多头秤实际运行中的设计方案及主要参数计算
作者：Smartweigh多头配重器
多头秤（失重式给料机）是一种用于定量分析净重的给料设备，主要用于动态连续称重，对整个生产过程中需要连续给料的原材料进行净重定量分析，并显示原材料的瞬时总流量和总流量信息。其基本原理是静态数据净重机，选用静态数据仓库秤的净重技术，并使用称重传感器仓库秤。然而，为了在多头秤的控制面板上更准确地获取原材料仓库秤单位时间内的净重损失，还需要测量原材料的瞬时总流量。
图1左侧为净重缺失秤的框架图。当净重仓库内的原材料库存充足时，可打开原材料阀门。当原材料达到最大库存量时，关闭原材料阀门，净重仓库由净重缺失秤支撑。为了提高称重精度，称重仓库的上下两侧通过柔性通道和出入口连接，前后左右两侧的机械设备及其内部原材料的净重均不计入称重仓库。图1右侧为连续供料全流程的平面图。整个连续供料流程采用循环系统（图中显示了3个循环系统）。
每个循环系统包含两个循环时间：当净重仓库需要减少物料时，仓库内物料的净重会增加。当t1时刻物料位置达到最大值时，物料阀关闭，螺旋输送机开始卸料，此时物料净重会减少。经过一段时间的称重后，净重仓库内物料的净重会下降。当t2时刻物料位置达到最小值时，物料阀再次打开。t1到t2的时间段构成强制供料的循环时间。一段时间后，净重仓库内物料的净重会增加。当t3时刻物料位置再次达到最大值时，物料阀关闭，强制供料的循环时间重复t2到t3的时间段。根据瞬时流量监测螺旋输送机的转速比，以实现稳定的供料循环。在此过程中，螺旋输送机的转速比保持在循环开始前的转速比，并且保持不变，这是通过恒流量监测方法实现的。由于多头秤紧密结合了动态称重和静态数据称重，并紧密结合了间断给料和连续给料，其结构有利于密封，适用于混凝土、生石灰粉、煤粉、食品、药品等小型原料的称重和给料操作，可实现较高的称重精度和线性度。双头秤的运行是根据主要参数设计方案的必要性而进行的。
设计缺少净重功能的秤时，务必考虑主要运行参数，例如进料频率、补料量、补料仓库容量和补料速度。否则，缺少净重功能的秤将无法正常工作。例如，一位客户从制造商处购买了一台多头秤用于现场设备维护。购买时，仅购买了3个100kg的称重传感器。
厂家派人到现场了解到，客户的原材料是硼酸溶液，相对密度为1510kg/m³，最大总流量为36kg/h，常用总流量为21~24kg/h。总流量如此之小，料斗却采用了三个100kg的称重传感器支撑点，而分析料斗的容量又很大，这在型号选择上存在不科学的问题。另一个问题是，料斗在安装过程中连接到了一台有振动源的机器。根据以下高度推荐的工作经验标准，当需求量较大时，我们可以选择15~20次/h的进料量，每次额外进料的净重为36/15~36/20，即1.9kg~2.4kg。每个称重传感器承受的原材料净重小于1kg，合理的测量范围约为0.5%~1%。
通常情况下，为了保证更准确的称重，重量传感器的合理测量范围至少应为10%~30%。根据原材料净重2.4kg以及原材料仓库和原材料机械设备（螺旋输送机等）的净重计算，总重量约为10kg。当使用三个重量传感器时，每个传感器的测量范围可以选择5kg至10kg。换句话说，如果采购的100kg传感器的数量增加10~20倍，则多头秤的可靠性会降低，称重精度也会下降。
本案例表明，多头秤的设计方案也必须符合设计方案标准，多头秤的机器设备和运行的主要参数不能不经测量就确定。3. 多头秤运行主要参数设计方案计算。3.1 进料频率的计算。
对于多头秤而言，各循环系统中力供周期比（时间比=力供周期/补料周期）越大越好，通常应大于10:1。这是因为力供周期比补料周期精度高得多，力供周期越长，多头秤的整体精度就越高。多头秤的单位时间循环系统频率通常以每小时循环系统频率表示，尤其是在需求量较大时，即次/小时。
以每小时需求量为标准，单位时间（例如每秒）的需求时间常数是前提条件。循环系统频率越低，每次进料量越大，净重仓库的容量和净重越大，但通过多层称重传感器测量无重状态的精度越低；循环系统频率越高，每次进料量越大。循环系统频率越低，净重仓库的容量和净重越小，但通过少量称重传感器测量无重状态的精度越高。然而，循环系统频率过高会导致进料机频繁停机，多头秤的控制面板频繁切换强制进料循环时间和重新进料循环时间，效率不高。
根据工作经验，大多数无重力状态的系统软件，特别是对于粉状和流化性差的颗粒，在需求量较大时，补给频率选择为15~20次/小时。当需求量低于较大需求量时，补给频率降低，强制式补给周期占比增大，这有利于提高精度。除了工作经验所显示的规律性外，一些总流量特别低的应用，即使仓库容量很小，也能储存超过1小时所需的原材料，并且供应时间也超过1小时。
以下情况：较大进料量的总流量为 2kg/h。原料沉积比为 803kg/m3。较大进料量的总流量为 2/803=0.0025m3/h。
如果仓库容量为0.01m³（约等于250mm×250mm×250mm立方米），足以满足2~3小时的原材料使用，且每次原材料使用量不超过10kg，则无需自动补货，可考虑人工补货。生产规程适用，但总流量线性度略低。3.2 再次计算进料量。选择补货频率后，即可计算补货量和总供料量。
以多头秤为例：较大的那台秤的总流量为270公斤/小时。原料的堆积密度为485公斤/立方米。大体积进料的总流量为270/480=0.561立方米/小时。
在较大的配送速率下，重新配送频率选择为 15 次/小时。重新装载量的计算方法：重新装载量 = 较大添加量（kg/h）÷密度（kg/m3）÷重新进入频率（重新进入频率/小时）。在这种情况下，重新安装量 = 270÷480÷15=0.0375m3。3.3 仓库净重容量计算。
设计方案中的净重仓库容量必须大于计算出的净重仓库容量。这是因为净重仓库在启动时，不可避免地会存在剩余原材料和仓库顶部的空余空间。假设这两者各占20%，将净重仓库容量除以0.6，即可得出所需的仓库容量。
最终选定的净重仓库容积必须与固定仓库容积相符。补货容积的计算方法：净重仓库容量 = 净重容积 ÷ k。公式中：k 为原材料仓库的预计盈余指数，取值范围为 0.4～0.7，建议取 0.6。
在本例中，净重仓库容量 = 0.0375÷0.6=0.0625m3。当异形仓库的体积为 0.6m3、0.8m3、1.0M3 等规格型号时，光泽度应为 0.08m3 以上，称重仓库的容量应为 0.08m3。3.4 测量重新安装率。
多头秤采用低精度固定容量法进行补料循环，因此补料机的补料速度要求快（一般控制在5~20秒内）。补料速度的计算方法：补料速度 = [补料量 (m³) ÷ 补料时间 (s) × 60 (s/min)] + [大批量补料总流量 (m³/h) ÷ 60 (min/h)]。公式2中，补料速度由两部分组成，第一部分是基于补料量的补料速度，第二部分常被许多人忽略，它指的是在相同的补料速度下，再次补料时必须填充的原材料量。根据数值计算，补料速度约为大批量补料速度的30倍。换句话说，根据这个数值，在估算其他净重缺失秤的再进料速率时，可以估算为较大添加速率的25-40倍。
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