Prinzip und Berechnungsmethode der Mehrkopfwaage

Dieser Artikel beschreibt hauptsächlich das Funktionsprinzip und die messtechnische Prüfmethode von Mehrkopfwaagen hinsichtlich ihrer Zusammensetzung und Struktur. Die Mehrkopfwaage ist eine kontinuierliche Zuführmaschine mit messtechnischer Prüffunktion. Sie basiert auf dem Grundprinzip der Kontrolle von Nettogewichtsabweichungen während des Betriebs und findet breite Anwendung in automatischen Dosieranlagen in der Produktion. Schlüsselwörter: Mehrkopfwaage, Funktionsprinzip, messtechnische Prüfung. Im Kohlenstoffformungsprozess eines Unternehmens ist das automatische Dosiersystem ein kritischer Betriebs- und Prüfprozess, dessen Software die Qualität und Kennwerte der Kohlenstoffanodisierung erheblich beeinträchtigen kann. Es besteht aus einer Mehrkopfwaage und vier elektronischen Bandwaagen (siehe Bezeichnung).

Nach eingehendem Studium, praktischen Übungen und wissenschaftlicher Untersuchung der drei Mehrkopfwaagen verfügt der Herausgeber über ein grundlegendes Verständnis dieser Waagen. Ziel dieses Beitrags ist es, eine einfache und detaillierte Einführung in die Funktionsprinzipien und Berechnungsmethoden der Mehrkopfwaage zu geben. Wir wünschen allen Lesern viel Erfolg beim Lernen.

2. 1. Struktureller Aufbau Die Mehrkopfwaage besteht im Allgemeinen aus Schlüsselkomponenten wie dem Zuführungsventil, dem Wiege-Silo, der Rührvorrichtung, der Zuführeinrichtung, dem Schallplattenrahmen, dem Gewichtssensor und der Messverifizierungs- und Kontrolleinrichtung.

3. Das Zuführventil dient der Beschickung des Wiegebehälters. Hierfür werden meist Absperrschieber, Absperrklappen oder ähnliche Ventile verwendet. Die wichtigsten Leistungsparameter sind Dichtheit, Schaltanbindung und eine schnelle, gleichmäßige Beschickung.

   Wiegebehälter Der Wiegebehälter dient zum Wiegen von Rohstoffen. Bei der Auswahl der Rohstoffe sind Korrosions- und Alkalibeständigkeit zu berücksichtigen. Der Anteil des Wiegevorgangs am Gesamtwiegeprozess sollte etwa 10 % betragen.

5. Rührvorrichtung Die Rührvorrichtung dient hauptsächlich der Unterstützung des Einbringens von Rohmaterialien mit schlechter Zirkulation. Sie besteht in der Regel aus einem einfachen Antriebsmotor einer Bogenbrecharmmaschine mit einer spiralförmigen Förderschnecke oder einem Dorn. Durch die Rotation des Bogenbrecharms entstehen leicht entstehende Rohmaterialien, die so gleichmäßig in die Ein- und Auslauföffnungen für die Bogenbildung und die Herstellung von Hohlräumen einfließen können.

7. Zuführeinrichtungen dienen der Abgabe der faserigen Rohstoffe aus dem Wiegebehälter. Je nach Eigenschaften der zu transportierenden Rohstoffe und den Umgebungsbedingungen können Schneckenförderer, Impellerförderer, Dosierer oder Bandförderer ausgewählt werden. In den meisten Anwendungsfällen ist der Schneckenförderer anderen geschlossenen Zuführeinrichtungen überlegen. Er transportiert die Rohstoffe nicht nur gleichmäßig, sondern verhindert auch das Aufwirbeln und Herausspritzen pulverförmiger Rohstoffe.

9. Soundkartenhalterung Die Soundkartenhalterung dient als Auflagepunkt für andere Maschinen und Geräte; daran ist der Gewichtssensor angebracht.

11. Gewichtssensor Der Gewichtssensor ist die wichtigste Wägekomponente der Mehrkopfwaage und verwendet meist einen robusten, hochauflösenden Widerstands-Dehnungsmessstreifensensor, der das Nettogewichtssignal des Rohmaterials in ein elektronisches Ausgangssignal umwandelt.

    Die metrologische Prüfanlage besteht aus einer intelligenten Mehrkopfwaage und einem vollautomatischen Steuerungssystem. Sie dient der Kontrolle und metrologischen Überprüfung von Zuführgeschwindigkeit, Förderleistung usw. Die Ein- und Zuführöffnungen der Mehrkopfwaage sind mit weichen, schmutzabweisenden und luftdichten, leitfähigen Verbindungen ausgestattet, um eine reibungslose Verbindung zwischen Vorratsbehälter und nachfolgenden Geräten zu gewährleisten. Das Wiegesilo der Mehrkopfwaage und die darunterliegende, verstellbare Zuführvorrichtung befinden sich auf einem am Sensorträger befestigten Gewichtssensor.

    2. Funktionsprinzip 1. Funktionsprinzip Die Mehrkopfwaage führt eine messtechnische Überprüfung durch, die auf dem Prinzip der Nettogewichtsänderung während des Betriebs basiert. Zunächst werden die Zuführeinrichtung und das Wiege-Silo gewogen. Anschließend wird die spezifische Zuführgeschwindigkeit anhand der Nettogewichtsänderung pro Zeiteinheit mit der Soll-Zuführgeschwindigkeit verglichen. Daraufhin wird die Zuführeinrichtung so gesteuert, dass die spezifische Zuführgeschwindigkeit vom Anfang bis zum Ende exakt dem voreingestellten Wert entspricht. Während des gesamten Zuführvorgangs in kurzer Zeit nutzt die Zuführeinrichtung die Kraft, um die während des Betriebs gespeicherten Manipulationsdaten gemäß dem Prinzip der Kapazität zu erfassen. 2. Während des gesamten Wiegevorgangs wird das Nettogewicht der Rohstoffe im Wiege-Silo mithilfe des Gewichtssensors in elektronische Signale umgewandelt und an die Anzeige der Mehrkopfwaage übertragen. Die Anzeige der Mehrkopfwaage vergleicht das berechnete Nettogewicht der Rohstoffe mit den voreingestellten oberen und unteren Grenzwerten des Nettogewichts. Entsprechend der SPS-Steuerung des Wasserschutzschiebers wird die Zufuhr in das Wiege-Silo unterbrochen.

    Zusätzlich vergleicht die Mehrkopfwaage die gemessene spezifische Fördergeschwindigkeit (Gesamtfördermenge) mit der voreingestellten Fördergeschwindigkeit und steuert die Zuführeinrichtung mittels PID-Regelung, sodass die spezifische Fördergeschwindigkeit dem voreingestellten Wert genau folgt. Beim Öffnen des Zuführwasserschiebers zum Befüllen des Wiegebehälters wird die Fördergeschwindigkeit durch ein Datensignal fixiert und die volumetrische Dosierung durchgeführt. Die Mehrkopfwaage zeigt die spezifische Fördergeschwindigkeit und das Nettogewicht des abgegebenen Rohmaterials an.

13. 3. Berechnung der Zuführgeschwindigkeit Die Zuführgeschwindigkeit der Mehrkopfwaage (Gesamtfluss des abgeführten Materials) entspricht dem Nettogewichtsverlust pro Zeiteinheit und wird theoretisch wie folgt angegeben: MT = dG/dt. Dabei steht MT für die Zuführgeschwindigkeit, dG für den Nettogewichtsverlust und dt für die genaue Messzykluszeit. Bei Anzeige der Informationen auf dem Zifferblatt der Mehrkopfwaage kann die Zuführgeschwindigkeit mit folgender Formel berechnet werden: MT = n(d ± β × d1) / (td ± te), wobei d die Anzeige des Zifferblatts der Mehrkopfwaage und der angezeigte Wert ist, n die Anzahl der Änderungen des angezeigten Informationswerts angibt und d1 die interne Bildschirmauflösung des Zifferblatts der Mehrkopfwaage sowie ein Datenfehlerindex ist, im Allgemeinen β = 0. 6td – Präzise Messung der Zykluszeit te – Zeitfehlerindex, im Allgemeinen te = 0,0014. Das Gesamtgewicht wird in einer detaillierten Gesamtzykluszeit berechnet. Das Gesamtnettogewicht Gq der Mehrkopfwaage setzt sich aus zwei Teilen zusammen: der Messverifizierung der Mehrkopfwaage und dem gespeicherten Nettogewicht VA. Das Nettogewicht des entladenen Materials, das während der Beschickungsphase des Schwerlastsilos nicht gemessen und verifiziert wurde, VDGq = VA + VDVA = (VH + ΣH) - (VL - ΣL)VD = MTL * tF, wobei VH – der obere Grenzwert des Nettogewichts im Wiegesilo, VD – der untere Grenzwert des Nettogewichts im Wiegesilo, ΣH – oberer Grenzwert des Nettogewichts, Wägefehler, ΣL – unterer Grenzwert des Nettogewichts, Wägefehler, MTL – fixierte Zuführgeschwindigkeit, tF während der Beladung – die durch die Zuführzeit fixierte Zuführgeschwindigkeit MTL, die weiterhin durch die Änderung angezeigt wird. K Nettogewichtsanzeigeinformationen pro Sekunde: MTL=K(d±β*d1)/(1±te) Die Fütterungszeit hängt vom gesamten Fütterungsdurchfluss MF ab, MF des Fütterungswasserspeichertors≈10MTtF=VA/MF Eine detaillierte Gesamtzykluszeit ist: te=tF+td Die durchschnittliche Gesamtdurchflussrate ist: Mq=Gq/tn Durch kontinuierliches Summieren des Nettogewichts jeder Zykluszeit, die Zeit t=0-- Gesamtnettogewicht von tn.

    Fazit: Bei diversen anderen elektronischen Maschinen und Geräten führt die Temperaturänderung des Gewichtssensors, meist bedingt durch die Verklebung von Rohmaterialien, zu einer Änderung des Taragewichts. Dies wiederum beeinträchtigt die Genauigkeit der Systemsoftware. Die Mehrkopfwaage hingegen umgeht diese Nachteile, da Temperaturschwankungen die Wiegegenauigkeit kaum beeinflussen. Der Grund dafür ist einfach: Die Fördergeschwindigkeitsmessung der Mehrkopfwaage basiert auf der Differenz des Nettogewichts und nicht auf dem Nettogewicht selbst. Daher bietet die Mehrkopfwaage vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten in der Software von Transportsystemen für faserige Rohstoffe.

Autor: Smartweigh– Hersteller von Mehrkopf-Gewichten