電子皮帶秤的發(fā)展趨勢

【摘要】

電子皮帶秤是皮帶輸送機(jī)輸送固體散狀物料過程中對物料進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)稱重的一種計(jì)量設(shè)備，近年來發(fā)展很快，已成為固體物料連續(xù)自動(dòng)稱重主流計(jì)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(yàn)。

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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(yàn)

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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(jī)輸送固體散狀物料過程中對物料進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)稱重的一種計(jì)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(jī)上通過物料的瞬時(shí)流量和累積流量。

1908年，美國一個(gè)年輕人赫爾伯特·梅里克（Herbert·Merrick）發(fā)明了一種皮帶輸送機(jī)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(jī)械方法進(jìn)行計(jì)算的動(dòng)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(jī)械式皮帶秤。赫爾伯特·梅里克用這項(xiàng)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(xì)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(jì)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(shí)至今日，雖然核子皮帶秤、固體質(zhì)量流量計(jì)、沖量式流量計(jì)、失重式秤、轉(zhuǎn)子秤等多種固體物料連續(xù)計(jì)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(dòng)電子皮帶秤作為固體物料連續(xù)自動(dòng)稱重主流計(jì)量設(shè)備的地位。

本文將從以下幾個(gè)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(yàn)。

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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(shí)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(dāng)皮帶輸送機(jī)傾角固定不變時(shí)，稱重傳感器及位移傳感器兩個(gè)信號的乘積就是物料的瞬時(shí)流量；當(dāng)皮帶輸送機(jī)傾角可能改變時(shí)，稱重傳感器及位移傳感器兩個(gè)信號乘積所得的物料的瞬時(shí)流量要用傾角傳感器的信號進(jìn)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(dòng)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(fù)性、滯后指標(biāo)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(dá)到0.05%，分辨率可達(dá)到0.0001m/s。徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.lzjwmy.com

公式計(jì)算表明：當(dāng)皮帶輸送機(jī)水平安裝時(shí)，秤架上安裝的稱重傳感器所受的力與皮帶輸送機(jī)以傾角α安裝時(shí)相比相差cosα值。 例如，α = 15°時(shí)，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(dāng)皮帶輸送機(jī)傾角α改變時(shí)，皮帶秤需要重新進(jìn)行檢定和試驗(yàn)。在某些應(yīng)用里，皮帶輸送機(jī)的傾角是不固定的，比如原料場中使用的移動(dòng)式皮帶輸送機(jī)，它可能隨料堆的高度而變換角度，在這種情況下，隨時(shí)重新進(jìn)行檢定和試驗(yàn)幾乎是不現(xiàn)實(shí)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(jī)的傾角α，然后在二次儀表中計(jì)算出cosα值，最后用cosα值對稱重傳感器輸出值進(jìn)行補(bǔ)償。

據(jù)System Equipment 公司介紹，該公司的傾角傳感器的補(bǔ)償范圍是0°～30°，補(bǔ)償?shù)男Ч�是可以將補(bǔ)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(jī)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(yùn)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(dāng)嵌有小磁鐵的皮帶運(yùn)行到磁敏傳感器下方時(shí)，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(dòng)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(bào)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(jìn)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(biāo)為0.25%，而14型懸浮式精確度指標(biāo)為0.125%。對多種秤架的重量進(jìn)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(gè)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(gè)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(gè)。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(diǎn)：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(jī)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(fēng)光不再；直接承重式單托輥秤架已經(jīng)大量應(yīng)用在計(jì)量精確度要求不高的場合，其優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)，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(diǎn)中的亮點(diǎn)。 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(jì)八十年代起，微機(jī)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(diǎn)除了計(jì)算精確度遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(diǎn)。

2．面板簡化。新一代的微機(jī)皮帶秤在外形尺寸減少的同時(shí)，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(gè)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(shí)際面積為120mm×64mm，單色，240×180點(diǎn)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(shí)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(jì)器，除了顯示瞬時(shí)流量、累計(jì)流量、皮帶速度，還可以顯示當(dāng)前參數(shù)的趨勢曲線、運(yùn)行狀況、過程信息、報(bào)警信息等等（見圖4）。圖中主畫面以數(shù)字方式顯示4個(gè)參數(shù)（其中2個(gè)還以棒狀圖方式顯示）；信息畫面顯示稱重狀態(tài)和每個(gè)故障的簡單信息；棒狀圖畫面以棒狀圖方式顯示5個(gè)主要的運(yùn)行參數(shù)（皮帶速度、重量密度、瞬時(shí)流量、負(fù)荷率、給料速率）。 www.lzjwmy.com

通訊功能強(qiáng)化也是智能化儀表的重要標(biāo)志，通過RS232、RS485、MODBUS 等方式進(jìn)行多臺皮帶秤聯(lián)網(wǎng)、集中監(jiān)控或與上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通訊是大多數(shù)微機(jī)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(jī)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(shí)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(jī)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(cuò)誤或不恰當(dāng)、皮帶輸送機(jī)的狀況很差和安裝質(zhì)量低劣，這臺電子皮帶秤的實(shí)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(gè)問題：一是在輸送同一物料的幾條皮帶輸送機(jī)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(jī)上安裝在什么位置。

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

選擇秤架安裝在皮帶輸送機(jī)上位置需考慮以下幾點(diǎn)：皮帶張力值小及皮帶張力變化值小的地方、物料在進(jìn)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(jī)的直線段部分、遠(yuǎn)離卸料犁、離卸料點(diǎn)一定距離。 安裝過程中的調(diào)整最重要的是準(zhǔn)直性校準(zhǔn)和托輥間距校準(zhǔn)，準(zhǔn)直性校準(zhǔn)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(gè)高度可以選為3～5mm；準(zhǔn)直性校準(zhǔn)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?fù)休伾愿咭稽c(diǎn)（如0.5mm）。托輥間距校準(zhǔn)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(yàn)

電子皮帶秤作為一種動(dòng)態(tài)連續(xù)計(jì)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(yàn)制度密切相關(guān)。檢定和試驗(yàn)方式合理及檢定和試驗(yàn)周期較短的檢定和試驗(yàn)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(jì)量檢定規(guī)程JJG195-2002中，除了物料試驗(yàn)外，作為運(yùn)行檢驗(yàn)裝置可以采用砝碼、掛碼、標(biāo)準(zhǔn)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(gè)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(yàn)時(shí)，通過電動(dòng)機(jī)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(dāng)皮帶運(yùn)行時(shí)，皮帶的摩擦力帶動(dòng)鏈塊同步運(yùn)行，鏈圈也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，循環(huán)鏈碼的總重量乘以循環(huán)鏈碼轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)即為檢定和試驗(yàn)總重量，當(dāng)檢定和試驗(yàn)工作完成后，由電動(dòng)機(jī)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(yàn)方法的摸索和研制，其中空料段鏈碼試驗(yàn)、物料砝碼疊加試驗(yàn)均已經(jīng)取得階段成果。

空料段鏈碼試驗(yàn)系統(tǒng)由鏈碼、鏈碼收放裝置、具有試驗(yàn)軟硬件功能的皮帶秤二次儀表、PLC可編程序控制器、自動(dòng)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(jī)正常輸送物料的過程中，當(dāng)PLC系統(tǒng)探測到皮帶上的固定觸發(fā)點(diǎn)時(shí)發(fā)出指令，皮帶輸送機(jī)的給料電機(jī)停止，當(dāng)輸送皮帶運(yùn)行“L”距離時(shí)，PLC重新啟動(dòng)給料電機(jī), 在給料電機(jī)停止及重新啟動(dòng)的同時(shí)，PLC控制鏈碼收放裝置將鏈碼準(zhǔn)確地平放在L段上。當(dāng)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(gè)過程中，皮帶秤二次儀表取其中一段進(jìn)行稱重采樣，采樣結(jié)果儲存并自動(dòng)的與鏈碼的標(biāo)準(zhǔn)重量進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)載荷是在布滿物料的輸送皮帶機(jī)的特定空料段上替代該空料段上的物料進(jìn)行試驗(yàn)，從而達(dá)到相當(dāng)于物料試驗(yàn)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(yàn)時(shí)，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(yàn)法是在一臺皮帶機(jī)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(yàn)時(shí)正常輸送物料，并在檢定皮帶秤的秤架上加標(biāo)準(zhǔn)載荷（棒狀砝碼或循環(huán)鏈碼），此時(shí)被檢二次儀表和檢定二次儀表同步累計(jì)并獲得皮帶運(yùn)行整數(shù)圈時(shí)累計(jì)量的差值G；按有關(guān)公式計(jì)算出調(diào)整系數(shù)K，該系數(shù)為檢驗(yàn)皮帶秤的調(diào)整系數(shù)，由于２臺皮帶秤此時(shí)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(yàn)都是在空皮帶的狀況下進(jìn)行，只能模擬皮帶輸送機(jī)整個(gè)輸送面上某一段物料輸送狀態(tài)，產(chǎn)生不了實(shí)際生產(chǎn)過程中皮帶輸送機(jī)整個(gè)輸送面上布滿物料時(shí)那么大的皮帶張力，因此模擬試驗(yàn)、模擬載荷試驗(yàn)，甚至是模擬實(shí)際物料運(yùn)行程度最高的循環(huán)鏈碼試驗(yàn)，與物料輸送狀態(tài)仍存在一些差別。

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

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