多头秤概述、基本参数示意图、计算方法及应用实例
作者：Smartweigh多头配重器
多头秤（失重式给料机）是一种定量分析称重给料设备。其主要用途是对整个动态连续称重过程进行称重，对需要连续给料的原材料进行称重和定量分析，并实时显示原材料总流量和总流量信息。本质上，它是一种静态数据称重系统，采用静态数据料斗秤的称重技术，利用称重传感器对料斗进行称重。然而，在多头秤的控制面板上，需要计算料斗秤单位时间内的净重量损失，才能得到原材料的瞬时总流量。
图1为多头秤原理图。简要介绍了多头秤的结构、设计方案、主要运行参数的测量和应用，以及应用案例。图1. 多头秤原理图。图1为多头秤结构示意图。卸料时，当物料达到最大料位时，卸料阀关闭，称量料斗由多头秤支撑。为保证称重精度，称量料斗上下两侧均通过软通道或进出料口连接，使前后左右两侧的机械设备及原材料的净重不影响称量料斗。
图1右侧为连续给料机的整个工艺流程的俯视图。连续给料机的整个工艺流程采用循环系统（图中标示了三个循环周期）。每个循环周期包含两个循环时间：当称重料斗为空时，打开卸料阀排出物料，称重料斗内原料的净重持续增加。当料斗内物料达到最大值（t1）时，关闭卸料阀。此时螺旋输送机开始输送物料，多头秤开始工作；一段时间后，当称重料斗内原料的净重持续下降，并在料斗内物料达到最小值（t2）时，再次打开卸料阀，t1至t2的时间段即为连续给料机的循环时间。一段时间后，当称重料斗中原料净重持续增加并在t3时刻再次达到最大料位时，卸料阀关闭，t2至t3为再次卸料的循环周期，以此类推。在强制给料机的循环周期内，根据瞬时流量监测螺旋输送机的转速比，以实现给料机的稳定运行；在再次卸料的循环周期内，螺旋输送机的转速比将保持在循环周期开始前的转速比。将给料机改为恒容流量监测方式。
由于多头秤集成了动态称重和静态数据称重，并集成了间断式和连续式给料，结构易于密封，适用于混凝土、生石灰粉、煤粉、食品、药品等超细原料的称重，可实现重量和调味控制，并具有较高的称重精度和线性度。2. 多头秤运行主要参数设计方案的必要性 在设计多头秤的方案时，必须考虑出料频率、回料量、称重料斗容量和回料速率等主要运行参数，否则多头秤将无法正常工作。某客户从厂家购买了一台多头秤用于现场设备维护和功能分析，仅购买了3个100kg的称重传感器。投入使用后发现零点不稳定，总流量有时不显示信息等常见故障。
厂家派人到现场后发现，客户的原料是硼酸，相对密度为1510kg/m³，最大总流量仅为36kg/h，常用总流量为21~24kg/h。由于总流量较小，料斗采用了三个100kg的称重传感器支撑点，分析料斗的容量相当大。可以参考以下强烈推荐的工作经验法则：“当灰量较大时，选择15~20次/h的再卸料频率”，每次再卸料的净重为36/15~36/20，即1.9kg~2.4kg。每个称重传感器承载的原料净重小于1kg，合理的测量范围约为0.5%~1%。
通常情况下，称重传感器的合理测量范围应至少为10%~30%或更大，以确保更准确的称重结果。根据2.4kg的原料重量加上料斗和给料设备（如螺旋输送机）的净重，总重量约为10kg。如果使用三个称重传感器，每个传感器的测量范围可以选择5kg~10kg。也就是说，原本订购的100kg传感器的测量范围会增大10~20倍，导致多头秤的可靠性差，称重精度降低。
本案例表明，多头秤的设计方案也必须符合设计方案标准，并且多头秤的机器设备和运行的主要参数必须经过计算确定。3. 多头秤运行主要参数设计方案的计算 3.1 出料频率的计算 图1详细展示了多头秤的运行过程。每个循环系统都包含完整的出料过程，那么合适的出料频率是多少呢？对于多头秤而言，每个循环系统中强制给料机的循环占用率（时间占用率=强制给料机循环/再卸料循环）越大越好，一般应大于10:1。这是因为强制给料机的循环时间精度远大于再卸料的循环时间。强制给料机的循环占用率越大，多头秤的整体精度就越高。
多头秤的循环系统单位时间频率通常以每小时循环频率表示，即当灰料量较大时，循环次数为次/小时。由于前提条件是每小时灰料量较大，因此单位时间（例如每秒）的灰料进料量是一个时间常数。循环系统频率越低，每次出料量越大，称量料斗的容量和净重越大，但使用多量程称重传感器进行重量损失计算的精度越低；循环系统频率越高，每次出料量越小，称量料斗的容量和净重越小，但使用小量程称重传感器进行重量损失计算的精度越高。
然而，循环系统的频率过高，给料机设备频繁启停，多头秤的控制板频繁在强制给料循环时间和补料循环时间之间切换，效果并不理想。表1列出了推荐的补料频率，其中最重要、最推荐的是中间的三个补料频率。根据工作经验，大多数失重式给料系统软件都非常适合流动性差的粉状物料和颗粒状物料。
当灰料给料量低于较大灰料给料量时，补料频率降低，从而提高强制给料机的循环利用率，更有利于提高给料精度。根据工作经验，某些给料机总流量极低的应用，即使料斗容量很小，也能储存原料供料一小时或更长时间，补料时间超过一小时。例如：较大给料机的总流量为2kg/h，原料堆料比为803kg/m³，则较大给料机的总流量为2/803=0.0025m³/h。如果料斗容量为 0.01m3（大致等于 25b250m×25b250m×25b250m 立方体料斗的尺寸），足够 2~3 小时的原料使用，且每次进料量低于 10kg，因此无需自动进料，人工服务进料可视为生产制造规范，但其总流量略低。
3.2 计算再卸料量的公式首先选定了再卸料频率，然后即可计算出再卸料量和给料机的总容积。根据多头称重机的特性分析：大给料机的总流量为275kg/h，原料的堆积密度为485kg/m³，则大容积给料机的总流量为270/480=0.561m³/h。物料的卸料频率选定为15次/h。再卸料量的计算方法为：再卸料量 = 较大灰量 (kg/h) ÷ 密度 (kg/m³) ÷ 再卸料频率 (次/h)。在本例中，再卸料量 = 270 ÷ 480 ÷ 15 = 0.0375 m³。3.3 称重料斗容量的计算 设计方案中称重料斗的容量无疑会超过计算出的再卸料量。这是因为必须考虑到，在开始再卸料时，称重料斗不可避免地会占用一些空间。此外，料斗顶部还有一些“残余原料”和不太可能完全填满的“自由空间”。如果每项占 20%，则将再卸料量除以 0.6，即可得到所需的料斗容量，最终的称重料仓容量应根据最终确定的料仓容量进行计算。再卸料体积的计算方法：称重料斗容量 = 再卸料体积÷其中 k：k 为料斗的计算容量指数，可以是 0.4~0.7，强烈建议取 0.6。
在本例中，称重料斗容量 = 0.0375÷0.6=0.0625m3。如果成型料仓的容量规格为0.6m3、0.2m3、1.b2503等，则其容量应达到0.08m3，称重料斗的容量也应为0.08m3。3.4 由于采用了多头秤，因此需要重新计算卸料速率。在再卸料循环时间内，选择的是低精度恒容量给料机，因此振动给料机的再卸料速度需要设定得更快（一般情况下，应在5s~20s内运行）。再排放率的计算方法：再排放率 = [再排放量 (m3)÷再次排放时间 (s)×60(s/min)]+[大容量给料机的总流量 (m3/h)÷60 (min/h)] 在公式 2 中，再排放率由两项组成。
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