散状物料计量装置——阵列式皮带秤
摘要：散装物料的计量，尤其是在输送过程中同步计量，一直是储运专业的重要研究课题之一。皮带秤是最常用的计量器具，但传统的皮带秤对称量精度无法准确的保持，往往造成原料成本的不必要增加。阵列式皮带秤则能很好的改善这一问题，本文主要对阵列式皮带称的结构、原理和特点进行介绍。
关键词：散状物料计量 阵列式皮带秤 阵列式皮带秤远程专家系统
现代物流中，散状物料（煤炭、矿石等）的准确计量一直是个困扰供需双方的世界性难题。这类物资的转移，装、卸、输送多采用皮带输送机，称重计量需在输送过程中进行。最方便、最实用的计量器具当属“皮带秤”，它可以实现在物料输送的过程中同步地进行称重计量。
但由于皮带秤属于连续累计自动衡器，其称重原理和使用中存在的问题，使得其计量准确度较低。更为关键的是实际使用中的皮带秤难以长期稳定地保持0.5%级准确度,使用中的误差甚至高达1～5%。所以在国际、国内贸易中水运散状货物的计量通常采用“水尺计重”法。
“水尺计重”是一种原始的计量方法。影响水尺计重精度的因素很多，如船舶变形、风浪、视觉误差等，由此带来的误差也是惊人的。
有资料统计：一艘5万吨的货轮吃水误差1cm，货物误差高达200t以上。如此大的计量误差，严重影响到企业的原燃料消耗指标，给国家和企业带来经济损失。
我国每年进口铁矿石5亿吨以上，如按这个误差计算，计量误差将高达200万吨、折合人民币约3亿元。
再说到钢铁厂内部的物料转移，皮带秤更是必不可少的工具。随着原燃料的价格不断上涨、企业内部的降本增效考核的力度越来越严。提高皮带秤的精度和稳定性就越发突出。
那么皮带秤为何存在误差大、稳定性差的缺点呢？这源于皮带秤属于连续累计自动衡器，其称重原理及使用环境的恶劣造成了上述结果。
1、传统皮带秤的误差来源
皮带秤为什么存在精度低、长期稳定性差的问题，来源于其自身的称重原理及使用环境带来的影响。
皮带秤的物理属性是：皮带作为称量物的载体，秤体在皮带的下方、称量物在皮带上面。
传统的误差公式：E相＝±2KdFp/nqa2， 式中 Fp—皮带张力、K—皮带效应系数，是皮带秤产生误差的主要来源。
●皮带张力是皮带输送的固有属性，它随驱动电机的功率、倾角、带速、流量等参数以及环境温、湿度等因素而变化。当皮带机托辊表面准直性差时，会产生一个叠加于被测物体重力上的干扰力，影响皮带秤的准确度和长期稳定性。
●皮带效应是指皮带的硬度、弹性等物理特性及截面形状对称重产生的效应，它作用在秤架上、对皮带秤的受力及力传递产生极大的影响。皮带效应随时间、温度、张力、流量及皮带材质、软硬度、截面形状而变化，对称量结果影响很大，是皮带秤长期稳定性差的主要影响因素之一。
●温度变化对传感器的影响也是皮带秤产生误差的来源
三大影响因素导致皮带秤的精度低、长期稳定性差，制约了皮带秤成为散状物料准确计量的工具。
皮带秤自上世纪初发明以来，秤体的结构形式鲜有大的突破。皮带秤的精度与长期稳定性也难有提高。
2、阵列式皮带秤特色在哪里？
阵列式电子皮带秤是一款精度达到0.2％的高精度电子皮带秤。那么，作为高精度皮带秤，它的特点有哪些呢？
首先，在结构方面，阵列式是由两组四托辊全悬浮式秤架排列组成的。即两个14A型秤架组合而成。全悬浮结构而非单杠、双杠结构，了解字面解释即可，意为无需支撑的秤架，其设备质量也因此减少了20%之多。极大地简化了安装时的工作量。而全悬浮式的直接承接式组合，自然，减少了很多移动件，从而不存在接触支点的摩擦损坏等问题。同时，秤架的维修量也大大减小。
传感器为四只拉式传感器，该传感器达到了国际标准，稳定性、灵敏度、过载保护等功能更强悍，基本满足了绝大部分用户的需求。
此外，阵列式电子皮带秤还采用了现场数字转换器，在称重数据产生现场即刻进行模拟信号向数字信号的转换，保证信号传输的高精度和高效性，避免了信号失真导致的计量误差。
同时，该款设备还具备实时监测跟踪功能。可远程监控设备运作是否正常，是否出现故障部件，并能及时检查故障所在，进行维修或更换。皮带的工作状态也可实时监控，多种方式保证计量的高稳定性与精准度。
最后是温度补偿功能。创新性地在仪表内部置入温度传感器，可有效避免现场温度。的影响
3、阵列式皮带秤介绍
阵列式皮带秤以一种全新的皮带秤误差理论为基础：将N个称重单元连续排列、组成一个称重阵列，极大地降低了皮带张力带来的影响。皮带秤的准确度和长期稳定性指标取得革命性的突破。
3.1、理论上的突破
阵列式皮带秤基于一个新的皮带称重误差理论——内力理论。“内力理论”：对于单个称重单元存在有皮带张力的影响，当若干称重单元组成一个称重阵列、阵列内部的皮带张力影响力转变成为系统内部力，内力的变化在系统内此消彼长、对系统的影响几乎为零。
该误差理论跳出了传统误差理论的巢臼，使所有对皮带秤误差的认识和解决方法产生了一个革命性的改变。在称重阵列中，皮带张力影响力转化为内力，物料流量的大小、温度湿度变化等因素导致的皮带张力变化对皮带秤精度的影响甚微，从而实现了皮带秤的高准确度、高稳定性。
3.2 结构上的革新
阵列式皮带秤的称重单元摒弃了传统的杠杆系统，采用刚性直联结构形式的“单点悬浮称重平台”。
这一结构颠覆了传统皮带秤的传力系统，彻底解决了“杠杆系统对准确度的影响”的难题，系统稳定性得以提高；该称重平台抗水平力、抗偏载性能极佳，大大降低了非垂直力和物料偏载对系统准确度的影响；单元重量轻，实现轻松安装。
3.3 关键技术的突破
（1）国内首创“称重传感器温度补偿”技术
称重传感器使用前全部进行48h以上的高低温测试，测试的温度曲线输入计算机，根据现场温度进行补偿修正，消除了温度变化对皮带秤长期稳定的影响。
（2）基于物联网技术的远程专家系统。
作为贸易级的在线计量用秤，对皮带秤的故障率有着极高的要求，同时对皮带秤制造商的售后服务会有较高的要求。
将物联网技术应用于衡器产品上。系统通过GPRS和移动通讯网络传送客户设备信息及总部指令，在公司总部与用户设备之间实现互联互通，对皮带秤实行远程遥测、遥讯、遥控。
远程专家系统通过对用户设备信息的分析、判断，实现皮带秤故障早期诊断、预警、维修，解决服务瓶颈。
3.4多项超强的补偿修正软件
（1）张力补偿软件
根据各单元重量变化分布，对称重阵列出、入口单元进行补偿，进一步提高了阵列式皮带秤的准确度。
（2）皮带效应跟踪软件
对皮带效应的影响进行持续跟踪、补偿，确保皮带秤长期稳定保持0.2%的称量精度。
（3）温度补偿软件
现场环境温度变化时，依据称重传感器的温度曲线进行补偿修正，确保皮带秤长期稳定性
（4）皮带秤运行状态跟踪补偿软件
（5）线性修正软件
采用拉格朗日曲线拟合技术对阵列式皮带秤因流量不同所产生的误差进行线性修正。
3.5超强的应用功能
（1）故障早期自诊断功能
阵列式皮带秤具有故障早期诊断功能，远程专家系统的应用可实现系统故障早期诊断、报警、单元切除和修复。
（2）智能除皮功能
阵列式皮带秤通过智能判断实现自动去皮。
（3）超强的记忆功能
阵列式皮带秤可记录皮带秤的运行状态、每一项操作、各项报警内容，供分析故障时查询。
4、 阵列式皮带秤的特点
4.1准确度指标高于现行国际、国家标准
皮带秤的准确度等级无论是在国际法制计量组织（OIML）50#建议（R50）、还是在国家标准（GB/T 7721-2008）中，最高等级均为0.5（准确度误差为0.5%），而阵列式皮带秤的误差，无论是在公司《QPS皮带秤全性能测试系统》上N多次的测试、还是在计量技术机构的多次检测以及众多用户使用中实测的结果，均达到0.2%级准确度等级。
4.2耐久性指标好
耐久性指标的高低是衡量皮带秤长期稳定性的关键指标、是用户最为关心的指标，也是皮带秤能否应用于商贸级计量的关键。
针对影响皮带秤耐久性指标的因素—皮带张力、非垂直力、振动等因素。在模拟皮带秤使用现场极易出现的：皮带张力变化、托辊沾料、带速变化、水平力、振动等情况下进行检测，其准确度指标均能满足0.2级要求。
4.3安装和维护简便、轻松
在内力理论的支持下，阵列式皮带秤称重单元采用薄壁构件、刚性直联结构、重量轻，安装维护极为简便、轻松；
4.4检定方便
通常皮带秤的检定首推实物检定，挂码法由于不能体现皮带张力对秤精度的影响，检测结果不能反映皮带秤的真实性能。但是，由于阵列式皮带秤能有效地抑制皮带张力对称量精度的影响，使用挂码方式即可以有效地检测并反映秤的准确度和稳定性指标，从而使得皮带秤的检定变得简单了许多。
5“远程专家系统”介绍
随着用户不断地增多、市场地域不断地扩大，提供快捷及时的售后服务就成为皮带秤制造商与用户共同关心的一个问题。制造商如何为用户提供及时、快捷的售后服务，是件十分重要的工作。
通常用户皮带秤发生故障的处理流程是：通常情况下：用户根据投入产出比判断计量数据失准，再经过检定确定皮带秤存在故障，通知制造厂；制造厂维修人员赶赴现场，检查判断故障原因、更换损坏部件、修复皮带秤；其间需要经验丰富的维修人员，以及用户的密切配合，耗时、费力、影响计量。
将物联网技术应用于皮带秤故障检测和售后服务，率先推出了基于物联网技术的—阵列式皮带秤远程专家系统。系统通过GPRS利用无线网络将用户皮带秤和公司服务器连接，定时扫描用户设备终端、读取并存储数据；由专家系统进行分析，作出每台设备工作状态检测报告。如果发现设备有故障先兆、则发出故障预警；若易发生故障则进行故障分析并给出处理意见，指导就近及时维修。
阵列式皮带秤远程专家系统不但可实现故障预警、快速维修，解决了皮带秤制造商售后服务的瓶颈问题，还可以实现皮带秤无人值守、防作弊预警。
同时还可以接入企业的ERP系统，用于企业内部的生产调度管理，适随时掌握即时计量数据、跟踪货物的装卸存及计量误差。
