散状物料准确计量的工具阵列式皮带秤《电力设备》稿件解析Word格式文档下载.docx

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更为关键的是皮带秤的准确度难以长期稳定地保持在检定时的准确度等级上,实际使用中的不确定度高达1～5%。

这一现象不只是存在于国产皮带秤，国外产品亦有同样的情况。

所以国际、国内贸易中船运散状货物的计量通常采用“水尺计重”法。

以此作为办理进出口商品交接、结算、计费、通关、计税、索赔、仲裁的凭证。

“水尺计重”是一种原始的计量方法。

是根据“阿基米德定律”的原理，通过在装（卸）船前和装（卸）船后分别测定前后两次船舶的吃水线，并测定前后两次的船用淡水、压舱水及燃油的贮存量或消耗量，同时前后两次测定船边港水密度，然后按照船方提供的排水量表或载重量表以及有关的静水力曲线图表、水油舱计量表和校正表等船用图表计算出船舶载运货物的重量。

影响水尺计重精度的客观因素很多：

如船舶拱陷变形、定量备料更动、港水风浪等等，要求船舶的艏舯艉水尺标记和载重线标记的字迹必须清晰正规、刻度正确无误；

具备船舶正确而有效的图表，包括：

排水量表或载重量表，静水力曲线图或可供排水量纵倾校正的图表，水油舱计量表及纵倾校正表，船型图或可供船艏艉水尺纵倾校正的有关图表。

最为重要的是，水尺计重是凭借肉眼观察确定的。

简单的目测只有在风平浪静，水平面与水尺标志的交线是固定唯一时，数据才是准确唯一的；

而当有风浪尤其是较大风浪时由于波面起伏不平，波面与水尺标志的交线就成了瞬息万变的曲线。

此时观察者只能凭经验判断船舶吃水值，测得的重量难免带有主观臆断性，有失客观、公允。

根据国际惯例水尺计重的误差为±

0.5%，但是实际的准确度误差应是远远大于0.5%的。

故而由此带来的误差也是惊人的。

以一艘内河2000吨的驳船计算：

平均吃水误差为1cm时，货物误差约为10t左右；

而一艘5万吨的货轮：

平均吃水误差1cm，货物误差就高达200t以上。

在矿石、煤等原燃料价格大幅增长的今天，如此大的计量误差，势必成为贸易争端最常见的起因；

同时也会严重影响企业原、燃料的消耗指标，给国家和企业带来巨大的经济损失。

据《中国煤炭网》公布的统计数据：

2007年全国主要港口煤炭发运4.6亿吨、2008全国港口累计完成煤炭发运量5.1亿吨。

如按水尺计重法，目测误差每1cm，计量误差全年将高达200万吨以上。

另据《中国钢铁工业协会》公布的统计数据：

2008年度我国进口铁矿石44355.8万吨、2009年度1～7月进口35525万吨。

如按5万吨级货轮运输计算，目测误差每1cm（对于一艘5万吨级的巨轮，1cm是多么微不足道的量啊），计量误差也将高达200万吨。

如果加上船舶变形、水尺失准等因素引入的误差，水尺计重这种古老的计量方式所带来的误差将是一个惊人的数字；

如果再加上与“腐败行为”挂上钩的人为因素呢？

水尺计重的弊端及巨大误差业已引起国内企业的注意，也采取了许多规范操作的措施。

笔者曾在重庆某大型企业作过调研：

该企业80％以上的原燃料都从长江水运进厂，为了规范水尺计重操作、避免人为因素给企业造成损失，该公司专门成立了一个“水尺”计量班负责监督计量全过程。

每当卸船时，人员登船检查货舱情况，测量燃油舱、压水舱液位；

卸船时要求轮机停止运转；

卸船前、后双方共同读取水尺数据，确保计量数据可靠、真实。

同时为避免人的因素制造出的船舶标尺误差，该公司还与重庆市船检局达成协议：

要求其规范所有下属市、县船检部门检测标注船标尺行为，不得徇私舞弊。

采用“水尺计重”法既是基于缺乏准确、实用的计量工具，也是基于当初计量的散状物料大多属于价值较低的物资。

然而发展到今天，计量的散状物料--矿石、煤炭、粮食等早已不是什么廉价的物资了。

目前电煤的价格已高达400元/吨；

而进口铁矿砂的价格2008年均价就高达136.5美元/吨，2009年以来受澳大利亚力拓公司间谍门事件影响进口铁矿价有所下降，每吨均价为75.75美元、1~7月的进口额就高达269亿美元。

因此研制开发出高准确度皮带秤，促进皮带秤成为国家法定的贸易结算用计量器具。

从而解决困扰世界的皮带输送散状物料过程中贸易级计量这一难题，为现代物流业提供了一种快捷、可靠的散状物料计量器具，既是社会之期盼、也是衡器业界之义不容辞的责任。

皮带秤显然是散状物料计量最实用、最方便的计量器具，然而传统的皮带秤存在着准确度低、长期稳定性差的弊病，长期受到计量检测部门及用户的诟病，故很少用于贸易场合。

传统皮带秤的误差分析

皮带秤的误差来源于力测量系统、信号处理系统及环境影响等几个方面，其中皮带张力是误差的主要来源。

它存在于力传递系统，又因环境因素变化而改变。

下图为一个简化的皮带秤原理图：

固定辊传感器称重辊固定辊

（图一）

其受力分析如图二：

（图二）

图中：

FP是皮带张力；

FW是物料重量与皮带质量之和（需测量的力）；

FC为传感器受的力；

α是称重托辊受力下沉后皮带张力FP与水平方向方向形成的夹角；

根据受力分析可得到如下结论：

FC＝FW－2FP*sinα

为了捡测到物料的真实重量，我们希望上式中2FP*sinα项为零或一个常量。

上式中：

如令α＝0，则2FP*sinα项就为零。

要实现α＝0，也就是要求皮带秤做到称重辊与固定辊的上表面在同一平面。

因此，在皮带秤制造、安装和日常维护中，对托辊的同心度、及托辊上表面的高低及表面状况都提出了极高的要求。

通常要求托辊的径向跳动不得大于0.2mm；

制造、安装时调整托辊上表面高差不得大于0.5mm，使用中须经常检查、清扫秤架和托辊等等。

而α的产生一个重要原因是皮带有料后秤架下沉，所以提高秤架的刚度，减少荷重下沉就成为皮带秤提高准确度的主要手段之一。

通常采用的办法是通过改变秤架的结构和增加重量，其结果使得皮带秤变得十分笨重（一般都在数百公斤）。

适得其反的是笨重的秤体在皮带运行过程中难免出现因支承原因造成的支点、力点的微小位移，使得皮带秤的长期稳定性受到较大的影响。

安装也是影响皮带秤精度的重要因素。

通常皮带秤安装规范及实际安装工作都将“皮带秤的称重辊与固定辊上表面应调整在同一平面”的要求提到极其重要的高度，个别企业甚至在安装时使用激光准直仪来进行校准。

但是使用后因秤架荷重变形、焊接变形等原因，使得初始准直度不复存在；

更由于托辊不同心产生的径向跳动和托辊沾料等方面的原因，使得皮带秤称重辊与固定辊无法长期保持在同一平面。

也就是说在实际使用中α值不可能为零，也不为一常量。

皮带张力是皮带输送的一个基本属性。

它会随带速变化以及输送物料的堆比重、流量、粒度的变化而变化；

皮带硬度随温度、湿度的变化而变化又影响张力大小。

显然这样一个不确定的力和一个变化的α角构成了皮带秤无法克服的误差项，严重地影响着皮带秤的测量准确度及长期稳定性。

多数皮带秤的用户清楚地认识到皮带秤的诸多影响因素，他们无法消除这些，唯一能做到的是通过加强维护、不断地校准来维持皮带秤的准确性。

笔者曾去江苏某电厂作过一次调研，据该厂计量科尹科长介绍：

为保证皮带秤的准确度，该厂将皮带秤上的托辊换成由瑞士进口轴承组装并精密加工的特制辊；

为保证皮带秤的准确度，该厂一般三个月、最短一个月就要用专门配备的“实煤校验装置”对皮带秤进行校准，否则难以保证皮带秤的准确性、计量出来的数据不能作为与供货商结算的依据。

（需要说明的是在国内各行业中，电力系统可能是最为重视皮带秤的。

各厂均配备有一支专业维护队伍，并在大部分皮带秤后面配置有“实煤校验系统”。

）

另笔者了解的南京某钢铁企业有数十台皮带秤。

为确保皮带秤的准确度，一个专业维护的电子秤班每周对计量结算用皮带秤进行一次校准，以保证这些秤的准确性。

实际上影响皮带秤性能的还有非垂直力（水平力）、振动、皮带与皮带轮之间的滑动等。

托辊转动不灵活造成的皮带与托辊间的摩擦力、皮带承载后下垂都会对秤架产生水平推力，虽然传统的双杠杆结构理论上是可以抵消水平力的影响，但是秤架结构及安装误差使水平力产生的转矩之和只是理论上的为零；

托棍的径向跳动、皮带下垂对托辊的冲击会使皮带秤产生振动。

这种种的影响因素使得皮带秤性能长期稳定性差成为一个难以绕过的事实，成为皮带秤无法用于商贸结算的症结。

现在皮带秤性能的长期稳定性（即耐久性）问题已经引起了国际、国内业界的极大重视。

国际法制计量组织（OIML）质量技术委员会/自动衡器分技术委员会（TC9/SC2）于2009年2月4、5日在伦敦举行会议,讨论“关于连续累计自动衡器引进耐久度测试”的提议。

TC9/SC2认为：

“目前一些符合R50标准的皮带秤并不能够在合理使用期限内保持在最大可允许误差范围内的性能。

在某些个案中，在起始检测及投入使用的几周或几个月后，误差就已超过最大允许值。

”TC9/SC2担忧“因为这些状况导致皮带秤在大散装计量行业中的声誉低下，导致正常质量皮带秤生产厂家声誉受损，并有损OIMLR50批准的权威性。

”

大会决定征求SC2所有P级、O级会员意见：

拟增加皮带秤耐久性指标、增设皮带秤耐久性测试项目。

由此可见，皮带秤准确度低、长期稳定性差的问题不单单是国产皮带秤的问题，也是一个世界性的难题。

既然造成皮带秤误差的皮带张力是难以消除的，我们是否可以换一个思路来考虑问题：

设法降低皮带张力对测量的影响。

南京三埃工控股份有限公司通过多年的研究及大量试验开发研制出一种全新的高准确度皮带秤——阵列式皮带秤。

该型皮带秤以一种全新的皮带秤误差理论为基础：

由N个称重单元组成一个阵列称量系统，极大地降低了皮带张力带来的影响。

使得皮带秤的准确度得以大大提高，经实测达到0.2级；

在结构上摒弃了传统的杠杆系统，消除了皮带秤在使用中因力点位移对准确度的影响，使皮带秤的长期稳定性指标也得以突破。

阵列式皮带秤介绍

一、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：

在一个称重阵列里皮带张力转变成为系统内力，内力的变化只在系统内造成此消彼长、对系统的影响为零。

该理论跳出了传统的皮带秤误差理论的巢臼，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：

皮带张力不再是影响皮带秤性能指标的关键因素，无需为了提高皮带秤的准确度而追求秤体的刚度；

无需通过精密制造、精细安装、精心维护来维持皮带秤的长期稳定性。

转而去建立一个合理的称重阵列系统，在这个系统中，皮带张力化为内力。

张力的大小、温湿度变化等因素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。

二、结构上的革新

如前述，传统皮带秤笨重的秤架结构使得皮带秤的稳定性变坏。

我们对国内外各种结构型式的皮带秤进行分析、研究，对秤架进行了全新的结构革新设计：

使用我们的专利产品“工字型单点传感器”作为传感器件；

摒弃了传统的杠杆系统，采用刚性直联的结构形式，成功的设计出“单点悬浮称重平台”并获国家专利。

这一结构颠覆了传统皮带秤的传力系统，彻底解决了“杠杆系统中力点位移对准确度的影响”的难