一種提高電子皮帶秤穩定性的稱重方法

摘 要：對影響電子皮帶秤長期穩定性的原因進行了分析，根據分析的結果提出了一種新的可大幅提高電子皮帶秤長期穩定性的稱重方法。希望通過文章的分析，能夠對相關工作提供參考。

關鍵詞：電子皮帶秤；長期穩定性；皮帶效應；平板承重方式

Abstract： To analyse the reasons which affect the long-period stability of electronic belt weigher. According to the results， a new method of weight will be offered that will increase its stability. Hope that through the analysis of the article，to provide areference for the relevant work.

Keywords： electronic belt weigher； long-period stability； belt effect； method of plat beaving

目前市場上的各類用于煙草制絲及打葉復烤的電子皮帶秤，主要采用稱重傳感器作為信號采集器進行稱重的方式，而用這一稱重方式的電子皮帶秤，無論采用何種結構，其計量精度在調整后短期內均能滿足設計、使用的需求，但長期穩定性差的問題卻一直未能得到解決。

對于使用者來說，在允許的誤差范圍內，計量精度再提高的意義已不大，而可靠、穩定的計量已成為目前亟待解決的重要問題。電子皮帶秤長期穩定性好，不僅可以減小對秤調整的工作量，也大幅減少計量出錯的幾率，大大提高了電子皮帶秤的易維護性、可操作性，降低了電子皮帶秤使用的難度，大幅提高了生產效率。

1 影響電子皮帶秤長期穩定性的原因分析

目前大部分皮帶秤所采用的方式是通過稱重托輥來進行物料的重力傳遞，皮帶處于物料與傳感器的中間位置，物料通過皮帶將重力傳遞到皮帶秤托輥上，再通過托輥將重力傳遞到傳感器。如圖1以直接承重式的稱重方式為例所示。

如圖1所示，由于物料的重力作用，迫使皮帶在各托輥間產生了形變，即物料重力在傳遞過程中一部分重力的分力和皮帶張力相抵消，一部分重力的分力傳遞到稱重傳感器上，根據這一情況進行受力分析（見圖2）。

其中：Fp是皮帶張力；Fw是物料重量與皮帶質量之和（傳感器測量力）；Fc為傳感器受的力；Fp是皮帶在張力作用下對物料產生的反作用力；α是皮帶受到物料重力作用后形變與水平方向形成的夾角；根據受力分析可以看出：稱重傳感器所受的壓力等于稱量段的物料重力加上皮帶稱皮帶張力在豎直方向上分解力。由此得出：

Fc=Fw-2Fp×sinα （1）

從式（1）中我們可以看出，物料的真實質量并未真實有效的傳遞到稱重傳感器上，即 Fc不等于Fw，由此產生了誤差。[1]

式（1）中：如果皮帶稱皮帶張力在豎直方向上分解力為0（即2Fp×sinα項為零）。則實際運行情況為稱重輥與固定輥在同一面上，并且輸送帶在輸送物料時不會產生形變。但由于輸送帶其鋼性差，在受重力后下沉是不可避免的；同時，來料不均產生的托輥微量徑向跳動以及保養不好產生的粘料等因素使得皮帶秤固定輥與稱重輥兩軸線不處于同一水平面。這就造成式（1）2Fp×sinα項就是因為皮帶秤的皮帶張力而產生的

誤差項。

根據以上分析，以雙托輥直接承重式電子皮帶秤為例，其受力相應曲線分析如圖3。

由于受式（1）中所分析的皮帶張力產生的垂直方向的合力所影響，其受力相應曲線并不是由直線所產生的梯形結構，而是具有弧度的梯形結構，而在計算時，我們是將受力響應特性曲線按照直線段來進行設計的，而未考慮式（1）中的2Fp×sinα的差值項。通常在物料穩定的情況下，2Fp×sinα則較為穩定，在皮帶秤校準時可以修訂校驗系數校準此項產生的誤差。實際上皮帶秤物料重量、溫濕度等環境因素的改變會使得皮帶張力隨之改變，即“皮帶效應”[2]，皮帶秤的穩定性與計量精度因此受到影響。

因為皮帶張力為固定存在的，其張力改變是影響皮帶秤穩定的重要因素，所以皮帶秤使用稱重托輥的方式進行重力傳遞造成了皮帶秤長期穩定性較差。

此外，電子皮帶秤通常采用累加法或積分法對順時流量和累計重量進行計算。通過圖3雙托輥直接承重式電子皮帶秤受力響應特性曲線我們可以看出，在作計量時為方便計算，我們引入了稱重段的概念，而此稱重段是一個虛構的數值，并不像計量段一樣真實存在，如果稱重段是真實存在的，則所計算的數據將更加真實有效。

但是由于物料重力的檢測是通過皮帶傳遞而來，并非物料直接作用在力傳感器上，傳感器上測量的重力值也只是瞬時值，因此，物料在前進的過程中由其他外力（如滾落、擠動等）會造成傳感器產生瞬時干擾，造成數據的不穩定，從而使得計量不精確。

因此，提高電子皮帶秤的精度與穩定性的關鍵方法就是將物料重力準確的傳遞到稱重傳感器上，同時減少其他外力干擾，保證物料輸送過程中不會產生彈性形變。

2 平板承重的稱重方式

根據對影響電子皮帶秤長期穩定性的原因分析，我們考慮設計一種能夠使得物料重力可以直接作用于傳感器上，并減少“皮帶效應”對計量的影響，穩定性好、精度高的電子皮帶秤稱重方法。

根據以上分析，我們考慮采用平板作為力的傳遞媒介，其原理如圖4。

由圖4可以看出，采用平板承重的稱重方法，是將電子皮帶秤以往使用的稱重托輥改為稱重平板，用平板作為力的傳遞機構。平板由剛性較好的材料組成，無論采用懸浮式稱重方式還是杠桿式稱重方式或其他稱重方式，皮帶在平板上不會產生形變，使式（1）中2Fp×sinα項為零，使物料重力有效地傳遞到稱重傳感器上，其受力響應特性曲線如圖5所示。

由受力響應特性曲線我們可以看出：物料對傳感器的作用時間長，皮帶秤的稱重段更加實際、有效，并且物料對傳感器的載荷集度近乎為物料重力，式（1）中2Fp×sinα項為零。因此由輸送帶所產生的皮帶效應被大大減小，如此則可以大幅提高皮帶秤的穩定性，避免數據突跳，減小稱量誤差。

3 平板承重式稱重的特點

根據以上分析，可以看出平板承重式稱重減少了由于物料重力產生的形變，使得物料直接垂直作用于傳感器，最大程度減少了皮帶形變對傳感器的影響，使得皮帶陳穩定性與可靠性大大增加。同時平板稱重方式也提高了計量精度，采用平板稱重方式使得物料作用在傳感器的時間增長，物料的相對運動誤差則變得相對均勻，這也可看稱謂一種機械濾波，消除了震動等對計量的干擾。最后，由于平板承重式稱重方式消除了“皮帶效應”，提高了檢測精度與穩定性，其在使用的過程中減少了皮帶秤調零、維護等工作，減少了維護人員的工作量。

4 結束語

平板承重的稱重方法是一種新的動態計量稱重方法，改變了目前各類型電子皮帶秤采用稱重托輥作為物料重力傳遞機構的方式，而是采用稱重平板作為物料重力的傳遞機構。此方法使物料重力通過剛性平板直接傳遞到稱重傳感器上，克服了皮帶秤皮帶張力變化對稱重的影響，最大限度地消除了電子皮帶秤的“皮帶效應”，稱重時有效稱重段更長、更真實，可以大幅提高電子皮帶秤的穩定性。

參考文獻

[1]陸勤生.SA-600陣列式皮帶秤及QPS綜合性能測試系統[J].衡器，2008，3（5）：29.

[2]方原柏.電子皮帶秤[M].2007：252.