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散狀物料計量與陣列式皮帶秤
散狀物料計量(liang)與陣(zhen)列式皮帶(dai)秤
現代物(wu)流中(zhong)，散狀物(wu)料（煤炭、礦(kuang)石(shi)等）的(de)準(zhun)確(que)計(ji)量一(yi)直是個困(kun)擾供(gong)需(xu)雙方的(de)世界性難(nan)題。因為這類(lei)物(wu)資的(de)轉(zhuan)移大多采用皮帶輸送機。同(tong)樣(yang)在電(dian)力、冶金等工廠中(zhong)各(ge)種原(yuan)燃料（煤、礦(kuang)石(shi)等）的(de)轉(zhuan)運(yun)、入爐也(ye)存(cun)在著準(zhun)確(que)計(ji)量的(de)問題。在這些場合最方便、最實用的(de)計(ji)量器具當屬“皮帶秤”，它可(ke)以實現在物料輸送(song)的過程中同步(bu)地進行計(ji)量。
但由于(yu)“皮帶(dai)秤”屬于自動衡(heng)器，存在計量精度低的問題。在(zai)現(xian)行的國家標準中皮帶秤的(de)準確(que)度等級(ji)為(wei)0.5級。與貿易(yi)計(ji)量(liang)通常采用的非(fei)自動衡器(qi)相比大(da)的差距。更為關鍵的是由于稱(cheng)重(zhong)原理(li)及(ji)使(shi)用中存(cun)在的問題，使得(de)皮帶秤的準(zhun)確(que)度難以長期穩定的保持(chi)（實際使(shi)用(yong)中(zhong)的誤差高達(da)1～5%。）所以國際、國內貿(mao)易(yi)中船運(yun)散狀貨(huo)物(wu)的(de)計量(liang)通常采用“水尺計重”法。
“水尺計重”是一種(zhong)原(yuan)始(shi)的計(ji)量(liang)方法。是(shi)根(gen)據“阿基米德定(ding)律”的原理，通過在裝（卸）船前和裝（卸）船后分別(bie)測定前后兩次船舶的吃水線，并測(ce)(ce)定前后兩(liang)次(ci)的船(chuan)用淡水、壓(ya)艙水及燃油的貯存(cun)量或消耗量，同時前后兩(liang)次(ci)測(ce)(ce)定船(chuan)邊港(gang)水密度，然后按(an)照船(chuan)方提供(gong)的排(pai)水量表(biao)(biao)或載重量表(biao)(biao)以及有關(guan)的靜水力曲線圖表(biao)(biao)、水油艙計量表(biao)(biao)和(he)校正表(biao)(biao)等船(chuan)用圖表(biao)(biao)計算出船舶載運貨物的重(zhong)量。
影響水(shui)尺計重精度(du)的客觀(guan)因素(su)很多：如船舶(bo)(bo)拱陷變(bian)形、定(ding)量(liang)備料更動(dong)、港(gang)水(shui)(shui)風浪等等，要求船舶(bo)(bo)的艏舯(zhong)艉水(shui)(shui)尺標記和載重線標記的字跡(ji)必(bi)須清晰、刻度正(zheng)(zheng)確無(wu)誤(wu)；具(ju)備船(chuan)舶正(zheng)(zheng)確而有效的圖表，包括：排(pai)水(shui)量表或載重(zhong)量表，靜水(shui)力曲(qu)線圖(tu)或可(ke)供排(pai)水(shui)量縱(zong)傾校(xiao)正的圖(tu)表，水(shui)油艙計量表及縱(zong)傾校(xiao)正表，船(chuan)型圖(tu)或可(ke)供船(chuan)艏艉(wei)水(shui)尺縱(zong)傾校(xiao)正的有(you)關圖(tu)表。
最為重要的(de)(de)(de)是，水(shui)尺(chi)計重是憑(ping)借(jie)肉眼觀察確(que)定的(de)(de)(de)。簡(jian)單的(de)(de)(de)目測只有(you)在風(feng)平浪靜，水(shui)平面(mian)與水(shui)尺(chi)標志的(de)(de)(de)交(jiao)線是固(gu)定時，數據才(cai)是準確(que)的(de)(de)(de)；而當有(you)風(feng)浪尤其是較大(da)風(feng)浪時由于波(bo)面(mian)起伏不平，波(bo)面(mian)與水(shui)尺(chi)標志的(de)(de)(de)交(jiao)線就(jiu)成了(le)瞬息(xi)萬變(bian)的(de)(de)(de)曲線。此時觀察者只能(neng)憑(ping)經(jing)驗判斷(duan)船舶吃水(shui)值，測得的(de)(de)(de)重量難免帶有(you)主觀臆斷(duan)性（這(zhe)其中還(huan)不包(bao)括與“腐敗(bai)行為(wei)”掛上鉤的主觀故意），有失(shi)客觀、公允(yun)。
根據國際慣例水尺計重的誤差(cha)為(wei)±0.5%，但是實際(ji)的準確(que)度(du)誤(wu)差是遠遠大于0.5%的。
故(gu)而由此帶來的(de)誤(wu)差也是驚(jing)人的(de)。以一艘5萬噸的貨輪計算(suan)：吃(chi)水誤差1cm，貨物誤差就高(gao)達200t以上。如此大的(de)計(ji)量(liang)誤差(cha)，勢必成為貿(mao)易爭(zheng)端最常見的(de)起因；同時也會嚴(yan)重(zhong)影響(xiang)企(qi)業原(yuan)、燃料的(de)消耗指標，給(gei)國家和企(qi)業帶(dai)來巨大的(de)經濟損失。按這個誤差(cha)推算：沿海（江）的火(huo)力發電廠一臺300Mw的發電機組，水(shui)尺讀數誤差每cm ，全年將產生3500t誤差 、折合人民幣約300萬元。
皮帶秤為什么(me)存在計(ji)量精度低、穩定(ding)性差(cha)的(de)弊(bi)病，導致其無法應(ying)用(yong)于大宗散(san)狀物料(liao)的(de)計(ji)量呢？這(zhe)是由皮帶秤的(de)固有缺陷(xian)造成的(de)。
傳(chuan)統皮帶秤的誤(wu)差分析
下(xia)式是皮(pi)帶秤的誤差公(gong)式：
E相＝±2KdFp/nqa2
式中： E相—相對誤差 K—皮(pi)帶效應系數 Fp—皮帶張力(li)
d—稱(cheng)重(zhong)輥垂 n—稱(cheng)重輥(gun)組(zu)數 q—每米料重 a—托輥(gun)間距
皮帶秤的誤(wu)差來源有三：首先是皮帶張力
下圖為一個簡化的皮(pi)帶秤原理圖：
固定(ding)輥 傳(chuan)感器 稱重輥 固定(ding)輥
（圖一）
其受力分析如圖二(er)：
（圖二）
圖中(zhong)： FP 是皮(pi)帶(dai)張力；FW 是物料(liao)重量(liang)（需測量(liang)的力(li)）；
FC 為稱重傳(chuan)感(gan)器受的力；α是皮帶張力FP與(yu)水(shui)平(ping)方向(xiang)形成的夾角
根據(ju)受(shou)力分析可得到如下結論：FC ＝ FW + 2FP * sinα
而皮帶張力是皮帶輸送的一(yi)個基本屬性，它會隨溫度、濕度以及帶(dai)速(su)、物(wu)料的密重(zhong)、流量、粒度的變化(hua)而變化(hua)。
皮(pi)帶秤產(chan)生誤差的(de)來源(yuan)之二(er)：皮(pi)帶效應
皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)效(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)是(shi)指(zhi)皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)的硬度(du)、彈(dan)性等物理特性及截(jie)面形狀(zhuang)對稱(cheng)重產生的效(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)。皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)效(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)作用在秤架上，對皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)秤的受力及力傳(chuan)遞(di)產生極大的影(ying)響。皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)效(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)取(qu)決于皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)狀(zhuang)態(tai)及所處環(huan)境。皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)狀(zhuang)態(tai)隨時(shi)間(jian)、溫度(du)、張力、流量及皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)材質、軟硬度(du)、截(jie)面形狀(zhuang)而變化，對稱(cheng)量結果影(ying)響很大，是(shi)皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)秤長期穩定性差的影(ying)響因素。
皮帶秤產生誤差的(de)(de)來源之三(san)：溫度變化對傳感器(qi)的(de)(de)影響
我(wo)國(guo)大部(bu)分地域處于溫(wen)帶。四季(ji)分明、晝夜溫(wen)差大，最高(gao)可達1~200c、季(ji)節溫差(cha)變化最大達30～400c，。溫度(du)變化對稱重傳(chuan)感器的(de)靈敏度(du)影響，導致(zhi)稱重結(jie)果不(bu)能保(bao)持原有的(de)精度(du)、即長期穩(wen)定性不(bu)好(hao)。
; 三大影響因素導致皮帶(dai)秤的精度低、長期穩(wen)定性差(cha)，成(cheng)為制(zhi)約皮帶(dai)秤成(cheng)為貿易(yi)級(ji)計量的工具。
南(nan)京三埃有限公司（鏈(lian)接(jie)網址）通過多(duo)年的研(yan)(yan)究及大(da)量(liang)試驗(yan)開發研(yan)(yan)制出(chu)一種新的高(gao)準確度皮帶秤——陣列式皮帶秤。
陣列式(shi)皮(pi)帶秤(cheng)的定義：以一只(zhi)稱重(zhong)(zhong)傳感器為支承(cheng)，采用特(te)殊的(de)結(jie)構安裝兩組托輥，組成一個(ge)獨立的(de)稱重(zhong)(zhong)單(dan)(dan)元(yuan)—單(dan)(dan)點懸浮式稱重(zhong)(zhong)單(dan)(dan)元(yuan)；將N個稱重單元(yuan)連續安裝，組成一個稱重陣列(lie)。
陣列式(shi)皮帶秤以一種新的皮帶秤誤差理論為基礎(chu)，由N個(ge)(ge)稱重單元(yuan)組(zu)成一個(ge)(ge)陣列(lie)稱量系(xi)統，極(ji)大地降(jiang)低了皮帶(dai)張力(li)帶(dai)來的影(ying)響。使得皮帶(dai)秤的準確度和長期穩定性得以大大提高，可長期保(bao)持優(you)于0.%的稱量誤差(cha)。
（鏈接：陣(zhen)列式皮(pi)帶秤產品指南）
陣列式皮帶秤的技(ji)術(shu)突破
一、理論上的突破(po)
一(yi)、理論上的突破
陣(zhen)列式皮帶秤基于一個(ge)新的皮帶稱重(zhong)誤差理論——“內力(li)”理論。即：在一個稱重陣列里，皮帶張力轉變成為系(xi)統內力，張力的變化在系統(tong)內此(ci)消彼長、相互抵消，對系統的影響為零。
二(er)、結構上的改革(ge)
單點懸浮(fu)式稱(cheng)重單元，結構采用直聯式連接。摒棄傳統的(de)杠桿系統，消除了機械變形引入(ru)的誤差，保(bao)持(chi)了稱重系統(tong)的長期穩定性。
三、技術上的創造
陣(zhen)列式皮帶(dai)秤在信(xin)號處理系(xi)統有著獨特創(chuang)新點：
1、張(zhang)力(li)二(er)次補償。
在“內力(li)”理論的支(zhi)持下，陣列內部的張力變(bian)化對稱重幾無影(ying)響，但進出(chu)口(kou)單(dan)元(yuan)仍會受(shou)影(ying)響。信(xin)號處理(li)系統通過對相同(tong)(tong)載荷在不同(tong)(tong)稱重單元(yuan)產(chan)生的信(xin)號差異對首尾單元(yuan)進(jin)行修正，進(jin)一(yi)步(bu)提高(gao)了陣列式(shi)皮帶秤的準確(que)度(du)。
2、對稱重(zhong)傳感器進行溫(wen)度補(bu)償
溫(wen)度對(dui)衡器準(zhun)確度與耐(nai)久性(xing)(xing)的(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)往(wang)往(wang)不被用(yong)戶重視，但實際使用(yong)時溫(wen)度變(bian)化(hua)所造(zao)成的(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)還是不容忽(hu)視的(de)(de)(de)。特別(bie)是傳感(gan)器靈敏系數(shu)的(de)(de)(de)溫(wen)度系數(shu)，對(dui)皮(pi)帶秤(cheng)的(de)(de)(de)耐(nai)久性(xing)(xing)指(zhi)標(biao)尤為(wei)關鍵。由(you)于皮(pi)帶秤(cheng)使用(yong)現場的(de)(de)(de)溫(wen)度季節變(bian)化(hua)有30～400c，由溫度變(bian)化引入的誤差(cha)是造成多數電(dian)子(zi)衡(heng)器耐(nai)久性(xing)指標差(cha)的重要因素(su)之(zhi)一。
陣列式皮(pi)帶秤使(shi)用的每(mei)一只傳感器都經過(guo)48小時的帶(dai)載(zai)溫(wen)度(du)檢測，測得的溫(wen)度(du)曲(qu)線供現(xian)場溫(wen)度(du)補償(chang)使用(yong)。
四、完善的修正補(bu)償軟件
包括(kuo)：張力補償軟(ruan)件、拉格朗(lang)日線性(xing)修正軟(ruan)件、皮帶效(xiao)應跟蹤軟(ruan)件、溫(wen)度補償軟(ruan)件、運行狀態跟蹤補償軟(ruan)件等。
五、應用功能
包(bao)括： 智能自動除皮功(gong)能；故障早期診斷功(gong)能；狀態、操作記錄(lu)、查(cha)詢功(gong)能；遙(yao)測、遙(yao)訊、遙(yao)控功(gong)能等。
六、基于物(wu)聯網技術的《陣列式皮帶秤(cheng)遠(yuan)程系統(tong)（ZLNET）》
南京(jing)三埃將物聯網(wang)技術應用于皮帶秤(cheng)上，于2012年正(zheng)式推出應用于陣列(lie)式(shi)皮帶秤的《皮(pi)帶(dai)秤遠程系(xi)統》 。
《皮帶(dai)秤遠程(cheng)系統》依托無線網絡，通過(guo)GPRS將用(yong)戶(hu)設備與(yu)公(gong)司網絡服務器握手連接(jie)。用(yong)戶(hu)皮帶秤的各種信息與(yu)系統的各項指令實時交(jiao)換，實現(xian)了(le)遙(yao)測、遙(yao)訊、遙(yao)控。
陣列式皮帶秤的特點
一、長期保(bao)持準(zhun)確度誤差(cha)≤0.2% ；
二、現(xian)場免(mian)維(wei)護(hu)，無需(xu)專業(ye)維(wei)護(hu)人員；
三、可采用掛碼標定(ding)，與實物檢定(ding)誤差≤0.5%；
陣列式皮帶秤(cheng)與皮帶秤的耐久性能試驗
皮帶秤的耐久性能是關(guan)系皮帶秤長期穩定性的關(guan)鍵(jian)指標(biao)，這一點(dian)已經為國際、國內業(ye)界所重(zhong)視。國際法(fa)制計量組(zu)織(zhi)(OIML)質(zhi)量技術(shu)委員(yuan)會/自動(dong)衡器分技術(shu)委員(yuan)會（TC9/SC2）于2009年(nian)2月4、5日在倫敦舉行會議,討論(lun)“關(guan)于連續累(lei)計自動(dong)衡器引(yin)進耐(nai)久度(du)測試”的(de)提議，擬(ni)在改版的國際(ji)建(jian)議（OIML R50）中增(zeng)加皮帶(dai)秤耐久性指標及耐久(jiu)性測試項目。
陣列式(shi)皮帶秤研發(fa)之初即在(zai)南京三(san)埃投巨(ju)資建設的(de)《QPS皮帶秤全性(xing)能(neng)實驗室》進(jin)行過各種耐久性(xing)能(neng)試驗，包括：皮帶(dai)張(zhang)力變化影(ying)響的模擬試驗(yan)、水平力(li)影響的模擬試驗、振動及速度變(bian)化影響的模(mo)擬試驗(yan)、皮帶速度變化(hua)試驗、流(liu)量變化(hua)試驗等。（鏈接(jie)：陣(zhen)列式(shi)皮帶秤的耐久性試驗）
試(shi)驗(yan)采用(yong)提(ti)高嚴酷度(du)的方(fang)法、用(yong)嚴酷度(du)來(lai)替代時(shi)間長度(du)，客觀(guan)的測試(shi)出(chu)皮帶秤(cheng)的耐久性能。2011年4月OIML SC2/TC9在倫敦召開的R50－1：2009 /3cd討論會上，南京三(san)埃向國際同(tong)行(xing)作了介紹，獲得了充分肯定。