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國產(chǎn)電子皮帶秤校準(zhǔn)技術(shù)的發(fā)展
【摘 要】 電子皮帶秤的物料試驗、模擬試驗等校準(zhǔn)技術(shù)是用戶關(guān)心的問題，本文回顧了近十年來國內(nèi)在這些方面新的進(jìn)展。并著重對可能取代傳統(tǒng)物料試驗的幾種創(chuàng)新的校驗方法，如循環(huán)鏈碼、物料棒碼疊加法、標(biāo)準(zhǔn)物料與正常輸送物料疊加法作了詳細(xì)的介紹。
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制度，有利于提高電子皮帶秤的使用的精確度。
在國家計量檢定規(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(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。
標(biāo)準(zhǔn)電信號、掛碼、鏈碼等模擬校準(zhǔn)裝置是國外廠家常用的，而小車碼模擬校準(zhǔn)裝置是國內(nèi)皮帶秤用戶在上世紀(jì)八十年代研發(fā)的，但應(yīng)用范圍很窄，現(xiàn)在幾乎沒有再應(yīng)用的了，而循環(huán)鏈碼在寫入國家計量檢定規(guī)程JJG195-2002后，北京春海技術(shù)開發(fā)公司的產(chǎn)品已大量應(yīng)用在火電行業(yè)。
除此之外，銅陵市三愛思電子公司、賽摩電氣股份有限公司又開發(fā)了物料棒碼疊加法、標(biāo)準(zhǔn)物料與正常輸送物料疊加法，使國產(chǎn)皮帶秤校準(zhǔn)技術(shù)的發(fā)展達(dá)到了國際先進(jìn)水平。
物料試驗設(shè)施也得到一部分用戶的重視，帶校驗料斗秤的物料標(biāo)定裝置和一些簡易的校驗設(shè)施裝備在一些生產(chǎn)現(xiàn)場，完善了物料試驗的條件。
由于國內(nèi)應(yīng)用電子皮帶秤的數(shù)量極大，對其校準(zhǔn)技術(shù)的要求越來越高，因此近年來國產(chǎn)電子皮帶秤的校準(zhǔn)技術(shù)有了很大的發(fā)展，其中一部分屬于創(chuàng)新性技術(shù)。
二、掛碼
掛碼試驗是將一定重量的砝碼掛在承載器上的某個部位進(jìn)行試驗的方法，這些部位可以是：試驗刀刃、試驗吊桿、試驗棒安裝孔等等。當(dāng)皮帶輸送機處于靜止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行的掛碼試驗稱為靜態(tài)掛碼，在啟動皮帶輸送機情況下進(jìn)行的掛碼試驗稱為動態(tài)掛碼，動態(tài)掛碼的優(yōu)點是試驗結(jié)果反映了皮帶輸送
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機運行狀態(tài)下的部分干擾。掛碼試驗簡單易行，且容易實現(xiàn)砝碼加載、卸載的遙控操作或自動操作。掛碼試驗結(jié)果往往與物料試驗結(jié)果相差較大，即準(zhǔn)確性稍差，特別是對安裝準(zhǔn)直性較差、托輥間距不精確、承載器穩(wěn)定性較差的單托輥秤或單杠桿秤。但通過與物料試驗對照，找出修正系數(shù)，其重復(fù)性又往往較好，這樣也能得到較高的試驗精確度。作為一種輔助試驗手段，這種方法目前應(yīng)用較多。
南京三埃工控股份有限公司四年前開始研制，陣列式皮帶秤，該秤是將多個稱重單元串聯(lián)安裝在皮帶輸送機上，組成一個陣列，每個稱重單元由一只稱重傳感器支承兩組稱重托輥，通常采用8 個稱重單元，這樣一套陣列式皮帶秤就有16 組稱重托輥。在南京三埃工控股份有限公司QPS 皮帶秤試驗中心對陣列式皮帶秤進(jìn)行了掛碼與物料試驗的比對試驗，試驗在6°傾斜皮帶與水平皮帶輸送機上進(jìn)行，物料試驗的流量控制在10%、50%、100%額定流量，掛碼采用三個量程點，通過試驗找出影響掛碼標(biāo)定準(zhǔn)確度的因素，研究減少這些影響因素的解決方法，分析掛碼標(biāo)定與實物標(biāo)定間系統(tǒng)誤差。試驗的初步結(jié)論如下：
1、如果能做到精確測量皮帶秤有效稱量段長度，那么在絕大多數(shù)場合陣列式皮帶秤可采用掛碼方式對皮帶秤進(jìn)標(biāo)定，而無需進(jìn)行實物標(biāo)定比對；
2、掛碼與實物間系統(tǒng)誤差為0.2%－0.3%之間，并且是掛碼值小于實物值。
以往國內(nèi)也曾進(jìn)行過多托輥式承載器掛碼與物料試驗的比對試驗，往往也能達(dá)到較好的效果，因此南京三埃工控股份有限公司的上述試驗更增強了采用動態(tài)掛碼試驗局部代替物料試驗的信心。
三、鏈碼
滾鏈?zhǔn)怯稍S多質(zhì)量相等的滾輪通過間距很近的鏈板連接成的一整條鏈子，試驗時，把滾鏈安放在皮帶的上方，兩端通過固定繩固定在立柱上，當(dāng)皮帶輸送機啟動后，滾輪即在皮帶上原地轉(zhuǎn)動，以模擬物料隨皮帶的運動。
南京金杰出科技公司生產(chǎn)的可加掛砝碼型滾鏈，在2 個滾輪的中間可以加掛標(biāo)準(zhǔn)砝碼。進(jìn)行滾鏈試驗時，可通過增減砝碼在皮帶秤量程范圍內(nèi)的多點進(jìn)行試驗。
浙江樂清新亞機電公司、江蘇申大衡器公司等廠家生產(chǎn)鏈碼卷揚裝置，可根據(jù)鏈碼卷揚裝置是否固定為單臺皮帶秤使用，分為固定式、可移動式鏈碼卷揚裝置。固定式鏈碼卷揚裝置根據(jù)驅(qū)動單條鏈碼還是兩條鏈碼又可分單卷式卷揚機和雙卷式卷揚機。
單卷式卷揚機只使用一條鏈碼來試驗，雙卷式卷揚機是在同一條皮帶輸送機上使用了2 套卷揚裝置，并可單獨或同時驅(qū)動2 條鏈碼，如果2 條鏈碼單位長度的重量值不同的話，其組合可模擬量程內(nèi)的3 點試驗。
可移動式鏈碼卷揚裝置由軌道、小車、機架、卷盤、鏈碼、電機及減速機等組成。該裝置可供幾臺平行放置的輸送帶共同使用。
余姚市通用儀表有限公司TYLM自動化標(biāo)準(zhǔn)鏈碼裝置采用在皮帶秤上方的位置上設(shè)儲存槽體和變速驅(qū)動器的方式，自動收放存儲鏈碼，減少鏈碼搬運和拆卸，減輕勞動強度，提高現(xiàn)場標(biāo)定的工作效率，運行安全可靠。
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四、循環(huán)鏈碼
循環(huán)鏈碼是由若干個標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量塊首尾相接組成的閉合鏈，隨輸送機皮帶移動，將重力連續(xù)、循環(huán)地作用于皮帶秤上。
2003年5月實施的JJG195-2002皮帶秤國家計量檢定規(guī)程中新增加的內(nèi)容之一是：“使用中檢驗應(yīng)使用實際使用物料進(jìn)行，對于難以經(jīng)常使用物料進(jìn)行使用中檢驗的皮帶秤，使用中檢驗可以使用模擬載荷裝置替代實際物料進(jìn)行使用中檢驗”。其條件是模擬載荷裝置的試驗結(jié)果必須是“按模擬載荷試驗的要求經(jīng)物料試驗修正后的試驗結(jié)果”。并明確規(guī)定：“通常可用循環(huán)鏈碼等重復(fù)性達(dá)到0.1%的模擬載荷裝置對0.5級皮帶秤、1級皮帶秤和2級皮帶秤進(jìn)行使用中檢驗；使用其他模擬載荷裝置對1級皮帶秤和2級皮帶秤進(jìn)行使用中檢驗。”
這種試驗裝置于上世紀(jì)八十年代初期開始在中國一些工廠使用，湖北大冶有色金屬公司研制了我國第一臺循環(huán)鏈碼，用于解決皮帶秤試驗難以進(jìn)行的問題，同期黃石電廠采用3段不同重量的鏈塊組成的一條循環(huán)鏈碼，用于解決皮帶秤量程內(nèi)多點試驗的問題。上世紀(jì)九十年代中期北京市春海技術(shù)開發(fā)有限責(zé)任公司開始研制DCX型循環(huán)鏈碼時，為了對其性能進(jìn)行考核，確定其準(zhǔn)確度及穩(wěn)定性，1999年11月由原電力部熱工計量測試中心在安徽省銅陵皮帶秤質(zhì)量檢測中心進(jìn)行循環(huán)鏈碼與物料試驗的比對。2000年2月至10月又在江蘇常熟電廠、河南姚孟電廠進(jìn)行了比對試驗，同年12月以中國計量科學(xué)研究院為首的全國質(zhì)量計量技術(shù)委員會電子皮帶秤試驗方法比對試驗小組又在江蘇常熟電廠進(jìn)行皮帶秤與循環(huán)鏈碼的比對試驗。試驗小組的基本結(jié)論是：皮帶秤物料試驗裝置的“最大誤差”小于循環(huán)鏈碼；循環(huán)鏈碼的“相對誤差最大差值”和“相對誤差的實驗標(biāo)準(zhǔn)差”又優(yōu)于皮帶秤物料試驗裝置。
2003年，北京春海技術(shù)開發(fā)有限責(zé)任公司又成功開發(fā)了一種多點校驗循環(huán)鏈碼。其主要結(jié)構(gòu)由多組循環(huán)鏈碼圈、計數(shù)輥及與多組循環(huán)鏈碼圈對應(yīng)的提升機構(gòu)、分離機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)、提升軌道等組成。該裝置可以在多個量程點（如40%、80%）上對電子皮帶秤進(jìn)行校驗。
多年來，雖然國內(nèi)應(yīng)用循環(huán)鏈碼的總數(shù)達(dá)數(shù)百條，但僅局限于火電廠。最近幾年，北京春海技術(shù)開發(fā)有限責(zé)任公司的循環(huán)鏈碼又在首鋼京唐、重鋼等火電廠以外企業(yè)應(yīng)用，這也可看成是一個新的突破。
五、物料棒碼疊加法
銅陵市三愛思電子有限公司經(jīng)過多年試驗推出“物料棒碼疊加法”（見圖1）校驗方法的工作原理是這樣的：首先進(jìn)行調(diào)零，然后將2臺承載器的誤差值調(diào)整在要求的范圍內(nèi)（如誤差值小于0.1%）；在進(jìn)行“物料棒碼疊加法”試驗時，正常輸送物料，并在其中1臺承載器（例如承載器2）上人工或遠(yuǎn)程自動加掛棒狀砝碼；此時2臺承載器的累計器同步累計并獲得皮帶運行整數(shù)圈時累計量的差值ΔP；按加掛砝碼公式計算出調(diào)整系數(shù)K，該系數(shù)為承載器2的調(diào)整系數(shù)（由于2臺承載器此時的誤差相同，因此該系數(shù)也等于承載器1的調(diào)整系數(shù)），試驗過程結(jié)束。
物料棒碼疊加法受到用戶的普遍關(guān)注，因為它不需要單獨的物料試驗，可以在正常物料輸送時
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完成皮帶秤的校驗工作。
圖1 物料棒碼疊加法原理圖
1-承載器1前的托輥；2-承載器1；3-承載器間過渡托輥；4-承載器2；
5-承載器2后的托輥；6-砝碼遠(yuǎn)程加載系統(tǒng)；7-測速滾筒；8-皮帶輸送機縱梁
現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)表明，以該調(diào)整系數(shù)為依據(jù)，可以在現(xiàn)場隨后進(jìn)行的物料試驗中使皮帶秤達(dá)到0.25%的精度，從而初步證實物料棒碼疊加法可以在生產(chǎn)現(xiàn)場取代物料試驗。如在二汽東風(fēng)電廠，該廠皮帶秤配有物料試驗裝置。但安裝銅陵市三愛思電子有限公司的“物料棒碼疊加法”皮帶秤系統(tǒng)時，廠方表態(tài)物料試驗裝置不是給銅陵市三愛思電子有限公司校秤用的，只是按銅陵市三愛思電子有限公司的方法校好秤后，再用他來檢驗銅陵市三愛思電子有限公司的方法行不行。現(xiàn)場試驗結(jié)果是按銅陵市三愛思電子有限公司的方法校好秤后的物料試驗準(zhǔn)確度為0.2%。
六、標(biāo)準(zhǔn)物料與正常輸送物料疊加法
賽摩電氣股份有限公司采用標(biāo)準(zhǔn)物料與正常輸送物料疊加法對皮帶秤實施在線自校準(zhǔn)。所謂“標(biāo)準(zhǔn)物料”，實際也是被輸送物料，只不過是從被輸送物料中取出的部分物料，經(jīng)過稱重后獲知其重量值，在自校準(zhǔn)時將其加入到正常輸送物料中。其系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示，即由主計量皮帶承載器、多組緩沖托輥、稱重料斗、輔助校準(zhǔn)皮帶承載器、測速傳感器、電子稱重儀表、物料采樣裝置及物料輸送裝置組成，物料輸送方向為從左到右。
圖2 標(biāo)準(zhǔn)物料與正常輸送物料疊加法
1-主計量皮帶承載器；2-多組緩沖托輥；3-稱重料斗；4-輔助校準(zhǔn)皮帶承載器；
5-物料輸送裝置；6-物料采樣裝置；7-電子稱重儀表；8-測速傳感器
這樣一套裝置能夠在正常輸送物料的工作狀況下實時檢測皮帶秤計量稱重數(shù)據(jù)，實現(xiàn)在線自校
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準(zhǔn)的功能，圖3所示在江蘇南京西壩煤碼頭使用在線自校準(zhǔn)裝置。
圖3 西壩煤碼頭在線自校準(zhǔn)裝置
1-物料采樣裝置；2-主計量皮帶承載器安裝位置；3-物料輸送裝置；
4-稱重料斗；5-輔助校準(zhǔn)皮帶承載器安裝位置
在線自校準(zhǔn)過程是在裝有兩臺皮帶秤的系統(tǒng)里，且在物料正常輸送過程中，以連續(xù)稱量的方式，采用標(biāo)準(zhǔn)物料疊加到正常輸送過程的物料上，確定并累計散狀物料質(zhì)量并具有實時在線自校準(zhǔn)功能的計量器具。
具體校準(zhǔn)過程是這樣完成的：
（1）兩臺皮帶秤安裝并準(zhǔn)直性校準(zhǔn)后，在輸送物料過程中將主計量皮帶秤和輔助校準(zhǔn)皮帶秤進(jìn)行比對校準(zhǔn)，僅要求兩臺秤所顯示的物料累積量相等即可，并不要求與實際輸送物料量相符；
（2）在正常輸送物料的情況下，啟動物料采樣裝置采集部分物料通過物料輸送裝置進(jìn)入稱重料斗并稱重；
（3）開始在線自校準(zhǔn)，將稱重料斗稱量后的物料從兩秤之間落入料流，直至稱重料斗放空，由于輔助校準(zhǔn)皮帶秤比主計量皮帶秤多承受稱重料斗稱量后的物料，所以兩臺皮帶秤得到兩組稱量值；
（4）兩組稱量值的差值應(yīng)該反映的是與稱重料斗稱量后的物料重量值相關(guān)的部分，如果不一致，則采用物料試驗的修正方式修改輔助校準(zhǔn)皮帶秤的滿值系數(shù)，由于兩臺秤事先已比對校準(zhǔn)，所以主計量皮帶秤也按同樣的滿值系數(shù)進(jìn)行修正。
至此就完成在線自校準(zhǔn)，解決了多年來皮帶秤不容易在線實物校準(zhǔn)的難題。
在南京西壩煤碼頭在線自校準(zhǔn)裝置的皮帶秤最大輸送能力為3500t/h，皮帶速度為3.5m/s，皮帶帶寬為1600mm，輸送皮帶周長為2800m，托輥間距為1200mm，主計量皮帶秤和輔助校準(zhǔn)皮帶秤分別采用4組、3組稱量托輥的全懸浮式承載器，稱重料斗量程為5000kg，分度值為1kg。系統(tǒng)要求的準(zhǔn)確度為0.5級。經(jīng)過上述步驟的校準(zhǔn)后，用戶還是擔(dān)心皮帶秤是否真的校準(zhǔn)了，所以他們進(jìn)行了9次5個不同量程點的實煤校驗，每次校驗煤量為600t～1100t，從皮帶輸送機上卸下的煤送到不同的堆場，并立即用大型載貨汽車將煤運到100t汽車衡進(jìn)行稱量，試驗結(jié)果：最大誤差0.5%，
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平均誤差約0.38%。
七、物料試驗
物料試驗仍是最權(quán)威的檢定和試驗方法，由于試驗過程物料的稱重要耗費大量的人力物力，因此對皮帶秤精確度要求高的行業(yè)，如電廠、部分冶金化工廠采用了帶校驗料斗秤的物料標(biāo)定裝置。作為商品提供的物料試驗裝置是一個高精確度的電子料斗秤，可以安裝在皮帶輸送機物料輸送的流程中間，以作為物料稱重用的控制衡器。為了保證電子料斗秤的使用精確度，配有一套四等標(biāo)準(zhǔn)砝碼，標(biāo)準(zhǔn)砝碼的加載、卸載均由電動機構(gòu)完成，通過量值的傳遞，保證系統(tǒng)的檢測準(zhǔn)確度。這樣的系統(tǒng)在火電廠及一部分冶煉廠、化工廠等資金雄厚的企業(yè)或一部分新建企業(yè)可以這樣做，但這樣一套物料試驗裝置投資僅設(shè)備本身就高達(dá)數(shù)十萬元，再加上因配置需要廠房高度增加等所耗費的資金就更多了，其投資不是一般企業(yè)所能承受的。而且隨著企業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大、皮帶秤量程日趨加大，采用物料試驗裝置就越來越不現(xiàn)實了，大多數(shù)企業(yè)不可能采用這樣的物料試驗裝置。
利用企業(yè)現(xiàn)有的稱重設(shè)備來完成皮帶秤檢定和試驗時的物料稱重任務(wù)，需要設(shè)計方便物料試驗的一些設(shè)施，如卸料犁、卸料管、檢定門等。筆者在云南某銅冶煉廠參觀時拍到這樣兩張照片（見圖4、圖5），分別是皮帶秤后面安裝的卸料犁、下料溜槽和卸料管。有了這樣的設(shè)施，只要將翻斗車開到卸料管的下方，則通過皮帶秤稱量過的物料經(jīng)過卸料犁、下料溜槽和卸料管，就可以直接卸到翻斗車中再送去稱重，這樣皮帶秤要進(jìn)行物料試驗就方便快捷得多。選用皮帶秤的設(shè)計人員和維護(hù)皮帶秤的現(xiàn)場技術(shù)人員有這樣的理念是很可喜的，也希望能有更多的使用皮帶秤的現(xiàn)場能裝有這類花錢不多、簡單適用的設(shè)施，為使用中的皮帶秤提供物料試驗的方便條件。
圖4 皮帶秤后面安裝的卸料犁 圖5 卸料犁下方安裝的卸料管
1-卸料犁；2-下料溜槽 1-皮帶秤安裝位置；2-卸料管
在一部分現(xiàn)場，企業(yè)沒有稱重設(shè)備可以利用，此時試驗物料又怎樣完成稱重呢？
在重慶大唐測控技術(shù)有限公司的礦產(chǎn)品監(jiān)控計量的實施方案中，由于皮帶秤計量點數(shù)多（針對一個縣接近100點）、計量點分散（相互間距離為幾公里到數(shù)十公里），計量噸位不大（皮帶秤的量
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程僅每小時幾噸到三四十噸）所以該公司推出移動式計量車的方式解決試驗物料稱重的難題。圖6中移動式計量車是由一輛小型貨車改裝而成，在車廂上安裝了一臺電子料斗秤，當(dāng)某臺皮帶秤需要進(jìn)行物料試驗時，可以將移動式計量車直接開到現(xiàn)場接料并進(jìn)行稱重，這種移動式計量車也可作為檢衡車提供給用戶。
圖6 移動式計量車
1-平臺秤稱重裝置；2-稱量料斗；3-儀表箱
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