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1、电子皮带秤运行检验装置性能的理论分析法方原柏(昆明有色冶金设计研究院，650051） Performance Theoretical Analysis for Simulation Verification and Test of Electronic Belt Weigher FANG Yuan-bai摘要: 首先介绍了现有几种运行检验装置，随后提出了对运行检验装置性能进行评价的理论分析法，并运用这一方法评价了现有几种运行检验装置以及新型物料砝码叠加运行检验装置。关键词： 理论分析法 电子皮带秤 运行检验装置 性能分析中图分类号TH715.1 文献标识码 文章编号1 概述电子皮带秤在使用过程
2、中需要定期进行检定和试验，才能确保其称重精确度。检定是为查明和确认皮带秤是否符合法定要求的程序，它包括检查、加标记和（或）出具检定证书，是由得到授权或认可的机构和人员依法从事的测试活动。试验则是在皮带秤使用现场或定型的试验场所对完整的皮带秤进行的性能试验。检定分首次检定、后续检定和使用中检验。首次检定是对未曾检定过的皮带秤所进行的一种检定；后续检定是皮带秤首次检定后的任何一种检定，后续检定包括：强制性周期检定，修理后检定，周期检定有效期内的检定； 使用中检验是为检查皮带秤的检定标记或检定证书是否有效、保护标记是否损坏、检定后皮带秤是否遭到明显改动，以及其示值误差是否超过使用中最大允许误差所进行
3、的一种检查。试验分物料试验、模拟试验和模拟载荷试验。物料试验是采用皮带秤预期称量的物料，在皮带秤使用现场或典型的试验场所对完整的皮带秤进行的一种试验；模拟试验是在无皮带输送机的情况下，采用标准砝码对完整的皮带秤组成的试验装置进行的一种试验；模拟载荷试验是在皮带秤使用现场，采用模拟载荷装置模拟物料通过皮带秤（具有皮带输送机）的一种试验。模拟试验和模拟载荷试验通常不能直接确定皮带秤的精确度，但是它对确定皮带秤的重复性和稳定性很有帮助。像模拟试验和模拟载荷试验这样的能检验皮带秤某些性能的装置被称为运行检验装置。采用现有的运行检验装置进行的试验有：电信号试验、挂码试验、小车码试验、链码试验、循环链码试
4、验等。2电信号试验电信号试验就是由累计器内部产生一个模拟称重传感器输出的mV信号以进行电子皮带秤模拟试验的一种方法，具体做法可在称重传感器电桥的一条臂上并接一个精密的线绕电阻1（见图1），并用状态选择开关2进行切换。皮带秤在“运行”状态时，开关断开线绕电阻1与电桥的一个接线点，称重传感器在物料重量的作用下产生变形，桥臂各个电阻的阻值发生变化，桥路不平衡，输出一个mV信号到累计器；皮带秤在“试验”状态时，虽然皮带秤上并无荷重，但是开关把线绕电阻1接入桥路，使得桥路不平衡，也输出一个mV信号到累计器。如果在物料重量P作用下称重传感器的输出信号等于空载而线绕电阻1电阻值R接入桥路时称重传感器的输出信
5、号，那么P就是线绕电阻1电阻值R的等值荷重。一般情况下，根据额定负荷来选取线绕电阻1的电阻值R。 图1 电信号试验1 精密线绕电阻；2状态选择开关3 挂码试验挂码试验是将一定重量的砝码挂在秤架上的某个部位进行试验的方法，这些部位可以是：试验架、试验吊杆、试验棒安装孔等等。有些棒状砝码是安放在专用的试验架或放入安装孔进行挂码试验，图2所示是将试验砝码3通过吊钩2挂在砝码吊杆1上进行挂码试验的示意图。图2 挂码试验1-砝码吊杆；2-吊钩；3-砝码当皮带输送机处于静止状态进行的挂码试验称为静态挂码，在启动皮带输送机情况下进行的挂码试验称为动态挂码。静态挂码用于不带位移传感器的皮带秤或累计器有模拟位移
6、传感器输出功能的皮带秤，动态挂码适合于各种皮带秤。动态挂码的优点是试验结果反映了皮带输送机运行状态下的部分干扰，如皮带重量变化、皮带张力变化的干扰，因而比静态挂码更接近实际物料输送状态。4 小车码试验小车码的结构形式像一个4轮小车，每2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kg的整数倍。由此可知，小车码主要用于单托辊秤的试验，将小车码的前后轮安放在单托辊秤称重托辊的上方，左右各一个，通过伸缩连杆长度的调整，使小车码前后轮的中心距等于
7、单托辊秤的称量段。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相等，前轮与后轮相对于称重托辊位置的变化不影响试验精确度。5 滚链试验滚链的结构见图3，它是由许多质量相等的滚轮3通过间距很近的链板5连接成的一整条链子。试验时，把滚链安放在皮带4的上方，两端通过固定绳2固定在立柱1上，当皮带输送机启动后，滚轮3即在皮带4上原地转动，以模拟物料随皮带的运动。滚轮3内装有轴承，使之转动灵活，滚轮两侧有端盖，以便密封。图3 滚链结构1-立柱；2-固定绳；3-滚轮；4-皮带；5-链板；6-固定环6 循环链码试验10.7.1 循环链码的工作原理循环链码是一种新型模拟载荷试验装置。它主要由标准质
8、量循环码块组成的码块链条、链码托辊及支架、主辅升降系统、称重传感器、位移传感器、校验累计器及控制系统组成，如图4所示。图4 循环链码结构示意图1-支架；2-码块链条；3-皮带秤的秤架；4-称重传感器；5-升降系统；6-皮带；7-地面；8-检验累计器；9-位移传感器；10-电控箱试验时，启动皮带机，操作升降系统5工作使码块链条2在下降状态，部分码块自动降落在秤架3附近的皮带上，码块链条2随着皮带的移动循环通过称量段，码块的重量作用在称量段上，皮带秤累计器得到循环链码通过秤架的累计重量。与此同时，检验累计器8也累计循环链码作用在称量段的重量，将检验累计器的累计值与皮带秤累计器累计值进行比较，就可以
9、确定皮带秤累计器累计值误差，从而完成试验工作。当升降系统5工作在提升状态时，循环链码自动提升离开皮带，整个试验工作结束。循环链码是由数百个标准质量码块连接成的闭合链条（见图5），标准质量码块为精密铸钢件，用数控机床加工。图5 在皮带上方的两条标准质量循环码块7 运行检验装置性能的比较7.1 理论分析法的基础采用现有的运行检验装置可进行电信号试验、挂码试验、小车码试验、滚链试验、循环链码试验，这些试验方法使用的效果、试验精确度会怎样？当然可以用大量的试验结果来验证。但我们是否可以将理论上分析的结果与试验结果进行对比，看两者是否吻合；当一些新的模拟试验方法出现时，先从理论上探索其前景如何，这样不就
10、可以少走一些弯路吗。经过分析，我们确定了理论分析法的基础，也就是说运行检验装置要模拟实际物料称重过程，其关键要看运行检验装置与实际物料称重过程模拟程度如何。运行检验装置模拟实际物料称重过程的模拟程度不高，则其试验精确度也不可能高；运行检验装置模拟实际物料称重过程的模拟程度高，则其试验精确度也高。7.2 实际物料称重过程的特点实际物料称重过程有以下6个特点：物料对秤架施加了实际荷重；物料加在皮带上方，物料的重力通过皮带作用在秤架上；不仅称量段有物料，邻近称量段的区域也有物料；物料是施加在整条皮带的承载段上；物料在皮带上是连续的；物料是随皮带同步移动的。7.3 现有的运行检验装置性能的理论分析7.
11、3.1 电信号试验与实际物料称重过程的特点比较可知，电信号试验方法是在传感器中应变片组成的电桥臂上接入一个电阻，并没有对秤架施加实际荷重。上述实际物料称重过程的6个特点中电信号试验一个也不具备。7.3.2 挂码试验挂码试验时砝码对秤架施加了实际荷重，但砝码的重量没有通过皮带，是直接压在称重托辊架上，并使得称重托辊有离开皮带的趋势，从而使运转中的皮带对称重托辊的压力减少，皮带张力也减少。在实际输送物料时，皮带上的物料是通过皮带作用在称重托辊上，物料的重量使皮带更加贴紧在称重托辊上，因而运转中的皮带对称重托辊的压力增大，皮带张力也增大，这与挂码试验的情况正好相反。挂码试验是集中载荷，非连续荷重，载
12、荷不随皮带同步移动。上述实际物料称重过程的6个特点中挂码试验仅仅具备对秤架施加了实际荷重这一个特点。7.3.3 小车码试验小车码试验时对秤架施加了实际荷重；小车位于皮带之上，小车的重量是通过皮带压在称重托辊架上，使皮带更加贴紧在称重托辊上；与空皮带时相比，皮带张力稍有增加。小车码试验是两点集中载荷，非连续荷重，载荷不随皮带同步移动。上述实际物料称重过程的6个特点中小车码试验具备对秤架施加了实际荷重、小车码是加在皮带上方其重力通过皮带作用在秤架上这2个特点。7.3.4 滚链试验滚链试验时对秤架施加了实际荷重；滚链位于皮带之上，滚链的重量是通过皮带压在称重托辊架上，使皮带更加贴紧在称重托辊上；由于
13、滚链是在一定的长度（如69m）上分布有滚轮，在这一段长度上为近似的均布荷载，不仅称量段有荷重，邻近称量段的区域也有荷重；滚链加在皮带上的重量远远超过小车码，增大了皮带对称重托辊的压力，摩擦力也加大，所以皮带张力增加得较多，较为接近物料实际输送时的皮带张力。滚链试验是多点集中载荷，非连续荷重，载荷不随皮带同步移动。上述实际物料称重过程的6个特点中滚链试验具备对秤架施加了实际荷重、滚链加在皮带上方其重力通过皮带作用在秤架上、滚链是施加在称量段及其邻近区域部分皮带的承载段上这样3个特点。7.3.5 循环链码试验循环链码试验时对秤架施加了实际荷重；循环链码位于皮带之上，循环链码的重量是通过皮带压在称重
14、托辊架上，使皮带更加贴紧在称重托辊上；由于循环链码是在一定的长度（如69m）上分布有链块，在这一段长度上为近似的均布荷载，不仅称量段有荷重，邻近称量段的区域也有荷重；循环链码试验时链块随皮带同步移动；链块是一个接一个的，其中空隙很小（见图5），基本可认为循环链码在皮带上是连续荷重；循环链码加在皮带上的重量与滚链相近，所以皮带张力也与滚链试验时相近，较为接近物料实际输送时的皮带张力。上述实际物料称重过程的6个特点中循环链码试验具备对秤架施加了实际荷重、循环链码加在皮带上方其重力通过皮带作用在秤架上、循环链码是施加在称量段及其邻近区域部分皮带的承载段上、荷重在皮带上是连续的、载荷随皮带同步移动这样
15、5个特点。7.3.6现有的运行检验装置性能的理论分析结论从上面进行的现有的运行检验装置性能的理论分析可以清楚地看到，模拟试验方法与实际物料称重过程的模拟程度从低到高依次是：电信号试验、挂码试验、小车码试验、链码试验、循环链码试验。对照运行检验装置已经完成的实验结果，验证了这种理论分析法结论是合理，方法是可行的。运行检验装置模拟实际物料称重过程的模拟程度不高，则其试验精确度也不可能高，所以在最新的国家计量检定规程JJG195-2002中规定，“作为运行检验装置可以采用砝码、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”。显然，
16、电信号试验和挂码试验只能模拟单位长度恒定载荷的效果，而未列入模拟物料通过皮带秤的效果。而另外3种试验方法：小车码试验、链码试验、循环链码试验，则列入可模拟物料通过皮带秤的效果的模拟载荷装置一类。国家计量检定规程中新增加的内容之一是：“使用中检验应使用实际使用物料进行，对于难以经常使用物料进行使用中检验的皮带秤，使用中检验可以使用模拟载荷装置替代实际物料进行使用中检验。其条件是模拟载荷装置的试验结果必须是“按模拟载荷试验的要求经物料试验修正后的试验结果”。并明确规定：“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级皮带秤和2级皮带秤进行使用中检验；使用其他模拟载荷装置对
17、1级皮带秤和2级皮带秤进行使用中检验。”由此可见，在国家计量检定规程中是将循环链码作为重复性达到0.1%的模拟载荷装置，因而可以对0.5级皮带秤、1级皮带秤和2级皮带秤进行使用中检验，而另外一些模拟载荷装置，如小车码试验、链码试验，则只能对1级皮带秤和2级皮带秤进行使用中检验，而不能作为0.5级皮带秤进行使用中检验的模拟载荷装置。8 新型运行检验装置的评价在前面进行的模拟试验方法与实际物料称重过程模拟程度的研究过程中，我们发现实际物料称重过程的6个特点在上述5种模拟试验方法有的完全不具备（如电信号试验），有的仅具备一两个特点（如挂码试验、小车码试验），滚链试验具备了3个特点，而模拟程度最高的循
18、环链码试验虽然具备了5个特点，但仍然不具备“物料是施加在整条皮带的承载段上”这一比较重要的特点。也正因为如此，上述5种模拟试验方法仍然只能作为一种辅助手段应用于皮带秤的检定和试验过程。所以在国家计量检定规程中规定：皮带秤的首次检定、后续检定必须使用皮带秤预期使用的物料或实际称量的物料，而即使是在使用中检验时，规程中规定：“使用中检验应使用实际使用物料进行，对于难以经常使用物料进行使用中检验的皮带秤，使用中检验可以使用模拟载荷装置替代实际物料进行使用中检验。”为了寻求新型运行检验装置，突破点应该是新装置全面具备实际物料称重过程的6个特点，也就是说除了具备上述运行检验装置的一些特点外，还应该具备“
19、物料是施加在整条皮带的承载段上”这一特点。铜陵市三爱思电子公司、浙江余姚纪铭称重校验设备有限公司等近年来一直致力于新型运行检验装置的摸索和研制，其中物料砝码叠加试验已经取得阶段成果。铜陵市三爱思电子公司、中国科技大学共同研究开发的“ICS-PJZ型电子皮带秤计量、校验集成系统” 1的基本原理见图6。图 6 采用棒状砝码的物料砝码叠加试验1-皮带输送机；2-被检皮带秤；3-物料；4-检定皮带秤；5-被检累计器；6-棒状砝码；7-检定累计器在一台皮带机上安装2台性能相同的皮带秤（被检皮带秤2和检定皮带秤4），两台皮带秤相距23组托辊的距离，并事先将两台秤的误差值和误差方向调整在基本相同的范围内，试
20、验时正常输送物料3，并在检定皮带秤4的承载器上加标准载荷（棒状砝码）6，此时被检累计器和检定累计器同步累计并获得皮带运行整数圈时累计量的差值G；按有关公式计算出调整系数K，该系数为检定皮带秤的调整系数，由于台皮带秤此时的误差相同，因此该系数也等于被检皮带秤的调整系数。该公司所提供的技术参数为可以满足皮带秤准确度等级0.5级的试验要求。由于试验时仍正常输送物料，同样用实际物料称重过程的6个特点来分析，物料砝码叠加试验同时具备这6个特点。但需要指出的是，虽然所附加的标准载荷（棒状砝码）是属于集中荷重并加在皮带下方，对秤架的受力和皮带张力有影响，但由于在试验时仍正常输送物料，其影响是比较小的，皮带张
21、力总的状况应该更接近于正常输送物料的状况。所以作者的意见是在秤架的特性稳定的前提条件下，采用棒状砝码的物料砝码叠加试验的性能应该稍稍优于循环链码试验。浙江余姚纪铭称重校验设备有限公司是一家专门从事称重校验设备研制的公司，它采用循环链码进行物料砝码叠加试验2，可在皮带输送机空载情况下试验，也可在皮带输送机正常输送物料情况下试验，该公司所提供的技术参数为：皮带秤计量准确度0.10.2%，校验准确度优于0.1%。试验过程大体与采用棒状砝码的物料砝码叠加试验相似。图7 采用循环链码的物料砝码叠加试验 与采用棒状砝码的物料砝码叠加试验比较，所附加的标准载荷由棒状砝码改为循环链码（见图7），虽然棒状砝码的
22、结构远较循环链码简单，但采用循环链码可以克服棒状砝码的集中荷重且荷重加在皮带下方的缺点，应该说它几乎能完全满足实际物料称重过程的6个特点。要说还有不同的话，只是在正常输送物料的同时额外附加了一个荷重，但我们可以将这看作是正常输送物料量加大了一点（例如瞬时流量从60%加大到80%）。所以作者的意见是在秤架的特性稳定的前提条件下，采用循环链码的物料砝码叠加试验物料砝码叠加试验的性能应该稍稍优于采用棒状砝码的物料砝码叠加试验，当然其性能应该优于单纯的循环链码试验。上述对新型运行检验装置的评价意见仅仅只是用本文提出的理论分析法得出的参考意见，作者希望能有更权威、更充分的试验结论验证这种理论分析法。参考文献1 铜陵市三爱思电子有限公司，ICS-PJZ型电子皮带秤计量、校验集成系统，2005年3月，企业网站资料。2 陈隆海，自带实物校验装置的皮带秤，中国计量，2006.10， P4950。作者简介：方原柏，1942年生，男，湖北黄冈人，昆明有色冶金设计研究院电气自动化分院教授级高级工程师，冶金自动化、衡器、石油化工自动化等杂志编委，昆明仪器仪表学会副理事长兼秘书长，曾出版“电子皮带秤的原理及应用”一书。电话：0871-3163755-430 13078787502地址：650051，昆明东风东路48#有色冶金设计研究院E-mail：Fangyb427
