秦建梅
（晋中市综合检验检测中心， 山西 晋中 030600）
0 引言物体的运动形态主要依靠力发生改变，将多维约束称重传感器和电路结合，可以有效将力转化为交互的质量信息[1]。皮带秤结构对计量精度会产生很大影响，对称重的稳定性也起着至关重要的作用。因此，本文对皮带秤的结构形式、测量原理、电器原理、校准方式、经济性和影响因素等方面进行分析。
1 多维约束皮带秤构成及测量原理称重桥架、称重传感器是电子皮带秤的关键部件，影响测量的精度和稳定性。电子皮带秤的其他组成部分包括积算器、传输线路和三维方向板等。称重传感器安装在传送皮带的纵梁处，称重托辊依靠称重桥架支撑，用于检测皮带上方的物料质量，通过电路中电阻贴片的变化，将力转化输出为显示质量的模拟量信号，可以大大提高采集回质量的精度和稳定性[2]。将速度传感器安装在输送机尾部来测量输送机的传输速度。将单位质量（kg/m）和速度v（m/s）相乘，得到物料的累积质量和瞬时质量，显示在交互界面（显示器）上。
2 多维约束皮带秤产生误差原因及解决方法多维约束皮带秤测量精度不仅仅体现在测量传感器的精度和电器的测量精度方面，皮带秤的安装和维护对系统性能具有重要作用，能够大大提高多维约束皮带秤的精度。
1）电磁场环境对测量电子元器件存在较大的干扰，对显示仪表和数据传输过程都会造成较大的干扰，导致整个数据的异常。电子元器件无法自身消除周围磁场环境的干扰，提高电路的抗干扰能力，可以增加电缆的屏蔽层，使用铝箔纸等方式进行屏蔽[3]。整体电路的防护等级达到IP60 以上，可以减少水和尘埃等的影响。同时增加散热，增加电子元器件的寿命。
2）气候条件的影响主要有温度、尘埃等。皮带秤应尽量安装在封闭的室内，能够经常清扫，保持清洁。同时，要保证室内的空气流动，减少温度变化较大的情况，温度变化较大，元器件会产生温漂，导致元器件精度和斜率偏差较大。产生较大的温度变化时，应对电子元器件进行校准。
3）皮带运行速度不稳定，会造成计算错误。运行速度不匀会造成机械抖动甚至震动加剧，容易导致零部件松动、产生形变等，从而产生计量误差。
4）机械结构因素。皮带秤机械结构如图1 所示。皮带秤安装时，要紧固螺栓部分，安装支架要固定牢靠。否则，会因机械刚度的不同而产生一定形变，导致计算误差。若有物料或者异物卡在皮带处，会产生较大的误差。因此，应加强皮带的清理工作，并对簧片吊挂组件、称重托辊等种重点部位定期紧固。
图1 皮带秤机械结构
5）校准误差的影响因素。校准电子皮带的常用的方式有电子校准、挂码校准、链码校准和实物校准。实物校准准确度更高，根据实际的工况进行标定校准，将实物在皮带上进行预先计算，与皮带运行后称重的结果进行对比，采用系数方式进行校正。实物校准产生的工作量较大，操作难度和校准次数也随之增加，但校准的结果更贴近实际，产生的误差较小，受其他因素的影响也较小。
3 多维约束传感器产品特征和皮带秤电器结构1）多维约束传感器具有承受压力范围大、承受拉力范围宽的优势，广泛应用于皮带秤中。为保证测量的灵敏度和精度，将传感器平行贴于机械装置两侧，提高整个测量装置的输出特性，使用中能够经受住瞬间的冲击，即使运行中出现过载情况，产生的影响也较小。基于以上特点，深受用户的青睐。
2）传统的皮带秤采用杠杆原理传递力，会造成较大的测量误差，而多维约束称重传感器能够改变力的传递方式，优化了传统测量的缺点。对物体直接进行测量，减少了中间测量环节，可以保证力在传递过程中由于机械刚度不同所带来的损耗。称量准确度也得到了较大提升。
3）将多维称重传感器按照阵列的形式布置在称重单元中，该矩阵方式可以有效提高称重的精度，称重范围更广更精确，增加称重托辊的组数，可以提高皮带秤的运行稳定性及采集数据的有效性。
4）通过矩阵式传感器分布位置均匀检测，提高了皮带秤的抗干扰能力，加上整个单元框架的强度和刚度较为稳定，电路对整体称重数据进行有效滤波，大大减小了皮带秤运行中的误差。
如图2 所示为主梁受力图。
图2 称重单元主梁受力
除机械结构的稳定性影响称重精度和稳定性以外，电路处理和滤波对称重数据也会产生较大误差。对比多种传感器发现，多维约束称重传感器电阻型信号变化灵敏，精度较高。
多维约束传感器皮带秤的电器结构如图3 所示。通过速度传感器和称重传感器采集速度信号和质量信号，电气控制柜控制电机的稳定运行。将信号传输到集中控制室，根据采集数据分析判断策略，发送控制器信号到仪表显示出来。
图3 皮带秤电路
4 工业应用与经济性分析4.1 工业应用在工业应用中，多维称重传感器采用多维约束电阻应变片，将力的变化转化为电阻值变化，当物理量作用在电阻上时，产生的弹性形变使电阻值发生改变，可以精确到阻值为mV 级别的变化。经过AD 采集电路，分辨率达到65 536，采集的质量数据可以精确到小数点后两位，通过电阻的变化量反映出了物理量的变化大小。从表1 可以看出，Z轴数值变化误差较小，满足工业使用的需求。
表1 Z 轴采集点数据 单位：mV
由某物料加工厂皮带秤采集的数据可以看出，多个位置采集的数据偏差在±7 以内，满足实际皮带秤称重的运行需求。经过皮带秤称重的质量与普通秤称重的总质量进行对比，采集次数为20 次，分别称重质量在500 kg 左右，产生的偏差较小，20 次的均差为1 kg，称重累计误差精度可以达到0.3%以下，精度等级高于市场中大部分电子皮带秤0.5 级、1 级和2 级三个准确度等级，即累计误差低于市场上最低0.5%的动态累计误差。
4.2 经济性分析采用多维约束称重的方式，皮带秤的成本根据皮带秤的长度和托辊的数量，每增加一组成本增加约1 000 元。实际使用中，通过提高稳定性和精度、减小实际误差，可节约成本约50 元/t。按某物料加工厂每天物料需求总称质量为1 000 t 计，企业每天可节省5万元的成本。同时，可增加皮带秤2 a 使用寿命，减少1 万元/a 的维护成本支出，为企业创造了更高的利润。
