一、前言

中國從上世紀七十年代初就開始研製和生產定量皮帶秤。是一種工業配料過程中經常使用的衡器，主要用於水泥配料。在2016年針對配料用的定量皮帶秤，製定了國家標準。對一種產品製定標準，是對該產品深化認識的過程，對產品的發展和質量的提高有極大的好處。本人想談談對定量皮帶秤的認知。

二、正文

自動定量皮帶秤是能夠控製通過皮帶輸運物料在預定單位時間內輸送的重量，屬於自動稱量的動態秤。然而在很多介紹自動定量皮帶秤的文章，沒能講述其動態稱重的特點，大多介紹各廠家定量皮帶秤的機械結構，使用材料和製造的特點。很少從動態稱重的要求來介紹定量皮帶秤。

我們熟知的重袋式定量包裝秤，控製預定重量是通過細投料的多少使最終物料的重量達到預定的重量值。定量皮帶秤是運用過程檢製方法在整個稱重過程中調節進量的多少，皮帶的速度，即調節物料的K8凯发登录入口的多少使其最終的累積重量達到預定重量。

首先，我們分析定量皮帶秤的輸運物料的物理過程。定量皮帶秤物料的受力問題是變質量力學範疇。在整個稱重過程中被稱物料不斷由進料口流入通過皮帶運送，又不斷的由皮帶的出口流出。根據變質量力學的動量定理，可寫出皮帶上運輸物料的表示式：

式中：m1———流入皮帶的質量；

u1———流入質量相對皮帶的速度；

m2———流出皮帶的質量；

u2———流出質量相對於皮帶的速度，此

時等於皮帶的傳輸速度為I，q＝mI是皮帶上被輸送物料的動量。在時間T內經皮帶運送的物料的累積量為：

注意式中F是作用在物料上的外力，例如皮帶的張力，剪切閘門的剪切力等，不是稱重傳感

器的稱重力。（1）式是輸運物料的動量微分表示式，（2）式是它的積分表示式。通常拋出物料的速度u2也就是皮帶的傳輸速度，即u2＝I。對定量皮帶秤的調控，通常是通過調節輸入皮帶的質量，或者調節皮帶的傳輸速度使最終的累積的總量等於預設量。也有既調節輸入質量，同時還調節皮帶傳輸速度的皮帶秤。但這種定量皮帶秤，需有預給料機，係統的結構也比較複雜。

下麵舉一簡單的例示說明反饋係統的控製過程和響應表達式。調節部件一般可采用閘門或采用電機。為簡單起見用閘門調節例示說明。如圖1所示。

反饋控製係統的方框圖如圖2所示。x（P）和y（P）分別表示輸入和輸出變量x（t）和y（t）的拉普拉斯變換。G（P）為係統的傳遞函數，H（P）為調節係統的傳遞函數（反饋函數）。反饋控製過程、將輸入量x（P）與經過反饋係統的輸出量y（P）比較，將二者的偏差值經由係統G（P）調節部分，使最終的輸出等於預設值。由圖2，很容易求得下式。

對反饋控製響應的基本要求，首先是響應式必須是收斂的，並且收斂於預設值。第二要求收斂的速度要在預定時間內達到預設值，至少是在能控製誤差的範圍內達到預設值。

本文不對反饋控製的響應式的穩定性、誤差等的具體參數做進一步的分析。隻對其中一些部件在動態狀態下的特點做一些分析。

在動態係統中對承載器的要求不能隻看它稱重的準確性、穩定性等。還要看它的響應函數。因為在反饋控製係統中，它將影響係統的穩定性、收斂速度、誤差等重要技術指標。

定量皮帶秤的承載器通常有三種形式，即單托輥式、雙托輥式和直接承重式。對於比重較輕的物料的中小量程的定量皮帶秤，近年多采用直接承載式。物料通過承載器，更確切說通過稱量段、所采集到的數值，將其處理就可以得到此時被稱物料的瞬時K8凯发登录入口、經累加就可得到被稱物料的總重量。對數值的累加過程，由頻域的觀點看，時域的累加相當通過一個低通濾波器。然而由於承載器結構的差異，物料處於稱量段的不同位置，對稱重傳感器作用力量不同。例如對於單托輥式，當物料剛進入稱量段，即進入輸入方向的托輥時，它施加到稱重托輥的力是很小的，隨著接近稱重輥的距離越近而逐漸加大。從取樣過程而言，相當於對取樣數值的平均值加了一個“權函數”，對單稱重托輥此承載器加載的，由單位點載荷得到的力函數f（t）、和它的拉普拉斯變換的傳遞函數以及皮帶上均勻載荷通過承載器的稱重平均值。在此采用托普拉斯變換，是因為它的變換結果比較直觀，在富裏哀變換中e的指數為虛數，而拉普拉斯變換中e的指數為實數，若變換結果中e的指數存在負數，即表示該係統有積分式累加的過程，而且信號通過該係統有一定的延遲。在實際運用時，由於處理的數據均為離散信號，多使用Z變換。稱量區間的傳遞函數簡圖如圖3所示。

由於定量皮帶秤和大多數定量秤不同，它在控製調整量的時間與稱量區間有一段延遲時間，由稱量區間到投料口又有一段延遲時間。與定量包裝秤相比在控製下料使達到預定量的調節因素更複雜些。從單稱重托輥的定量皮帶秤，就可看出稱量區的範圍不同，並且影響到采樣數值的平均值。在圖3中，在平均載荷時M為稱重區的重量，D為稱重區的長度，m＝M/D為單位長載荷的重量，L為托能間距。現以單稱重輥為例，確定傳感器在均勻載荷下受力，其數值為稱重托輥與兩端托輥之間的載荷平均值。此時的稱量區D＝2L，即托輥間距的兩倍。若我們按傳統的定義稱重區，為稱重托輥分別與兩端托輥中部的距離之和。此時稱量區D＝L，由於單托輥在不同段上的加權不同。此時在稱量段取樣的平均值為3/4mL，不再是mL。在圖中m是稱量段間均勻載荷的單位長度重量。此時的取樣區也由後來的D＝ZL，變為D＝L。由於現在是動態稱重，當進料端的載荷K8凯发登录入口有改變時，隻能通過一組取樣的數值平均，得到數值才有比較的可能。圖4給出進入單稱重托輥階躍K8凯发登录入口時的瞬時過程。圖中Q為階躍K8凯发登录入口通過稱重段的實際值，Q*為通過傳感器測量得到的K8凯发登录入口值。由圖4中可看出隻有當階躍K8凯发登录入口通過稱量區D之後，傳感器才顯示物料變化後的穩定值。為了能準確控製預定給料，這些有關的因素在編製軟件時應仔細分析。一般情況皮帶出料段的皮帶線載荷與稱重區測量值之間存在延時，兩者之間的線載荷可能不一樣，造成對預設量的偏差。因此，稱量段應當盡量接近拋料點。

單稱重托輥階躍載荷的瞬時圖如圖4所示

與所有自動定量秤一樣，控製流動物料的均勻性是確保預設量準確度的主要問題。特別是現今電腦的功能，傳感器的精度和穩定度已足夠滿足稱重要求的條件下。對物料的控製的均勻性更顯得突出。

三、結束語

定量皮帶秤通常在進料段的上方安裝有進料鬥由於物料的物理特性的差異，進料鬥結構，尺寸就是設計定量皮帶秤需要重點考慮的問題。

在定量皮帶秤現場安裝，要注意兩個問題，要盡量降低皮帶輸送支架工作時振動的影響，要有減振措施。另一方麵對稱重承載器（支架）要有隔振措施、減少外界振動幹擾。

定量皮帶秤用於貿易的場所很少，基本用於配料等工藝秤使用，按照法製計量管理的規定，作為工藝秤是不需要列入強製計量管理的範疇。

要注意和定量包裝秤等，其它定量秤一樣，定量皮帶秤的準確性，與被稱物料的特性有關。所以不是可以用一種準確度等級來代表所有被稱物料的稱量準確度等級的，實際上定量秤均屬於“個性”特點的衡器。稱重結果與物料的特性有關。嚴格講廠家應說明該產品的誤差是針對某類物料的結果，這與定量包裝秤一樣，需說明所標注的準確度級別是在稱重何種物料的結果。

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