點的速度之差等于其應變之差。 
              由材料力學的公式知: 
             ?。?) 
              式中:A為皮帶的橫截面積?著 為應變E 為皮帶的彈性模量 T 為皮帶的張力δv1一般在0.1%左右 
             ?。?)測輪與皮帶不垂直引起的誤差 
              使測輪皮帶發生轉動的是皮帶與測輪成90度方向的力,所以測輪測得的速度只是皮帶速度的垂直(于測輪的)分量, 因而發生相對速度誤差: 
             ?。?0) 
              式中:?茲為偏差角度(rad) δv2一般在0.14%左右。 
              2.3 校準誤差δ4 
              皮帶秤校準方法有:掛碼、鏈碼和實物校準三種。掛碼校準和鏈碼校準是模擬實物校準,但其并不能充分模擬皮帶秤實際工作狀態下的多種誤差源,尤其產生不了事物運行中所產生的皮帶張力。因此就產生了校準過程中無法消除的誤差。同時,掛碼校準和鏈碼校準用的標準只是依據理論計算出的值,而不是量值傳遞的計量值。 
              結束語:影響電子皮帶秤計量準確度的原因很多,但只要深入了解皮帶秤的工作原理,認真對皮帶秤測量體系的各個環節進行分析,明確各種影響電子皮帶秤的因素,就能找出合理的解決辦法,從而改善電子皮帶秤的計量準確度和保證皮帶秤的穩定運行。

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