CN111458005A - 基于动态平衡标准力源对称重传感器现场校准装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于动态平衡标准力源对称重传感器现场校准装置及方法，该装置包括：龙门框架内自下而上依次放置：待测称重传感器、液压油缸千斤顶和标准称重传感器；标准称重传感器与待测称重传感器分别与灵敏度系数补偿接线盒相连接；油缸部件包括：外壳、油泵、油缸和显示器组件；所述龙门框架内还包括：带无线模块的主控MCU和待测称重传感器数据口；该装置体积小型化，便于携带到现场对待测称重传感器进行校准，该装置采用油泵去控制管道的流量，实现动态控制；并采用动态平衡标准力源，保证测量高精度。并通过带无线模块的主控MCU将数据传回至显示器组件，实现数据可视化，提高了校准的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及检测技术领域，特别涉及一种基于动态平衡标准力源对称重传感器现场校准装置及方法。
背景技术
称重传感器是工业实践中最为常见的一种传感器，是电子秤的配套产品，其广泛应用于冶金、化工、制药、饲料等各个行业。但称重传感器因本身灵敏度不一致性以及新安装后由于机械连接件存在加载误差等因素，需要由标准砝码或标准力源对它加载后进行标定。同时，它经过一段时间使用后会产生蠕变或因机械连接件发生变化，会影响它的测量精度。为此，往往又需对它定期用砝码或标准力源加载后进行校准。
目前，随着大规模化生产的需要工程中配料斗越来越大，其配套的称重传感器吨位也越来越大。由于空间等因素的限制，在现场无法用传统的砝码进行校准。为了满足校秤需要，有厂家提供由标准称重传感器及显示仪表和千斤顶或低高度液压油缸组成的标准力源，对称重传感器加载来实现对电子秤的校准。由于千斤顶发力后存在机械蠕变或液压油缸存在慢性漏油等问题，导致作用于标准称重传感器的力源发生变化，显示仪表的数据无法稳定。其次，由于人工操作存在劳动强度大过程繁琐，测量可信度不高和无法实现自动化校准等缺陷。由此可见，寻求一种精度高，力源稳定可靠，操作简单又适合自动化编程和数据记录的称重传感器现场校准装置及方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种至少解决上述部分技术问题的基于动态平衡标准力源对称重传感器现场校准装置及方法。
第一方面，本发明实施例提供一种基于动态平衡标准力源对称重传感器现场校准装置，包括：龙门框架及油缸部件；
其中：
在所述龙门框架内自下而上依次放置：待测称重传感器、液压油缸千斤顶和标准称重传感器；所述待测称重传感器、液压油缸千斤顶和标准称重传感器的中心均在同一垂线上；所述标准称重传感器与待测称重传感器分别与灵敏度系数补偿接线盒相连接；
所述油缸部件包括：外壳、油泵、油缸和显示器组件；所述外壳罩设于所述油缸上部；所述油泵安装在所述油缸上部，位于所述外壳内；所述显示器组件位于所述油缸的侧面；所述显示器组件与所述油泵控制连接；
所述龙门框架内还包括：带无线模块的主控MCU和待测称重传感器数据口；所述待测称重传感器数据口的一端与所述待测称重传感器连接；
所述带无线模块的主控MCU与所述标准称重传感器及所述待测称重传感器数据口相连；
所述带无线模块的主控MCU与所述显示器组件通讯连接；
所述油缸与所述液压油缸千斤顶通过管道相连；所述油泵控制所述管道的流量。
在一个实施例中，所述油缸部件还包括：固定支架；
所述固定支架安装在所述油缸上；所述油泵固定安装在所述固定支架上。
在一个实施例中，所述油泵为两个；所述管道包括：进油管道和出油管道；所述进油管道由进油阀和进油管组成；所述出油管道由出油阀和出油管组成；
其中，所述进油阀和所述出油阀均为单向阀；第一个油泵控制所述进油阀，使油通过所述进油阀和进油管，从所述油缸到所述液压油缸千斤顶；第二个油泵控制所述出油阀，使油从所述出油阀和出油管，从所述液压油缸千斤顶到所述油缸。
在一个实施例中，所述显示器组件包括：无线模块、MCU及显示触摸屏和/或输入设备；
所述带无线模块的主控MCU与所述无线模块通讯连接；
所述显示触摸屏用于显示数据及接收触摸动作指令；所述输入设备用于输入参数质量；MCU将所述触摸动作指令对应的数据参数通过无线模模块，发送给所述带无线模块的主控MCU。
在一个实施例中，所述校准装置还包括：上位机；所述上位机与所述带无线模块的主控MCU通讯连接。
在一个实施例中，所述油泵采取PID算法。
第二方面，本发明实施例还提供基于动态平衡标准力源对称重传感器现场校准方法，采取上述任一项实施例所述的校准装置，对待测称重传感器进行校准；
包括如下校准步骤：
S1：通过显示器组件设定操作指令，并将操作指令发送至带无线模块的主控MCU；所述操作指令为：将液压油缸千斤顶开至满量程力同时作用于标准称重传感器和待测称重传感器；
S2：油泵控制管道的流量，实现液压油缸千斤顶向上运动；带无线模块的主控MCU同时获取标准称重传感器和待测称重传感器数据口的实时返回数据；
S3：将所述实时返回数据发送至显示器组件；直到标准称重传感器压力达到设定值，进油速度和出油速度达到动态平衡，标准称重传感器检测到的压力不发生变化；记录待测称重传感器数据口的电压值；调整灵敏度系数补偿接线盒中的补偿电位器将标准称重传感器与待测称重传感器的灵敏度系数调整至一样；
S4：将液压油缸千斤顶开至满量程，经稳定后按总作用力将待测称重传感器的称重仪表进行标定；
S5：在最大量程范围内，将液压油缸千斤顶预设量程值递增加载或卸载，检验所述待测称重传感器的精度是否满足计量标准要求。
本发明实施例提供的一种基于动态平衡标准力源对称重传感器现场校准装置，该装置体积小型化，便于携带到现场对待测称重传感器进行校准，该装置采用油泵去控制管道的流量，实现动态控制；并采用动态平衡标准力源，保证测量高精度。并通过带无线模块的主控MCU将数据传回至显示器组件，实现数据可视化，提高了校准的准确性。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例提供的基于动态平衡标准力源对称重传感器现场校准装置的结构图；
图2为本发明实施例提供的记录校准数据的曲线图。
附图中：1-外壳，2-固定支架，3-油泵，4-油缸，5-进油阀，6-出油阀，7-进油管，8-出油管，9-液压油缸千斤顶，10-固定平台，12-上位机，13-支撑平台，15-标准称重传感器，16-待测称重传感器，18-显示器组件。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
参照图1所示，本发明实施例提供的基于动态平衡标准力源对称重传感器现场校准装置，包括：龙门框架及油缸部件；
其中：龙门框架内自下而上依次为：待测称重传感器16、液压油缸千斤顶9和标准称重传感器15；待测称重传感器16、液压油缸千斤顶9和标准称重传感器15的中心均在同一垂线上；标准称重传感器15与待测称重传感器16分别与灵敏度系数补偿接线盒相连接；
油缸部件包括：外壳1、油泵3、油缸4和显示器组件18；外壳1罩设于油缸4上部；油泵3安装在油缸4上部，位于外壳1内；外壳1起到防尘和保护的作用，本发明对其材质不作限定，为了便于看清楚内部构造，也可选用透明玻璃材质。
显示器组件18位于油缸4的任一侧面，方便操作人员查看和便于操作即可；该显示器组件18与油泵3控制连接。
龙门框架内还包括：带无线模块的主控MCU和待测称重传感器数据口；本实施例中对其二者的位置不做限定；待测称重传感器数据口的一端与待测称重传感器16连接；带无线模块的主控MCU与标准称重传感器15及待测称重传感器数据口相连；带无线模块的主控MCU与显示器组件18通讯连接。
油缸4与液压油缸千斤顶9通过管道相连；油泵3控制管道的流量。如图1所示，该龙门框架由足够机械强度的长方形封闭框和上顶面构成。比如带无线模块的主控MCU可安装在龙门框架的一侧；其中，待测称重传感器16与液压油缸千斤顶9之间的固定平台10可采用高强度的铸铁材质制成，其他高强度的材质也可。只要能到达足够机械强度，可完成较大量程称重传感器校准即可，本发明公开实施例对此不作限定。
在液压油缸千斤顶9上设有支撑平台13，该支撑平台13上部为标准称重传感器15。在校准过程中，液压油缸千斤顶9会同时同量地作用在标准称重传感器和待测称重传感器上。其中在龙门框架上设有的待测称重传感器数据口，与待测称重传感器16连接，读取待测称重传感器16的电压值。
带无线模块的主控MCU与标准称重传感器15及待测称重传感器数据口相连；同时读取二者的电压值。即：测量在不同力源下标准称重传感器反馈的数字信号。带无线模块的主控MCU与显示器组件18通讯连接；油缸4与液压油缸千斤顶9通过管道相连；油泵3控制该管道的流量。
本实施例中，该装置体积小型化，便于携带到现场对待测称重传感器进行校准；该装置采用油泵去控制管道的流量，实现动态控制，并采用动态平衡标准力源，保证测量高精度。并通过带无线模块的主控MCU将数据传回至显示器组件，实现了数据可视化，加强了与使用者的交互性。参数也方便设置，提高了校准的准确性。
进一步地，为了提高油泵的稳定性，该油缸部件还包括固定支架2，安装在油缸4上，然后将油泵固定安装在固定支架2上。
为了进一步优化上述方案，油泵为两个，上述管道包括：进油管道和出油管道；该进油管道由进油阀5和进油管7组成；出油管道由出油阀6和出油管8组成；
其中一个油泵用于控制进油阀5，另一个油泵3用于控制出油阀6。进油阀5和出油阀6都是单向阀，油只能通过出油阀6和出油管8从液压缸9到油缸4；同理，油只能通过进油阀5和进油管7从油缸4到液压油缸千斤顶9。
该显示器组件18包括：无线模块、MCU及显示触摸屏和/或输入设备；带无线模块的主控MCU与无线模块通讯连接；显示触摸屏用于显示数据及接收触摸动作指令，输入设备用于输入参数质量。MCU将触摸动作指令对应的数据参数通过无线模块，发送给带无线模块的主控MCU。
进一步地，为了便于对参数的设定和提高交互的便利性，该校准装置还包括：上位机12；安装与显示器组件18内置的相同功能的配置软件后，也可以实现与带无线模块的主控MCU通讯连接。显示器组件18或上位机12控制油泵3采取PID算法。
在校准的过程中，在上位机12上设定相应的参数，由两个油泵控制通过进油阀5和出油阀6油量，从而去控制液压油缸千斤顶9作用在待测称重传感器上力的大小。正是通过油泵的正反转和流量来控制油缸的加载、卸载或动态平衡。待测称重传感器数据线连接待测称重传感器数据口，测量在不同压力下待测称重传感器反馈的电压信号。
在显示器组件18或上位机12上设定需要给待测称重传感器的压力大小，带无线模块的主控MCU实时采集待测称重传感器数据口的电压信号和标准称重传感器15的电压信号，发送至显示器组件18，由显示器组件18控制油泵3，采取PID算法，同时实时检测待测称重传感器和标准称重传感器15上的压力大小。
当标准称重传感器15上反应的压力稳定在设定压力时，记录下此时标准称重传感器15电压大小和待测称重传感器数据口返回的电压数值，通过无线模块返回到显示器组件18和上位机12将其记录。将待测称重传感器数据口的电压值返回至上位机12和带无线模块的显示器组件18进行记录。比如取至少10个不同压力值，以待测称重传感器的数据口电压作为自变量，标准称重传感器15的压力作为应变量，绘制出拟合曲线完成校准。
本发明提供的基于动态平衡标准力源对称重传感器现场校准装置，体积小型化，便于携带到现场对待测称重传感器进行校准；采取两个油泵单独去控制进油阀和出油阀，同时采取PID算法进行动态控制，并采用动态平衡标准力源，保证测量高精度。另外，利用无线模块将数据传回至上位机和显示器，将数据可视化，加强了与使用者的交互性。
基于上述实施例的校准装置，该发明还提供一种校准方法，包括如下步骤：
S1：通过显示器组件设定操作指令，并将操作指令发送至带无线模块的主控MCU；所述操作指令为：将液压油缸千斤顶开至满量程力同时作用于标准称重传感器和待测称重传感器；
S2：油泵控制管道的流量，实现液压油缸千斤顶向上运动；带无线模块的主控MCU同时获取标准称重传感器和待测称重传感器数据口的实时返回数据；
S3：将所述实时返回数据发送至显示器组件；直到标准称重传感器压力达到设定值，进油速度和出油速度达到动态平衡，标准称重传感器检测到的压力不发生变化；记录待测称重传感器数据口的电压值；调整灵敏度系数补偿接线盒中的补偿电位器将标准称重传感器与待测称重传感器的灵敏度系数调整至一样；
S4：将液压油缸千斤顶开至满量程，经稳定后按总作用力将待测称重传感器的称重仪表进行标定；
S5：在最大量程范围内，将液压油缸千斤顶预设量程值递增加载或卸载，检验所述待测称重传感器的精度是否满足计量标准要求。
本实施例中，将待测称重传感器16连接待测称重传感器数据口。通过带无线模块的显示器组件18设定参数或通过上位机12设定参数，并将数据通过无线通讯发送至带无线模块的主控MCU。采取PID算法控制油泵3，从而控制通过进油阀5和出油阀6的油速，液压油缸千斤顶9向上运动，同时标准称重传感器15和待测称重传感器数据口实时返回数据到带无线模块的MCU，带无线模块的MCU将数据发送至带无线模块的称重显示器18和上位机12。
直到标准称重传感器压力达到设定值此时进油速度和出油速度达到动态平衡，标准称重传感器15检测到的压力不发生变化。将待测称重传感器数据口的电压值返回至上位机12和显示器组件18进行记录，调整灵敏度系数补偿接线盒中的补偿电位器将标准称重传感器与待测称重传感器的灵敏度系数调整至一样。将液压油缸千斤顶开至满量程，经稳定后按总作用力将待测称重传感器的称重仪表进行标定；在最大量程范围内，将液压油缸千斤顶预设量程值递增加载或卸载，检验所述待测称重传感器的精度是否满足计量标准要求。
下面通过一个完整实施例详细说明本发明提供的校准方法。
比如将最大量程20KN的待测应变片称重传感器，通过数据线连接到待测称重传感器数据口。
在上位机12或显示器组件18输入最大量程，比如默认会自动测量20个点的力，如1KN，2KN，3KN…20KN。输入完毕后，按下一键校准。
显示器组件18中的MCU驱动油泵3，两个油泵会同时工作，一个用于往液压油缸千斤顶9加油，一个用于抽油。液压油缸千斤顶向上运动，将待测称重传感器和标准称重传感器15相互挤压。二者产生作用力和反作用力，同时以标准称重传感器15返回的数据为标准，待测称重传感器返回的数据作为待校准数据。进油和出油使用PID进行控制，即液压油缸千斤顶的所给予的力大小使用PID控制，当标准称重传感器15返回的数据为设定值时，记录此时待测称重传感器数据口的数据，然后通过带无线模块的主控MCU将数据发回上位机12或显示器组件18，如图2所示为校准曲线示例，其中传感器1为标准称重传感器，传感器2为待校准称重传感器。最后将校准曲线中传感器1的拟合曲线设置到待测称重传感器，完成校准。即：将液压油缸千斤顶开至满量程，经稳定后按总作用力将待测称重传感器的称重仪表进行标定；在最大量程范围内，将液压油缸千斤顶预设量程值递增加载或卸载，检验所述待测称重传感器的精度是否满足计量标准要求。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种基于动态平衡标准力源对称重传感器现场校准装置，其特征在于，包括：龙门框架及油缸部件；
其中：
在所述龙门框架内自下而上依次放置：待测称重传感器(16)、液压油缸千斤顶(9)和标准称重传感器(15)；所述待测称重传感器(16)、液压油缸千斤顶(9)和标准称重传感器(15)的中心均在同一垂线上；所述标准称重传感器(15)与待测称重传感器(16)分别与灵敏度系数补偿接线盒相连接；
所述油缸部件包括：外壳(1)、油泵(3)、油缸(4)和显示器组件(18)；所述外壳(1)罩设于所述油缸(4)上部；所述油泵(3)安装在所述油缸(4)上部，位于所述外壳(1)内；所述显示器组件(18)位于所述油缸(4)的侧面；所述显示器组件(18)与所述油泵(3)控制连接；
所述龙门框架内还包括：带无线模块的主控MCU和待测称重传感器数据口；所述待测称重传感器数据口的一端与所述待测称重传感器(16)连接；
所述带无线模块的主控MCU与所述标准称重传感器(15)及所述待测称重传感器数据口相连；
所述带无线模块的主控MCU与所述显示器组件(18)通讯连接；
所述油缸(4)与所述液压油缸千斤顶(9)通过管道相连；所述油泵(3)控制所述管道的流量。
2.如权利要求1所述的一种基于动态平衡标准力源对称重传感器现场校准装置，其特征在于，所述油缸部件还包括：固定支架(2)；
所述固定支架(2)安装在所述油缸(4)上；所述油泵(3)固定安装在所述固定支架(2)上。
3.如权利要求1所述的一种基于动态平衡标准力源对称重传感器现场校准装置，其特征在于，所述油泵(3)为两个；所述管道包括：进油管道和出油管道；所述进油管道由进油阀(5)和进油管(7)组成；所述出油管道由出油阀(6)和出油管(8)组成；
其中，所述进油阀(5)和所述出油阀(6)均为单向阀；第一个油泵控制所述进油阀(5)，使油通过所述进油阀(5)和进油管(7)，从所述油缸(4)到所述液压油缸千斤顶(9)；第二个油泵控制所述出油阀(6)，使油从所述出油阀(6)和出油管(8)，从所述液压油缸千斤顶(9)到所述油缸(4)。
4.如权利要求1所述的一种基于动态平衡标准力源对称重传感器现场校准装置，其特征在于，所述显示器组件(18)包括：无线模块、MCU及显示触摸屏和/或输入设备；
所述带无线模块的主控MCU与所述无线模块通讯连接；
所述显示触摸屏用于显示数据及接收触摸动作指令；所述输入设备用于输入参数质量；MCU将所述触摸动作指令对应的数据参数通过无线模模块，发送给所述带无线模块的主控MCU。
5.如权利要求1所述的一种基于动态平衡标准力源对称重传感器现场校准装置，其特征在于，所述校准装置还包括：上位机(12)；所述上位机(12)与所述带无线模块的主控MCU通讯连接。
6.如权利要求1-5任一项所述的一种基于动态平衡标准力源对称重传感器现场校准装置，其特征在于，所述油泵(3)采取PID算法。
7.一种基于动态平衡标准力源对称重传感器现场校准方法，其特征在于，采取如权利要求1-6任一项所述的校准装置，对待测称重传感器进行校准；
包括如下校准步骤：
S1：通过显示器组件(18)设定操作指令，并将操作指令发送至带无线模块的主控MCU；所述操作指令为：将液压油缸千斤顶开至满量程力同时作用于标准称重传感器(15)和待测称重传感器(16)；
S2：油泵(3)控制管道的流量，实现液压油缸千斤顶(9)向上运动；带无线模块的主控MCU同时获取标准称重传感器(15)和待测称重传感器数据口的实时返回数据；
S3：将所述实时返回数据发送至显示器组件(18)；直到标准称重传感器(15)压力达到设定值，进油速度和出油速度达到动态平衡，标准称重传感器(15)检测到的压力不发生变化；记录待测称重传感器数据口的电压值；调整灵敏度系数补偿接线盒中的补偿电位器将标准称重传感器与待测称重传感器的灵敏度系数调整至一样；
S4：将液压油缸千斤顶(9)开至满量程，经稳定后按总作用力将待测称重传感器(16)的称重仪表进行标定；
S5：在最大量程范围内，将液压油缸千斤顶(9)预设量程值递增加载或卸载，检验所述待测称重传感器(16)的精度是否满足计量标准要求。
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