电子皮带秤发展综述.doc

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1、子皮带秤发展综述 Post By：2009-7-7 9:00:54 电子皮带秤发展综述方原柏（昆明有色冶金设计研究院）摘要：作为固体物料连续自动称重设备的电子皮带秤近年来发展很快，本文从以下方面概述了电子皮带秤的发展：传感器、秤架、二次仪表和检定。关键词：电子皮带秤 传感器 秤架 二次仪表 检定文章标识码： 中图分类号：The Development of Electronic Belt ScaleFANG Yuanbai Abstract Electronic belt scale which it is as solid material continuous and automatic

2、weighing device developed recently speedily. The development of sensor, load receptor, instrument and calibration in electronic belt scale are introduced.Key words Electronic belt scale, Sensor, Load receptor, Instrument, Calibration1 概述电子皮带秤是在皮带输送机输送物料过程中同时进行物料连续自动称重的一种计量设备，其特点是称量过程是连续和自动进行的，通常不需要操

3、作人员的干预就可以完成称重操作。所以在国际法制计量组织（OIML）的R50国际建议及国家计量检定规程的标题中，均称这种计量设备为“连续累计自动衡器”，而只是在随后的括号内说明是皮带秤。国外从上世纪五十年代开始使用电子皮带秤，国内则从六十年代末期开始试生产电子皮带秤。时至今日，虽然核子皮带秤、固体质量流量计、冲量式流量计、失重式秤等多种固体物料连续计量设备也有一定规模的应用，但他们仍无法与电子皮带秤抗衡，也无法撼动电子皮带秤作为固体物料连续自动称重主流计量设备的地位。电子皮带秤主要由传感器、秤架、二次仪表三大部分组成，在实际应用过程中，要想使电子皮带秤在一个较长的时间周期内保证一定的精确度，其检

4、定过程非常重要，所以本文将从以下几个方面介绍电子皮带秤的发展现状：传感器、秤架、二次仪表、检定。2 传感器电子皮带秤的传感器包括测量秤架上物料瞬时重量的称重传感器及测量皮带速度的测速传感器（又称测量皮带行程的位移传感器），称重传感器及测速传感器两个信号的乘积就是物料的瞬时流量。称重传感器的结构形式有电阻应变式、压磁式、差动变压器式、电容式、压电式、振弦式等等。电阻应变式称重传感器因制作简单、工艺成熟、精确度高(最高精确度目前可做到非线性、重复性、滞后指标优于0.01%)，一直占据90%以上的称重传感器市场份额，国内市场几乎是电阻应变式称重传感器的一统天下。德国申克（SCHENCK）公司PTR电

5、阻应变式称重传感器的阻值为4k，是国内电阻应变式称重传感器阻值的10倍以上，它具有工作电流小、输出信号大等优点。最新的数字化智能称重传感器可由微处理器芯片对常规桥路进行补偿和调整，进行非线性、滞后、蠕变等性能的修正，从而大大提高称重传感器的性能。压磁式称重传感器的代表厂家是ABB公司，该传感器输出功率大，过载能力强，可在高温、潮湿、多尘等恶劣环境条件下长期工作。振弦式称重传感器的代表厂家是瑞士哈斯勒（HASLER）公司，该公司采用SFT振弦式称重传感器的电子皮带秤已在中国有较多应用。SFT振弦式称重传感器的特点如下：重复性、线性为满刻度的0.01%，稳定性为0.03%，与电阻应变式称重传感器的

6、指标大体相当；微小的被测力变化可产生较大的频率变化，分辨率高达百万分之一，灵敏度高；直接数字称重，被处理的信号及输出信号都是数字信号，处理过程无A/D、D/A 转换，运算精确度高；抗电气干扰、抗振动干扰能力强；传感器内装有温度传感器，温度补偿灵敏度可达0.0001%/；非位移式测量原理，测量过程几乎无位移发生，不影响秤架的校准状态 ；有动态过载保护装置；最多15台传感器可在同一根串行总线上传递信号，最大传送距离为500m，所以这是一种很有特色的称重传感器。测速传感器的结构形式有磁阻脉冲式、光电脉冲式、霍尔效应式、磁敏式等多种形式，测量精确度较高的可达到0.05%0.1%，分辨率可达到0.000

7、1m/s。3 秤架在国家计量检定规程中对秤架的正式称呼是“承载器”（Load receptor ），但我们还是按习惯把它称为秤架吧！秤架的结构形式有单杠杆式、双杠杆式、悬臂式、悬浮式等多种结构形式。单杠杆式秤架只有一组称量杠杆，其上支承了1组或几组称量托辊（即单托辊秤架或单杠杆多托辊秤架），秤架通常由称量杠杆、支点、平衡重物等组成，结构较为简单，但称量精确度不高（特别是单托辊秤架）。双杠杆式秤架由互为对称的两组称量杠杆组成，每组称量杠杆上支承了1组或几组称量托辊，秤架结构复杂，秤体庞大，但它的互为对称的两组称量杠杆在称量过程中可以抵消一些水平分力（如皮带张力、皮带跑偏引起的侧向力）对称量精确度

8、的影响，所以秤架性能稳定，称量精确度较高。悬臂式秤架通常是在专用的短皮带输送机上采用，短皮带输送机的整体只由支点和称重传感器承重，这种秤架只用于尺寸短小的定量给料机或专用的计量皮带秤，称量精确度中等。悬浮式秤架类似静态称重的称重平台，称重平台上支撑了1组或几组称量托辊，笔者曾采用响应特性曲线分析方法对多种秤架结构进行分析比较，结论是悬浮式秤架特性优于上述其它各种结构形式的秤架1。比如美国拉姆齐（RAMSEY）公司同有四组称量托辊的秤架中，17型双杠杆式精确度指标为0.25%，而14型悬浮式精确度指标为0.125%，并声称有最佳的计量性能，且获得NTEP型式认证及OIML、EEC 1级标准认证。

9、直接承重式秤架近年来得到较多的应用，其特点是称重托辊组直接与称重传感器相连，秤架部分是“三无”，即无杠杆、无支点、无平衡重，再说夸张一点，是无秤架。按响应特性曲线分析方法对直接承重式秤架结构进行分析后，我们可以看到其特性仍属于悬浮式秤架，只不过它是单托辊悬浮式秤架。早期的瑞典通用电气公司（ASEA）的单托辊秤、近期瑞士哈斯勒公司的单托辊及多托辊秤、德国申克公司MULTIBELT BEM单托辊秤和MULTIDOS配料秤及德国西门子在加拿大的子公司妙声力（Milltronics）公司的单托辊及多托辊秤均是这种结构。直接承重式秤架结构最简单，尺寸最小，重量最轻，以妙声力公司500、650、800、1

10、000mm宽的单托辊皮带秤为例，秤架部分重量仅为37、40、44、52kg，大致是同样皮带宽度其它类型秤架重量的1/21/4。瑞士哈斯勒公司的多托辊秤及妙声力公司的多托辊秤的特点是采用多个单托辊秤架构成多托辊秤架，如双托辊秤架就是采用两个单托辊秤架组成，除了将各自称重传感器的信号送至同一台二次仪表外，这两个单托辊秤架在机械上或其它方面无任何关联，所以秤架的通用性很好。瑞士哈斯勒公司的单托辊秤架及多托辊秤架上有一个横向架，它是由左右边架及中心架通过螺栓连接的，由于中心架上同时冲有多个螺栓孔，所以秤架的宽度可变，即改变连接螺栓孔的位置可适应不同宽度的皮带输送机或不同国家的皮带输送机一定范围内宽度的

11、变化。直接承重式秤架的称重传感器不能去除皮重，它是将托辊组重、相应皮带重、连接件重等各部件所形成的皮重与实际输送的物料重一起称，这样称重传感器实际使用范围较小（作者所使用几台秤的称重传感器实际使用范围约为2030%），而带平衡重的杠杆式秤架称重传感器实际使用范围可达5080%。但由于称重传感器目前的精确度非常高，即使是实际使用范围仅为2030%，其重量测量精确度仍高于0.1%，也足以满足皮带秤的要求。国内铜陵三爱思公司的单托辊秤SSS-50ICS、徐州三原公司的单托辊秤ICS-30A都采用了类似妙声力公司的单托辊秤的无支点、无杠杆、双称重传感器的直接承重式秤架结构。对于皮带上容易黏附物料的皮带

12、秤，由于皮带秤的皮重随时变化影响检测精确度，瑞士哈斯勒公司在定量给料机下料点的前后设有两个秤架，前一秤架测量皮重，后一秤架测量皮重加料重，两个信号在二次仪表中作相减运算，即可得到精确的物料瞬时流量。4 二次仪表从上世纪八十年代起，微机数字式皮带秤就开始取代常规模拟皮带秤二次仪表了。其特点除了计算精确度远远高于常规模拟皮带秤二次仪表外，功能丰富也是其主要特点。以往常规模拟皮带秤二次仪表只有重量信号与皮带速度信号的乘法运算、累计值运算及简单的调零、调满值功能，而采用微机数字式皮带秤后，多达数十种功能可以储存在二次仪表内供用户随时调用，这些功能包括：自动调零、自动调满值、秤架特性非线性补偿、温度补偿

13、、数字滤波、模拟检定精确度自动计算及结果判定、有关参数输入（如量程、托辊间距、皮带倾角、模拟标定值、累计值的分辨率等等）、工制英制单位（如t/h、lb/s）选择、输入参数及中间计算参数显示、总运行时间显示、各种调整（调零、调满值）次数显示、多个称重传感器平衡调整、称重传感器及测速传感器数值调整、多组内部及外部累计器、PID控制、定值控制、各种参数报警等等。这些功能的增加都是通过软件实现的，所以二次仪表的成本并不增加。此外，新一代的微机皮带秤在外形尺寸减少的同时，显示面板的尺寸增大，显示内容更为丰富，而操作键数量已减至最少，如瑞士哈斯勒公司VHRS皮带秤二次仪表仅有5个键，妙声力公司的BW100

14、二次仪表仅有4个键，但均可通过这几个键盘设置五六十个参数，可以实现多达数十项功能。而国产电子皮带秤用二次仪表的面板看起来复杂得多，操作键盘多达一二十个（如湖南计算机厂WPC-DII二次仪表，面板上共有16个键盘，如复位、标定、自检、校时、校皮、清除、查询、带长、设置、打印、给定、自动、选择、上翻、下翻、SHIFT），而可以实现的功能却少得多。所以建议国产电子皮带秤用二次仪表走少键盘、多参数、多功能的思路，实现产品成本下降、功能强化的目标。通讯功能强化也是智能化仪表的重要标志，通过RS232、RS485、MODBUS 等方式进行多台皮带秤联网、集中监控或与上位计算机系统通讯是大多数微机皮带秤已具

15、有的功能，而采用IEC61158种规定的现场总线则是微机皮带秤最新的发展趋势。妙声力公司的BW100有三种通讯方式：Dolphin Plus、CVCC、BIC-2。Dolphin Plus是以Windows为基础的妙声力公司软件接口和红外ComVeter连接，可通过PC机或笔记本电脑进行所有参数的设定后下载；CVCC是连接到RS-232或RS-485妙声力公司双极回路的通讯接口；BIC-2是妙声力公司连接到RS-232或RS-485双极回路的缓冲转接器，每台BIC-2可接最多6台BW100，电缆长度最大3000m。妙声力公司更高档的BW500二次仪表除可带Modbus总线外，还可带Profib

16、us-DP、DeviceNET等现场总线，这样很容易与西门子公司或其它公司的PLC、DCS系统通讯。申克公司DISOCONT二次仪表可带Modbus、Profibus-DP、DeviceNET、INTERBUS等现场总线。为了使皮带秤的二次仪表更快的跟上世界仪器仪表的发展步伐，国内一些皮带秤生产厂干脆放弃自己研制二次仪表的做法，而采用“短平快”方式以通用仪表构成皮带秤的二次仪表，例如为烟草行业生产专用皮带秤的昆船电子公司就采用西门子的S7-300加小型人机接口HMI代替原有二次仪表，不仅提高了仪表的档次，增强了可靠性，而且像现场总线、与上位机联网、今后产品升级之类问题都一次性的解决了，其价格也

17、是用户可以接受的。徐州三原公司SY2000-ZJP配料系统也采用了进口PLC直接接受称重传感器和测速传感器信号，并在PLC中完成瞬时流量、累计流量运算和物料瞬时流量的PID调节及多种物料的配比控制。该公司CJZ-2000称重管理系统则采用研华公司的ADAM模块完成数据采集任务，然后通过RS485送至工控机。5 检定电子皮带秤作为一种动态连续计量仪表来说，其使用的精确度除了与产品质量、安装位置和质量有关外，还与周期性的检定制度密切相关。检定方式合理及检定周期较短的检定制度，有利于提高电子皮带秤的使用的精确度。在最新的国家计量检定规程JJG195-2002中，除了物料试验外，作为运行检验装置可以采

18、用砝码、挂码、标准电信号模拟单位长度恒定载荷的效果，可以采用模拟载荷装置（循环链码、链码、小车码）模拟物料通过皮带秤的效果。大多数读者对砝码、挂码、标准电信号模拟、链码已有了解，这里仅介绍一下小车码及循环链码。小车码的结构形式像一个四轮小车，每两个滚轮由轴连接成前轮或后轮，前后轮则由伸缩连杆联成一个整体。前后轮的中心有一个砝码架，可加挂标准砝码，以改变小车码的总重量，前后轮上还有拉线杆可拉绳索以固定小车码。前后轮的结构完全相同，重量相等且通常为千克的整数倍。由此可知，小车码主要用于单托辊秤的检定，将小车码的前后轮安放在单托辊秤称量托辊的上方，左右各一个，通过伸缩连杆长度的调整，使小车码前后轮的

19、中心距等于单托辊秤的称量段长度。由受力分析可知，只要小车码前后轮的中心距与单托辊秤的称量段长度相等，前轮与后轮相对于称量托辊位置的变化不影响检定精确度。由以上介绍可知，从结构来看，小车码比砝码复杂，但比链码简单；从模拟物料试验的近似程度来看，它比砝码要好，但比链码稍差。循环链码是将具有一定长度、一定重量的链块连接成一个封闭的矩形圈，矩形圈上方的链块仍由滚筒支撑。检定时，通过电动机将矩形圈下方的链块放到皮带秤的称量段上，由于链块下方是平面型的，当皮带运行时，皮带的摩擦力带动链块同步运行，链圈也随之转动，循环链码的总重量乘以循环链码转动的圈数即为检定总重量，当检定工作完成后，由电动机将链码提升，使

20、之离开皮带。或者采用国家计量检定规程JJG195-2002中的说法来定义循环链码：循环链码是由若干个标准质量块，首尾相接组成闭合链，随输送皮带移动，将重力连续地作用在皮带秤上。全国质量计量技术委员会电子皮带秤鉴定方法比对试验小组在某电厂进行的实物校验装置（电子料斗秤）与模拟实物校验装置（北京春海技术开发公司生产的循环链码）的对比试验，结果是最大误差值：实物校验装置为-0.118%，模拟实物校验装置为-0.149% ；而相对误差最大差值及相对误差实验标准差：模拟实物校验装置优于实物校验装置。试验小组的建议是：在制定国家计量检定规程时，把皮带秤实物校验装置（包括电子料斗秤、电子汽车衡和电子轨道衡等

21、）作为检定0.5级、1级和2级皮带秤的主要标准器具进行首次检定和使用中检验；皮带秤模拟实物校验装置（循环链码）作为标准器具的一种写入新的检定规程中。国家电力公司发输电部及中能电力工业燃料公司的发输电计200137号文对春海技术开发公司生产的循环链码模拟实物检测装置作了如下评价：该装置进行实物修正后具有良好的长期稳定性和重复性，能与实物检测装置同步反映电子皮带秤准确度的变化；投资少、不增加占地、维护工作量小、操作方便、可靠性强；能作为电子皮带秤使用中检验的标准。在国家计量检定规程JJG195-2002 8.2.1.4条中规定“通常可用循环链码等重复性达到0.1%的模拟载荷装置对0.5级皮带秤、1

22、级皮带秤、2级皮带秤进行使用中检验；使用其它模拟载荷装置对1级皮带秤、2级皮带秤进行使用中检验”。截至2003年6月，已有26个电厂采用了52套循环链码。特别值得一提的是，小车码和循环链码均为中国计量专家开发研制的新产品，特别是循环链码的使用已引起国外厂家的关注。由于物料试验仍是最权威的检定方法，所以对皮带秤精确度要求高的行业，如电厂、部分冶金化工厂采用了带校验料斗秤的物料标定装置。上海华东电子仪器厂、徐州三原称重技术公司、徐州华能测控机电设备公司生产实物校验装置，它是一个高精确度的电子料斗秤，为了保证电子料斗秤的使用精确度，配有一套四等标准砝码，标准砝码的加载、卸载均由电动机构完成，通过量值的传递，保证系统的检测精确度。参考文献：1 方原柏，电子皮带秤的原理及应用，北京，冶金工业出版社，1994年。