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散狀物料計(jì)量與陣列式皮帶秤

       散狀物料計(jì)量與陣列式皮帶秤

現(xiàn)代物流中，散狀物料（煤炭、礦石等）的準(zhǔn)確計(jì)量一直是個(gè)困擾供需雙方的世界性難題。因?yàn)檫@類物資的轉(zhuǎn)移大多采用皮帶輸送機(jī)。同樣在電力、冶金等工廠中各種原燃料（煤、礦石等）的轉(zhuǎn)運(yùn)、入爐也存在著準(zhǔn)確計(jì)量的問題。在這些場(chǎng)合最方便、最實(shí)用的計(jì)量器具當(dāng)屬“皮帶秤”，它可以實(shí)現(xiàn)在物料輸送的過程中同步地進(jìn)行計(jì)量。

但由于“皮帶秤”屬于自動(dòng)衡器，存在計(jì)量精度低的問題。在現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)中皮帶秤的準(zhǔn)確度等級(jí)為0.5級(jí)。與貿(mào)易計(jì)量通常采用的非自動(dòng)衡器相比大的差距。更為關(guān)鍵的是由于稱重原理及使用中存在的問題，使得皮帶秤的準(zhǔn)確度難以長期穩(wěn)定的保持（實(shí)際使用中的誤差高達(dá)1～5%。）所以國際、國內(nèi)貿(mào)易中船運(yùn)散狀貨物的計(jì)量通常采用“水尺計(jì)重”法。

    “水尺計(jì)重”是一種原始的計(jì)量方法。是根據(jù)“阿基米德定律”的原理，通過在裝（卸）船前和裝（卸）船后分別測(cè)定前后兩次船舶的吃水線，并測(cè)定前后兩次的船用淡水、壓艙水及燃油的貯存量或消耗量，同時(shí)前后兩次測(cè)定船邊港水密度，然后按照船方提供的排水量表或載重量表以及有關(guān)的靜水力曲線圖表、水油艙計(jì)量表和校正表等船用圖表計(jì)算出船舶載運(yùn)貨物的重量。

    影響水尺計(jì)重精度的客觀因素很多：如船舶拱陷變形、定量備料更動(dòng)、港水風(fēng)浪等等，要求船舶的艏舯艉水尺標(biāo)記和載重線標(biāo)記的字跡必須清晰、刻度正確無誤；具備船舶正確而有效的圖表，包括：排水量表或載重量表，靜水力曲線圖或可供排水量縱傾校正的圖表，水油艙計(jì)量表及縱傾校正表，船型圖或可供船艏艉水尺縱傾校正的有關(guān)圖表。

最為重要的是，水尺計(jì)重是憑借肉眼觀察確定的。簡(jiǎn)單的目測(cè)只有在風(fēng)平浪靜，水平面與水尺標(biāo)志的交線是固定時(shí)，數(shù)據(jù)才是準(zhǔn)確的；而當(dāng)有風(fēng)浪尤其是較大風(fēng)浪時(shí)由于波面起伏不平，波面與水尺標(biāo)志的交線就成了瞬息萬變的曲線。此時(shí)觀察者只能憑經(jīng)驗(yàn)判斷船舶吃水值，測(cè)得的重量難免帶有主觀臆斷性（這其中還不包括與“腐敗行為”掛上鉤的主觀故意），有失客觀、公允。

根據(jù)國際慣例水尺計(jì)重的誤差為±0.5%，但是實(shí)際的準(zhǔn)確度誤差是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0.5%的。

故而由此帶來的誤差也是驚人的。以一艘5萬噸的貨輪計(jì)算：吃水誤差1cm，貨物誤差就高達(dá)200t以上。如此大的計(jì)量誤差，勢(shì)必成為貿(mào)易爭(zhēng)端最常見的起因；同時(shí)也會(huì)嚴(yán)重影響企業(yè)原、燃料的消耗指標(biāo)，給國家和企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。按這個(gè)誤差推算：沿海（江）的火力發(fā)電廠一臺(tái)300Mw的發(fā)電機(jī)組，水尺讀數(shù)誤差每cm ，全年將產(chǎn)生3500t誤差 、折合人民幣約300萬元。

皮帶秤為什么存在計(jì)量精度低、穩(wěn)定性差的弊病，導(dǎo)致其無法應(yīng)用于大宗散狀物料的計(jì)量呢？這是由皮帶秤的固有缺陷造成的。

傳統(tǒng)皮帶秤的誤差分析

下式是皮帶秤的誤差公式：

                       E相＝±2KdFp/nqa2

   式中：  E相—相對(duì)誤差  K—皮帶效應(yīng)系數(shù)  Fp—皮帶張力 

  d—稱重輥垂  n—稱重輥組數(shù)  q—每米料重   a—托輥間距

皮帶秤的誤差來源有三：首先是皮帶張力

    下圖為一個(gè)簡(jiǎn)化的皮帶秤原理圖：

                    固定輥      傳感器     稱重輥         固定輥

                              （圖一）

其受力分析如圖二：

                               （圖二）

圖中：  FP 是皮帶張力；FW 是物料重量（需測(cè)量的力）；

FC 為稱重傳感器受的力；α是皮帶張力FP與水平方向形成的夾角

根據(jù)受力分析可得到如下結(jié)論：FC ＝ FW + 2FP * sinα

而皮帶張力是皮帶輸送的一個(gè)基本屬性，它會(huì)隨溫度、濕度以及帶速、物料的密重、流量、粒度的變化而變化。

皮帶秤產(chǎn)生誤差的來源之二：皮帶效應(yīng)

皮帶效應(yīng)是指皮帶的硬度、彈性等物理特性及截面形狀對(duì)稱重產(chǎn)生的效應(yīng)。皮帶效應(yīng)作用在秤架上，對(duì)皮帶秤的受力及力傳遞產(chǎn)生極大的影響。皮帶效應(yīng)取決于皮帶狀態(tài)及所處環(huán)境。皮帶狀態(tài)隨時(shí)間、溫度、張力、流量及皮帶材質(zhì)、軟硬度、截面形狀而變化，對(duì)稱量結(jié)果影響很大，是皮帶秤長期穩(wěn)定性差的影響因素。

皮帶秤產(chǎn)生誤差的來源之三：溫度變化對(duì)傳感器的影響

    我國大部分地域處于溫帶。四季分明、晝夜溫差大，最高可達(dá)1~200c、季節(jié)溫差變化最大達(dá)30～400c，。溫度變化對(duì)稱重傳感器的靈敏度影響，導(dǎo)致稱重結(jié)果不能保持原有的精度、即長期穩(wěn)定性不好。

    三大影響因素導(dǎo)致皮帶秤的精度低、長期穩(wěn)定性差，成為制約皮帶秤成為貿(mào)易級(jí)計(jì)量的工具。

南京三埃有限公司（鏈接網(wǎng)址）通過多年的研究及大量試驗(yàn)開發(fā)研制出一種新的高準(zhǔn)確度皮帶秤——陣列式皮帶秤。

陣列式皮帶秤的定義：以一只稱重傳感器為支承，采用特殊的結(jié)構(gòu)安裝兩組托輥，組成一個(gè)獨(dú)立的稱重單元—單點(diǎn)懸浮式稱重單元；將N個(gè)稱重單元連續(xù)安裝，組成一個(gè)稱重陣列。

陣列式皮帶秤以一種新的皮帶秤誤差理論為基礎(chǔ)，由N個(gè)稱重單元組成一個(gè)陣列稱量系統(tǒng)，極大地降低了皮帶張力帶來的影響。使得皮帶秤的準(zhǔn)確度和長期穩(wěn)定性得以大大提高，可長期保持優(yōu)于0.%的稱量誤差。

（鏈接：陣列式皮帶秤產(chǎn)品指南）

陣列式皮帶秤的技術(shù)突破

一、理論上的突破

一、理論上的突破

陣列式皮帶秤基于一個(gè)新的皮帶稱重誤差理論——“內(nèi)力”理論。即：在一個(gè)稱重陣列里，皮帶張力轉(zhuǎn)變成為系統(tǒng)內(nèi)力，張力的變化在系統(tǒng)內(nèi)此消彼長、相互抵消，對(duì)系統(tǒng)的影響為零。

二、結(jié)構(gòu)上的改革

單點(diǎn)懸浮式稱重單元，結(jié)構(gòu)采用直聯(lián)式連接。摒棄傳統(tǒng)的杠桿系統(tǒng)，消除了機(jī)械變形引入的誤差，保持了稱重系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性。

三、技術(shù)上的創(chuàng)造

陣列式皮帶秤在信號(hào)處理系統(tǒng)有著獨(dú)特創(chuàng)新點(diǎn)：

1、張力二次補(bǔ)償。

在“內(nèi)力”理論的支持下，陣列內(nèi)部的張力變化對(duì)稱重幾無影響，但進(jìn)出口單元仍會(huì)受影響。信號(hào)處理系統(tǒng)通過對(duì)相同載荷在不同稱重單元產(chǎn)生的信號(hào)差異對(duì)首尾單元進(jìn)行修正，進(jìn)一步提高了陣列式皮帶秤的準(zhǔn)確度。

2、對(duì)稱重傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償

溫度對(duì)衡器準(zhǔn)確度與耐久性的影響往往不被用戶重視，但實(shí)際使用時(shí)溫度變化所造成的影響還是不容忽視的。特別是傳感器靈敏系數(shù)的溫度系數(shù)，對(duì)皮帶秤的耐久性指標(biāo)尤為關(guān)鍵。由于皮帶秤使用現(xiàn)場(chǎng)的溫度季節(jié)變化有30～400c，由溫度變化引入的誤差是造成多數(shù)電子衡器耐久性指標(biāo)差的重要因素之一。

陣列式皮帶秤使用的每一只傳感器都經(jīng)過48小時(shí)的帶載溫度檢測(cè)，測(cè)得的溫度曲線供現(xiàn)場(chǎng)溫度補(bǔ)償使用。

四、完善的修正補(bǔ)償軟件

包括：張力補(bǔ)償軟件、拉格朗日線性修正軟件、皮帶效應(yīng)跟蹤軟件、溫度補(bǔ)償軟件、運(yùn)行狀態(tài)跟蹤補(bǔ)償軟件等。

五、應(yīng)用功能

包括： 智能自動(dòng)除皮功能；故障早期診斷功能；狀態(tài)、操作記錄、查詢功能；遙測(cè)、遙訊、遙控功能等。

六、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的《陣列式皮帶秤遠(yuǎn)程系統(tǒng)（ZLNET）》

南京三埃將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于皮帶秤上，于2012年正式推出應(yīng)用于陣列式皮帶秤的《皮帶秤遠(yuǎn)程系統(tǒng)》 。

《皮帶秤遠(yuǎn)程系統(tǒng)》依托無線網(wǎng)絡(luò)，通過GPRS將用戶設(shè)備與公司網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器握手連接。用戶皮帶秤的各種信息與系統(tǒng)的各項(xiàng)指令實(shí)時(shí)交換，實(shí)現(xiàn)了遙測(cè)、遙訊、遙控。

陣列式皮帶秤的特點(diǎn) 

一、長期保持準(zhǔn)確度誤差≤0.2% ；

二、現(xiàn)場(chǎng)免維護(hù)，無需專業(yè)維護(hù)人員；

三、可采用掛碼標(biāo)定，與實(shí)物檢定誤差≤0.5%；

陣列式皮帶秤與皮帶秤的耐久性能試驗(yàn)

皮帶秤的耐久性能是關(guān)系皮帶秤長期穩(wěn)定性的關(guān)鍵指標(biāo)，這一點(diǎn)已經(jīng)為國際、國內(nèi)業(yè)界所重視。國際法制計(jì)量組織(OIML)質(zhì)量技術(shù)委員會(huì)/自動(dòng)衡器分技術(shù)委員會(huì)（TC9/SC2）于2009年2月4、5日在倫敦舉行會(huì)議,討論“關(guān)于連續(xù)累計(jì)自動(dòng)衡器引進(jìn)耐久度測(cè)試”的提議，擬在改版的國際建議（OIML R50）中增加皮帶秤耐久性指標(biāo)及耐久性測(cè)試項(xiàng)目。

陣列式皮帶秤研發(fā)之初即在南京三埃投巨資建設(shè)的《QPS皮帶秤全性能實(shí)驗(yàn)室》進(jìn)行過各種耐久性能試驗(yàn)，包括：皮帶張力變化影響的模擬試驗(yàn)、水平力影響的模擬試驗(yàn)、振動(dòng)及速度變化影響的模擬試驗(yàn)、皮帶速度變化試驗(yàn)、流量變化試驗(yàn)等。（鏈接：陣列式皮帶秤的耐久性試驗(yàn)）

試驗(yàn)采用提高嚴(yán)酷度的方法、用嚴(yán)酷度來替代時(shí)間長度，客觀的測(cè)試出皮帶秤的耐久性能。2011年4月OIML SC2/TC9在倫敦召開的R50－1：2009 /3cd討論會(huì)上，南京三埃向國際同行作了介紹，獲得了充分肯定。