電子皮帶秤的發(fā)展趨勢

【摘要】

電子皮帶秤是皮帶輸送機輸送固體散狀物料過程中對物料進行連續(xù)自動稱重的一種計量設(shè)備，近年來發(fā)展很快，已成為固體物料連續(xù)自動稱重主流計量設(shè)備，本文從以下方面概述了電子皮帶秤的發(fā)展趨勢：傳感器、秤架、二次儀表、安裝、檢定和試驗。

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【關(guān)鍵詞】

電子皮帶秤  傳感器  秤架  二次儀表  安裝  檢定和試驗

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一、前言 徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.lzjwmy.com

電子皮帶秤是皮帶輸送機輸送固體散狀物料過程中對物料進行連續(xù)自動稱重的一種計量設(shè)備，它可以在不中斷物料流的情況下測量出皮帶輸送機上通過物料的瞬時流量和累積流量。

1908年，美國一個年輕人赫爾伯特·梅里克（Herbert·Merrick）發(fā)明了一種皮帶輸送機使用的稱重設(shè)備，據(jù)稱那是世界上第一臺根據(jù)皮帶速度和重量用機械方法進行計算的動態(tài)稱重設(shè)備，這一發(fā)明完全改變了原有測量固體物料流量的方法。這種根據(jù)重力測量固體物料流量的設(shè)備后來被稱為梅里克型機械式皮帶秤。赫爾伯特·梅里克用這項發(fā)明成立了梅里克（Merrick）公司，開始生產(chǎn)皮帶秤[1]。我們在德國申克（SCHENCK）公司的歷史回顧資料中，曾看到“1902年，皮帶秤”這一段產(chǎn)品編年史，表明該公司1902年就有皮帶秤產(chǎn)品，但未看到更詳細的敘述。徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.lzjwmy.com

國外從上世紀五十年代開始使用電子皮帶秤，國內(nèi)則從1965年開始研制生產(chǎn)電子皮帶秤。時至今日，雖然核子皮帶秤、固體質(zhì)量流量計、沖量式流量計、失重式秤、轉(zhuǎn)子秤等多種固體物料連續(xù)計量設(shè)備也有一定規(guī)模的應(yīng)用，但他們?nèi)詿o法與電子皮帶秤抗衡，也無法撼動電子皮帶秤作為固體物料連續(xù)自動稱重主流計量設(shè)備的地位。

本文將從以下幾個方面介紹電子皮帶秤的發(fā)展現(xiàn)狀：傳感器、秤架、二次儀表、安裝、檢定和試驗。

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二、傳感器 徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.lzjwmy.com

電子皮帶秤的傳感器包括測量秤架上物料瞬時重量的稱重傳感器、測量皮帶行程的位移傳感器（又稱測量皮帶速度的測速傳感器）、測量皮帶傾角的傾角傳感器及測量皮帶相對位置的位置傳感器等等。當皮帶輸送機傾角固定不變時，稱重傳感器及位移傳感器兩個信號的乘積就是物料的瞬時流量；當皮帶輸送機傾角可能改變時，稱重傳感器及位移傳感器兩個信號乘積所得的物料的瞬時流量要用傾角傳感器的信號進行修正；位置傳感器是用來確定皮帶相對位置。

    稱重傳感器的結(jié)構(gòu)形式有電阻應(yīng)變式、壓磁式、差動變壓器式、電容式、壓電式、振弦式等等。電阻應(yīng)變式稱重傳感器因制作簡單、工藝成熟、精確度高（最高精確度目前可做到非線性、重復性、滯后指標優(yōu)于0.01%），一直占據(jù)90%以上的稱重傳感器市場份額，國內(nèi)市場幾乎是電阻應(yīng)變式稱重傳感器的一統(tǒng)天下。

測速傳感器的結(jié)構(gòu)形式有磁阻脈沖式、光電脈沖式、霍爾效應(yīng)式、磁敏式等多種形式，測量精確度較高的可達到0.05%，分辨率可達到0.0001m/s。徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.lzjwmy.com

公式計算表明：當皮帶輸送機水平安裝時，秤架上安裝的稱重傳感器所受的力與皮帶輸送機以傾角α安裝時相比相差cosα值。 例如，α = 15°時，cosα = 0.966，兩者相差3.4%，這樣大的差值對于皮帶秤來說是絕對不允許的。所以當皮帶輸送機傾角α改變時，皮帶秤需要重新進行檢定和試驗。在某些應(yīng)用里，皮帶輸送機的傾角是不固定的，比如原料場中使用的移動式皮帶輸送機，它可能隨料堆的高度而變換角度，在這種情況下，隨時重新進行檢定和試驗幾乎是不現(xiàn)實的，所以必須在皮帶秤的稱重系統(tǒng)中增加傾角傳感器以測量皮帶輸送機的傾角α，然后在二次儀表中計算出cosα值，最后用cosα值對稱重傳感器輸出值進行補償。

據(jù)System Equipment 公司介紹，該公司的傾角傳感器的補償范圍是0°～30°，補償?shù)男Ч�是可以將補償前造成的誤差減少到1/50，典型的數(shù)值是可將因皮帶輸送機傾角變化所造成的誤差減少到0.15%。徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.lzjwmy.com

傾角傳感器類型有磁阻力型、重力加速度型等等。

位置傳感器用來確定運行中皮帶在縱向（沿長度方向）和橫向（沿寬度方向）的相對位置，多采用磁敏傳感器或接近開關(guān)。

磁敏傳感器是對磁性敏感的傳感器，在電子皮帶秤的應(yīng)用中可將小磁鐵嵌入皮帶表面，磁敏傳感器則固定裝在距離皮帶上表面約10mm的相應(yīng)位置上，小磁鐵和磁敏傳感器一起組成皮帶位置傳感器。當嵌有小磁鐵的皮帶運行到磁敏傳感器下方時，磁敏傳感器發(fā)出脈沖信號。徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.lzjwmy.com

德國申克公司在配料皮帶秤上的環(huán)形無縫皮帶內(nèi)嵌入三角形金屬感應(yīng)裝置2，通過感應(yīng)頭1可以自動監(jiān)測皮帶的跑偏和打滑（見圖1）。徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.lzjwmy.com

位置傳感器的功能有：確定皮帶整數(shù)圈、絕對值調(diào)零、皮帶打滑檢測報警、皮帶跑偏檢測和調(diào)節(jié)。 www.lzjwmy.com

電子皮帶秤傳統(tǒng)的稱重傳感器、位移傳感器在不斷提高性能，以振弦式為代表的新型數(shù)字稱重傳感器也嶄露頭角；而類似傾角傳感器、位置傳感器這樣一些適應(yīng)皮帶秤新功能的傳感器也將得到更多的應(yīng)用。徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.lzjwmy.com

三、秤架徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.lzjwmy.com

秤架的結(jié)構(gòu)形式有單杠桿式、雙杠桿式、懸臂式、懸浮式等多種結(jié)構(gòu)形式。徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.lzjwmy.com

筆者曾采用響應(yīng)特性曲線分析方法對多種秤架結(jié)構(gòu)進行分析比較，結(jié)論是多托輥秤架優(yōu)于各種單托輥秤架，懸浮式秤架特性優(yōu)于其它各種結(jié)構(gòu)形式的秤架。比如美國拉姆齊（RAMSEY）公司同有4組稱量托輥的秤架中，17型雙杠桿式精確度指標為0.25%，而14型懸浮式精確度指標為0.125%。對多種秤架的重量進行比較后的結(jié)論是：同樣托輥組數(shù)的多托輥組合懸浮式秤架要比雙杠桿式秤架輕40%，比多托輥整體懸浮式秤架輕30%。 懸浮式秤架包括直接承重式秤架、多托輥組合懸浮式秤架和多托輥整體懸浮式秤架。直接承重式秤架近年來得到較多的應(yīng)用。美國輸送稱重（Convey Weigh）公司的CW-1i型直接承重式秤架采用了非常簡單的結(jié)構(gòu)，通過U形卡2將稱重托輥1固定在固定架上，秤架的橫梁與固定架之間采用2個懸臂梁式稱重傳感器3連接（見圖2）。www.lzjwmy.com該公司還可提供2、3、4個CW-1i型單托輥直接承重式秤架構(gòu)成的組合懸浮式秤架（見圖3），

該圖可以看到不論稱重托輥組數(shù)是多少，位移傳感器都只有一個。徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.lzjwmy.com

電子皮帶秤秤架的發(fā)展趨勢可以歸納為以下幾點：單杠桿式秤架因抗干擾能力差，精確度低，使用越來越少；懸臂式秤架僅局限于部分稱重給料機使用，使用量很少；雙杠桿式秤架雖然使用還多，但似乎已經(jīng)風光不再；直接承重式單托輥秤架已經(jīng)大量應(yīng)用在計量精確度要求不高的場合，其優(yōu)點也為廣大用戶逐漸接受；懸浮式秤架結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、精確度最高、穩(wěn)定性最好，成為電子皮帶秤秤架發(fā)展的熱點，而由直接承重式單托輥秤架構(gòu)成的多托輥組合懸浮式秤架似乎成為熱點中的亮點。 www.lzjwmy.com

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四、二次儀表 www.lzjwmy.com

二次儀表的發(fā)展趨勢可以歸納如下：

1．功能增多。從上世紀八十年代起，微機數(shù)字式皮帶秤就開始取代常規(guī)模擬皮帶秤二次儀表了。其特點除了計算精確度遠遠高于常規(guī)模擬皮帶秤二次儀表外，功能豐富也是其主要特點。

2．面板簡化。新一代的微機皮帶秤在外形尺寸減少的同時，顯示面板的尺寸增大，而操作鍵數(shù)量已減至最少。

3．顯示內(nèi)容豐富。顯示功能由模擬指針顯示向數(shù)字顯示方向發(fā)展，由單功能顯示器向1至3個多功能顯示器方向發(fā)展，由文本顯示器向圖形顯示器方向發(fā)展，由單色顯示器向彩色顯示器方向發(fā)展，由按鍵操作向觸摸屏操作方向發(fā)展。

美國梅里克公司的MC3二次儀表據(jù)稱是世界上第一臺帶觸摸屏顯示器的皮帶秤用二次儀表，它提供了用戶友好界面、圖形化LCD顯示器及觸摸屏操作方式。顯示部分實際面積為120mm×64mm，單色，240×180點陣�？娠@示簡單的模擬圖畫面，還可作趨勢圖顯示（即參數(shù)記錄曲線圖）、參數(shù)及時間數(shù)字顯示等等。

日本尤尼帕斯（UNIPULSE）公司推出F805-BC皮帶秤用全彩觸摸屏累計器，除了顯示瞬時流量、累計流量、皮帶速度，還可以顯示當前參數(shù)的趨勢曲線、運行狀況、過程信息、報警信息等等（見圖4）。圖中主畫面以數(shù)字方式顯示4個參數(shù)（其中2個還以棒狀圖方式顯示）；信息畫面顯示稱重狀態(tài)和每個故障的簡單信息；棒狀圖畫面以棒狀圖方式顯示5個主要的運行參數(shù)（皮帶速度、重量密度、瞬時流量、負荷率、給料速率）。 www.lzjwmy.com

通訊功能強化也是智能化儀表的重要標志，通過RS232、RS485、MODBUS 等方式進行多臺皮帶秤聯(lián)網(wǎng)、集中監(jiān)控或與上位計算機系統(tǒng)通訊是大多數(shù)微機皮帶秤已具有的功能，而采用IEC61158中規(guī)定的現(xiàn)場總線則是微機皮帶秤最新的發(fā)展趨勢。如可帶Modbus、Profibus-DP、DeviceNET、INTERBUS等現(xiàn)場總線，這樣很容易與PLC、DCS系統(tǒng)通訊。徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.lzjwmy.com

5．PLC+HMI構(gòu)成二次儀表。

為了使皮帶秤的二次儀表更快的跟上世界儀器儀表的發(fā)展步伐，國內(nèi)一些皮帶秤生產(chǎn)廠干脆放棄自己研制二次儀表的做法，而采用“短平快”方式以通用儀表構(gòu)成皮帶秤的二次儀表。國外很多廠家的產(chǎn)品，如瑞士哈斯勒公司、德國Hauni公司也早就這樣做了。

五、安裝徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.lzjwmy.com

電子皮帶秤的實際使用精確度除了與電子皮帶秤本身的質(zhì)量有關(guān)外，還取決于皮帶秤安裝位置的選定、皮帶輸送機的狀況和安裝質(zhì)量。電子皮帶秤質(zhì)量再好，皮帶秤安裝位置選定錯誤或不恰當、皮帶輸送機的狀況很差和安裝質(zhì)量低劣，這臺電子皮帶秤的實際使用精確度仍然很低。徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.lzjwmy.com

安裝位置的選定包括兩個問題：一是在輸送同一物料的幾條皮帶輸送機中選擇哪一條安裝電子皮帶秤，二是在選定的某條皮帶輸送機上安裝在什么位置。

選擇哪一條皮帶輸送機安裝電子皮帶秤需考慮以下幾點：不同皮帶輸送機的給料均勻性、皮帶速度、皮帶輸送機的長度、皮帶輸送機斷面形狀、皮帶輸送機的傾角、托輥的槽形角、直線段長度、皮帶拉緊裝置、下料點、卸料設(shè)備、秤架支承等等。

選擇秤架安裝在皮帶輸送機上位置需考慮以下幾點：皮帶張力值小及皮帶張力變化值小的地方、物料在進入稱量長度之前應(yīng)該在皮帶上穩(wěn)定下來不應(yīng)該發(fā)生下滑現(xiàn)象、在皮帶輸送機的直線段部分、遠離卸料犁、離卸料點一定距離。 安裝過程中的調(diào)整最重要的是準直性校準和托輥間距校準，準直性校準要求是： 秤架上的稱重托輥與其相鄰的托輥相比不存在高差，并要求與其相鄰的2組～3組托輥等高；要求稱量影響區(qū)域托輥的高度高于稱量影響區(qū)域之外的托輥，這個高度可以選為3～5mm；準直性校準允許誤差對高精確度的皮帶秤來說，可要求0.5mm，通�？梢�求1mm；在調(diào)整過程中，應(yīng)使稱重托輥處的誤差值稍偏正，即比相鄰托輥稍高一點（如0.5mm）。托輥間距校準的要求是：秤架上的稱量托輥及與之相鄰的前后各2～3組托輥間距相等。徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.lzjwmy.com

越來越多的廠家重視電子皮帶秤的安裝工作，用戶也更多的了解電子皮帶秤安裝的技術(shù)要求。

六、檢定和試驗

電子皮帶秤作為一種動態(tài)連續(xù)計量儀表來說，其使用的精確度除了與產(chǎn)品質(zhì)量、安裝位置和安裝質(zhì)量有關(guān)外，還與周期性的檢定和試驗制度密切相關(guān)。檢定和試驗方式合理及檢定和試驗周期較短的檢定和試驗制度，有利于提高電子皮帶秤的使用的精確度。

在最新的國家計量檢定規(guī)程JJG195-2002中，除了物料試驗外，作為運行檢驗裝置可以采用砝碼、掛碼、標準電信號模擬單位長度恒定載荷的效果，可以采用模擬載荷裝置（循環(huán)鏈碼、鏈碼、小車碼）模擬物料通過皮帶秤的效果。

循環(huán)鏈碼是將具有一定長度、一定重量的鏈塊連接成一個封閉的矩形圈，矩形圈上方的鏈塊仍由滾筒支撐。檢定和試驗時，通過電動機將矩形圈下方的鏈塊放到皮帶秤的稱量段上，由于鏈塊下方是平面型的，當皮帶運行時，皮帶的摩擦力帶動鏈塊同步運行，鏈圈也隨之轉(zhuǎn)動，循環(huán)鏈碼的總重量乘以循環(huán)鏈碼轉(zhuǎn)動的圈數(shù)即為檢定和試驗總重量，當檢定和試驗工作完成后，由電動機將鏈碼提升，使之離開皮帶。      徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.lzjwmy.com近年來一直致力于新型檢定和試驗方法的摸索和研制，其中空料段鏈碼試驗、物料砝碼疊加試驗均已經(jīng)取得階段成果。

空料段鏈碼試驗系統(tǒng)由鏈碼、鏈碼收放裝置、具有試驗軟硬件功能的皮帶秤二次儀表、PLC可編程序控制器、自動建立一段空皮帶的傳感器及清掃裝置等組成。在皮帶輸送機正常輸送物料的過程中，當PLC系統(tǒng)探測到皮帶上的固定觸發(fā)點時發(fā)出指令，皮帶輸送機的給料電機停止，當輸送皮帶運行“L”距離時，PLC重新啟動給料電機, 在給料電機停止及重新啟動的同時，PLC控制鏈碼收放裝置將鏈碼準確地平放在L段上。當整條鏈碼通過稱量長度后，PLC又控制鏈碼收放裝置將鏈碼收取上來，在這個過程中，皮帶秤二次儀表取其中一段進行稱重采樣，采樣結(jié)果儲存并自動的與鏈碼的標準重量進行比較。 也就是說，通過PLC的控制使長度為“L”段上的皮帶為空料，而長度比“L”段稍短的鏈碼由鏈碼收放裝置控制施加在皮帶秤上，即標準載荷是在布滿物料的輸送皮帶機的特定空料段上替代該空料段上的物料進行試驗，從而達到相當于物料試驗的目的。

據(jù)正在研制該系統(tǒng)的銅陵市三愛思電子有限公司介紹，試驗時，鏈碼的長度為12m，單位長度重量為100kg/m，而“L”段長度為13m。

物料砝碼疊加試驗法是在一臺皮帶機上安裝2臺性能相同的皮帶秤，兩臺皮帶秤相距2～3組托輥的距離，并事先將2臺秤的誤差值和誤差方向調(diào)整在基本相同的范圍內(nèi)，試驗時正常輸送物料，并在檢定皮帶秤的秤架上加標準載荷（棒狀砝碼或循環(huán)鏈碼），此時被檢二次儀表和檢定二次儀表同步累計并獲得皮帶運行整數(shù)圈時累計量的差值G；按有關(guān)公式計算出調(diào)整系數(shù)K，該系數(shù)為檢驗皮帶秤的調(diào)整系數(shù)，由于２臺皮帶秤此時的誤差相同，因此該系數(shù)也等于待檢皮帶秤的調(diào)整系數(shù)。

    其它方式的模擬載荷試驗都是在空皮帶的狀況下進行，只能模擬皮帶輸送機整個輸送面上某一段物料輸送狀態(tài)，產(chǎn)生不了實際生產(chǎn)過程中皮帶輸送機整個輸送面上布滿物料時那么大的皮帶張力，因此模擬試驗、模擬載荷試驗，甚至是模擬實際物料運行程度最高的循環(huán)鏈碼試驗，與物料輸送狀態(tài)仍存在一些差別。

但空料段鏈碼試驗、物料砝碼疊加試驗兩種方法是在不改變皮帶機整個輸送面的物料輸送工況下自動地對皮帶秤進行動態(tài)檢驗，這是傳統(tǒng)的模擬載荷檢驗無法做到的檢驗?zāi)Ｊ剑�因而置信率高�?

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