摘要：电子皮带秤在冶炼行业过程控制中是比较常见的配料设备，是实现生产过程自动化，保证产品产量、质量、降低能耗，进行全面质量管理和能耗统计的重要手段。此文主要是提供一些改进方法，提高皮带秤测量的准确度，确保后续成本计算时数据来源的有效性。

　　关键词：电子皮带秤；有效性；准确度

　　电子皮带秤属于一种动态称量装置，适用于皮带输送机运输散状或较为稀疏的物料时，对物料的瞬时流量和累积流量进行连续的自动称量。其最大优点在于整个称重流程都是连续、自动完成的。目前，电子皮带秤已经成为矿业、煤炭、钢铁、港口、石油化工、粮食等各行业主要的计量装置之一。尽管已经出现核子皮带秤、图像皮带秤、激光皮带秤等多种固态物料自动计量装置，但在工业发展历程中，电子皮带秤被证明是不可或缺的一部分，并且到今天仍然扮演着极为重要的角色。但是在实际的运行中，受到现场出现的不确定的因素的制约，导致皮带秤在使用时都会或多或少的存在一些问题，其中最主要的就是计量的准确度有所下降，测量的数值准确度较低。为了加强过程控制及成本控制，有效降低成本，提高产能，对电子皮带秤相应的部件进行改善，就变得十分重要。

　　1电子皮带秤发展趋势

　　自1978年以来，随着我国改革开放政策的推进，电子皮带秤得到了迅速发展的契机。近30年来，我国经历了从简单生产到种类齐备、从粗放到逐渐细化、从进口到开始出口、从仿制到有所创造、从弱小生产到初步发展的历程。这一艰难的历程最终让国产电子皮带秤逐步达到了主要厂商的生产性能相对稳定的水平，基本能够满足市场需求。我国早期的工业和制造业技术水平相对于西方国家较为滞后，因此对于生产所使用的平衡器称量精度要求也较低，仅仅是满足了最基本的计量作用。这种简单粗糙的秤架使用的还是普通轴承和刀口支承，而精度同时也大大受限于这些粗糙的零部件。现在的秤架得益于机加工技术的进步，使用了更为优秀的橡胶轴承和交叉簧片，从而使得秤架的转向更加灵活，无需维修。秤架材料也经过精选，具备较强的强度。一些生产商还另辟蹊径，将承重的托辊特别制作，通过精密加工获得更适合本地需求的托辊。

　　在理论研究方面，早在19世纪初期，就有专家提出了一种理论，认为在只考虑计量性能的情况下，多托辊秤体的性能优于单托辊秤体。为了解决物料动态称量时由于各种不利因素而产生的误差，研究者们利用卡尔曼滤波、数字滤波、中值模糊滤波等数据滤波方法，提出了新型滤波器，以改善物料流量检测的精度，提高称重效率。皮带秤在进行动态称量时必然存在一定误差，为了纠正这种误差、提高检测精度，研究者们基于美国海耶斯博士所提出的应变能法理论，建立了物料重力测量的数学模型，并利用该模型分析了物料流量动态称重过程中产生误差的原因。

　　近年来，国产测量皮带秤、配料皮带秤也多有出口销售。这些产品大多随工程建设成套建设项目出口，并且品质已经达到国外水准。与同时代进口的测量皮带秤、配料皮带秤相比，国产产品的单套售价大约降低60%～70%。因此，国产测量皮带秤、配料皮带秤的商品信誉、产品质量和性能等方面，已经能够媲美国外知名品牌的产品，而且还更具价格优势。在同期比较外国的电子皮带秤时，由于工业技术的限制和科技前沿技术始终处于落后状态，加上早期国外公司的技术封锁，我国的皮带秤技术一直处于自我摸索的状态。经过改革开放的发展，越来越多的国外公司涌入市场，同时硬质合金厂家生产更多种类的皮带秤，我国的技术才有了较大的发展。

　　2电子皮带秤的工作原理

　　电子皮带秤在设备工作过程中，通过变频器调节控电机的速度，完成对皮带秤电机速度的控制。其原理是根据皮带连续运转，输送原辅料，再通过设定的给料值和实时监测回馈的数值完成自动调节跟踪，从而实现加料速率的有效性、准确性、稳定性。

　　输送机在工作过程中，原辅料在输送皮带的传输中，平稳的通过计量称重托辊处，称重托辊利用原辅料本身的重力，通过形变使其压力汇聚一点，垂直作用于称重传感器上，在通过SCHENCK INTECONT PLUS仪表，将现场传感器将产生的电压信号，传输到申克仪表中开始分析处理，从而计算出皮带秤自身的负荷Q值。速度传感器采用两线制的接近开关，安装在电机的风扇机壳中，由于极轮的凹凸外形，当其运行到接近开关附近时，就会产生一个脉冲信号，速度传感器会将所产生的脉冲信号进行传输，将信号送入到申克控制仪表中，按照预定参数值和计算公式算出皮带速度值V。如果将P代表锌精矿的给定流量（t/h），Q代表原辅料在有效测量段内检测到的重量（kg/m），V表示传送带的速度（m/s）。根据公式可计算出：P=Q×V。

　　根据公式可知，当原辅料的压重发生变化时，由于给料量P不变，变频器的输出速度就会与压重变化相反，也就是改变皮带输送机的速度V，继而确保P值稳定。

　　2.1称重原理

　　当物料通过电子皮带秤的输送机计量段时，传力机构会将该区段上物料的重量作用力传递到负荷传感器上。这样一来，负荷传感器就会产生一个电压信号，该信号大小与该区段上物料的质量成正比。同时，测速机构会产生一个脉冲信号，该信号的大小与皮带的速度成正比。这两个信号会被送到PC控制柜中，进行计算和控制。最终的结果会在显示器上显示出来，包括了重量、速度、流量等参数。

　　PC控制柜会接收来自称重传感器的重量信号和来自测速机构的速度信号。CPU模块会对这两个信号进行运算，得出物料的瞬时流量、累计重量和电机控制信号等。因此，电子皮带秤就能够完成自动计量和控制等功能。

　　2.2计量通道工作原理

　　运行时的电子皮带秤，驱动电机上装有光脉冲编码器。该编码器会发出脉冲信号，每个脉冲代表皮带走过固定间隔DL的距离。这些脉冲信号会被高速计数模块接收，并用作重量采样的标志。同时，当物料通过输送机计量段时，重传感器会输出一个大小在0～24mV之间、正比于物料重量的电压信号。这个信号会经过称重放大器的放大处理，成为大小在0～10V之间的电压信号，然后被送入PC电控柜。该信号会经过A/D转换后再被送入CPU模块进行计算。

　　2.3流量控制原理

　　在PC控制柜中，可偏移程控制器收集总量信号和速度信号，进行相乘计算，得到瞬时流量，再根据设置流量进行偏差运算，得到运算结果。该结果接受PLC控制器进行“PI”运算，并形成相应的皮带速度控制信号。信号经过D/A转换后，输出0～10V的控制信号，经变频调速器调节电机转速，从而达到调节皮带速度的目的。

　　2.4调零工作原理

　　调零采用“平均值”方式。将整圈皮带划分成几份，在皮带运转到每个等分点处，进行空秤重量采样。重复几次采样，得出几个重量值，取其平均值，即可得到空皮带运行时的平均皮重。将平均皮重储存在内存中，作为空秤的“零点”使用。

　　2.5校秤工作原理

　　在校秤工作中，首先，进行调零，以消除皮带积尘和系统温飘等因素的影响。其次，对电子皮带秤自称重传感器进行校准，校准至PC电控柜中的各系统，使其与标准硅码重量相符。由于标准硅码已预先存储在PLC控制系统的CPU内存中，因此，通过重量修正系数K来修正检测重量与标准硅码重量的差异，以保证检测值与标准值相等。

　　3主要执行的传感器分析

　　3.1称重传感器

　　称重传感器是电子皮带秤的重要组成部分，其作用是将皮带秤力转换为电信号输出。根据其变换原理不同，称重传感器主要分为电阻应变片式、差动变压器式、电容式、压磁式和压电式等几种类型。目前，国内称重传感器的技术水平已达到0.02%～0.05%FS，而国外则更为先进，其技术水平在0.01%～0.02%FS之间。因此，在现有的皮带秤中，大多数采用了电阻应变片式称重传感器。本节将以电阻应变片式传感器为例，探讨其特性参数、结构特点以及与秤架的联接方式。在烟草行业中，德国HBM的波纹管电阻应变式传感器是最为常用的一种。

　　（1）在电子皮带秤中，称重传感器是决定计量精度和稳定性的关键。在设计电子皮带秤时，需要充分了解称重传感器的基本特性。除零点不平衡输出外，称重传感器的性能参数都对皮带秤的计量性能产生了不同程度的影响。由于皮带秤是一种动态计量器具，在运行时，受到皮带运输系统中多种因素的影响。因此，在选择称重传感器时，需要考虑比其他类型的电子秤更多的因素。

　　（2）称重传感器的结构形式较多，主要视其用途和与秤架的联接方式而定。

　　（3）在传感器与秤架的连接中，积累了许多经验和教训。传感器的联接装置在整个皮带秤称重系统中，都占有相当重要的地位。在动态计量时，如何克服振动、偏载等多种因素的影响，将重力准确地传输到传感器上是一个不可忽视的环节。如果安装不当或联接装置性能不良，即使是最好的皮带秤秤架和最准确的称重传感器，也不能得到高精度和长期稳定性，同一种称重传感器，采用不同的联接器效果也会大不相同。

　　（4）对于皮带秤的传感器连接装置，需要在理论上设计消除测向力的结构，并在传感器连接器的加工和安装中保证一定的精度。由于皮带秤是动态计量器具，在计量时，倾角不断抖动而重力作用点在传感器轴线周围游移，其分布规律呈正态分布特性。通常情况下，若重力作用点能够自如地游移，不影响皮带秤的准确度。因此，保证联接装置的加工和安装精度对于小量程的皮带秤而言，显得尤为关键。皮带秤振动常常导致作用点偏移，从而在动态计量过程中，由某点偏移到另一点，从而造成系统误差。

　　3.2测速传感器

　　测速传感器是皮带秤称重系统中的关键部件之一。该系统主要检测两个物理量：一是由称重传感器捕捉的重力信号，二是对皮带线速度的检测，然后通过这两个量的积算得出结果。因此，速度检测的准确度直接影响皮带秤的准确性。测速传感器主要分为数字式和模拟式两种。当前，在国内外广泛采用数字式测速传感器。过去检测发电机输出电压所使用的模拟式测速传感器已不再使用，本文不做探讨。

　　在数字式测速传感器中，其拾取速度信号方式分为接触式和非接触式。从测量原理来看，数字式测速传感器又分为测脉冲频率式（测频式）和测脉冲周期式（测宽式）。从信号转换方式来看，数字式测速传感器分为磁电式和光电式。在接触式测速传感器中，其磨擦轮又分为窄式和宽式，从而形成了众多不同种类的测速传感器。

　　3.3测速信号的处理方法

　　对于测速传感器所采用的信号处理方法，在理论上有两种不同的方式可供选择。其中一种是以单位时间内脉冲个数为指标的测频式。接触式测速传感器可以作为一个例子，用于说明测频和测宽方式的基本原理。

　　（1）测频法。这种方法的原理是，运行中的输送带通过和测速传感器的磨擦转轮之间的作用，使磨擦轮旋转。磨擦轮的旋转又会带动带有小孔圆盘同步转动。当圆盘转动时，光会不断地被阻挡，从而使光敏元件接收到断断续续的光线，输出脉冲信号。随着运输带线速度的增加，圆盘转速也会随之提高，光敏元件输出端的脉冲宽度则会变窄，也就是说单位时间内脉冲个数会变多。通过采用测频法，就可以直接计算出单位时间内的脉冲数，从而得出速度值。因此，采用磁电转换同样也很难发出1000个以上的脉冲，致使接触式测速传感器其分辨率只能达到不到0.02%左右的水平，提高测速的准确度十分困难。

　　（2）测宽法。随着电脑技术的不断进步，出现了一种新的测速方法，即测宽法。使用同样的测速装置，加上适当的硬件和软件，这种测宽法可以大幅度提高测速的分辨率。测宽法的原理是，对测速信号进行数字处理。相对于测频法而言，测宽法的分辨率可达0.005%～0.01%。

　　4改进方法

　　4.1电子皮带秤的有效称量段

　　由于计量平台位于皮带秤的后端，对于氧压浸出车间的皮带称来说，其有效的称量段大概为1米，以计量托辊为中心，前后各50cm，净化的皮带秤相对较小。物料需连续平稳的通过称重托辊，才能使皮带秤能够平稳的运行。

　　4.2将单边称重传感器改为双边称重传感器模式

　　现阶段，锌厂内部皮带称使用的都是单边的称重传感器。其通过计量架将检测的重力通过一个小钢珠，以作用点的方式垂直作用在称重传感器上。此种方式存在一定的弊端，如果由于外力的影响和自身受力的不均，导致钢珠窜位，不在是垂直的作用在称重传感器的中心点处，则此时其测量的信号不精准。但是如果改为双边称重传感器的称重模式，就能降低这些因素对测量数据的影响，首先双边称重传感器的称重模式，取消了通过钢珠单点作用在传感器来测量重量，他是直接将计量托辊固定在两边的称重传感器上，使其重力的作用方式更加可靠。其次双侧传感器的检测精度一定要高于单侧传感器。目前改造完后的锌精矿仓的3#电子皮带秤，较之以前，运行平稳，计量的准确度也有所提高。

　　4.3传感器的选择

　　在选型时，电子皮带秤应考虑负荷满载及实际皮带的输送量，因为在物料进入计量区域内，皮带秤的测量结果是该秤最大负载的20%～100%范围内。称重传感器长时间超载运行，其线性会变得失真，测量数据不再准确。目前锌厂电子皮带秤的传感器均已更换为符合生产需求的型号，确保数据的准确性。

　　4.4下料斗及出料口的改善

　　锌精矿在下料的过程中，由于料湿及结块比较多，经常出现下料不顺的情况。由于普通钢板板面的摩擦较大，在倾斜的下料斗附近很容易积料，堵塞。如果将其换成具有耐磨、耐冲刷、且光滑的材料来代替，下料不顺的情形应该能够得到进一步改善。

　　目前锌精矿仓3台电子皮带秤的下料量非常大，致使皮带秤的称重传感器长时间超载运行，对设备造成一定的损害。实验证明，如果只缩小出料口或者加上一个挡板，下料也不通顺，出料口更容易堵塞，且挡料板很容易损坏。因此为了减少下料量，应减小下料斗的容量，整体从上到下缩小出料的宽度，而不是单单只缩小出料口。在目前的基础上，将料斗的两侧向里各收20cm～30cm左右，同时也缩小了出料口，减少下料量。

　　5结语

　　电子皮带秤在冶炼行业过程控制中是最常用的配料设备，是实现生产过程自动化，保证产品产量、质量、降低能耗，进行全面质量管理和能耗统计的重要手段。在复杂的工况条件下，提高电子皮带秤的测量准确度就变得及其重要。上述对电子皮带秤的改进，可以提高电子皮带秤的计量精度，但仍然要对于电子皮带秤进行日常维护。