阵列式皮带秤技术
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皮带效应之“波状”效应
U型皮带在张力的作用下变成“准刚性体” ，其在皮带运行方向上形成波浪形振荡，其 波峰与波谷的位置决定了皮带秤的误差；
环境温、湿度变化将改变皮带的刚度，导 致振荡波形变化，从而改变称重结果。
19
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U型皮带断面
皮带效应-----U型皮带在张力 作用下产生刚度，因支承点高 度变化，皮带沿运行方向产生 波浪形变化。
74
74
线性度差修正困难
在量程范围内，悬浮式秤框旋转造成的前辊升后辊降的影响不连续、 无固定方向 、无规律可循，难以建立数学模型修正； 只能用多量程点实物检定法，求取每一 流量点的称重系数，进行逐点 修正，实际使用中很难实现；
75
75
直联式称重单元的优点
直联式以一只单点式称重传感器和秤体刚性直联，在皮带运行时 虽有旋转力矩，但秤框不产生旋转；
相互抵消，有效抵消因“拉起效应”产生影响的大部分，皮带张力的影 响仅限于阵列的出、入口处的单元。
66
66
内力理论原理
M
N
67
67
2Fp Sinα Fp
M
2Fp
Sin B
α Fp
N
B Fp
二、颠覆传统的皮带秤结构
直联式结构消除了杠杆系统机械变形引入 的误差； 直联式结构消除了物料流量变化对皮带秤 精度的影响；
阵列式皮带秤技术
1
1
李凯
13311366696
13311366696@163.com
2
2
先说说 传统皮带秤
3
3
4
4
传统皮带秤存在的问题
5
5
传统皮带秤存在的问题
• 实际使用精度不高（1－5％或更大）； • 长期稳定性差，难以保持安装精度； • 维护工作量大； • （实物）检定麻烦；
6
6
散状物料贸易国际通行计量方式
T（kg） I（kg） （t/h） （kg）
I-T
% 之差 %
22704 22723 96 22.7 19 0.08 1 22990 23009 96 23.0 19 0.08 0
22639 22644 240 22.6 5 0.02 2 22675 22681 240 22.6 6 0.02 0
23940 23949 440 23.9 9 0.04
50
50
阵列式皮带秤的组成
51
51
单点悬浮式称重单元
52
52
单点悬浮式称重单元
•组成阵列式皮带秤的称重单元； （专利CN200620124906.5）
•一只传感器支承两组称重托辊； •超强的抗偏载、抗水平力的能力；
53
53
信号采集单元（ RTU）
54
54
信号采集单元（ RTU）
• 现场采集、处理：重量信号、速度信号、温度信号； • 通过RS－485接口将处理后的数据发往位于控制室的终端处理器（ PTU） • 采用最新技术的嵌入式工控机：高精度的信号放大与高速A/D转换，性能
13
13
皮带张力产生的误差
皮带
物料
14
14
Βιβλιοθήκη Baidu
M
端辊
称重辊
传感器
2Fp （误差） 物料重力
Sinα
Fp
M
α
Fp（皮带张力）
传感器受力
皮带张力产生的误差
•秤架荷重下沉，皮带张力FP与水平方 向产生一个角度α,导致 2FP×sinα 误差项产生；
15
15
• 皮带秤产生误差的来源之二 ——皮带效应
16
16
美国发明专利； 泛欧盟发明专利； 加拿大发明专利； 澳大利亚发明专利； 印度专利；
32
32
33
33
阵列式皮带秤
获 OIML 0.2级皮带秤认证证书
34
34
35
35
36
36
关于 OIML
OIML（国际法治计量组织），是世 界上唯一从事法制计量工作的政府间组 织，其宗旨在于提供并促进各国法制计 量体系及计量器具有共同的国际基础。
22519 22530 420 22.5 11 0.05 2 22340 22354 420 22.3 14 0.06 0.01
22253 22264 770 22.2 11 0.05 3 22372 22384 770 22.3 12 0.05 0
46
46
V=0.88m/s 物料试验测试记录3
试验载荷 皮带秤示值 给料流量 允许误差 误 差 相对误差 相对误差
OIML的国际建议规定的技术标准和测试方法对计量设备进 行认证测试、合格后所发给的证书。
该证书表明此设备达到了 OIML 国际建议中规定的指标。
41
41
阵列式带秤2013年送英国国家计量 院进行 OIML 认证检测，双方约定： 所有检测项目和指标均按改版后的R50 中的0.2级标准进行；
42
42
2013年10月，阵列式皮带秤样机在英 国国家计量院完成实验室项目的检测：
% 之差 %
22801 22810 240 22.8 9 0.04
1 22707 22712 240 22.7 5 0.02 0.02
22876 22875 600 22.8 -1 0
2 22792 22793 600 22.8 1 0
0
22309 22324 1100 22.3 14 0.06
3 22871 22886 1100 22.8 15 0.07 0,01
——水尺计重
7
7
水尺计重的误差
船舶拱陷变形； 压舱水变化； 港水密度； 风浪和视觉误差；
8
8
传统皮带秤的误差来自哪里？
9
9
传统皮带秤的误差理论
• E相＝±2KdFp/nqa2
式中：
E相—相对误差 Fp— 皮带张力 n —称重辊组数 a —托辊间距
K—皮带效应系数 d —称重辊垂直位移 q —每米料重
20
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皮带秤称量段
皮带效应之“端部”效应
在张力作用下、皮带产生波浪形振荡，皮带秤秤架附近的皮带抬 起（压下），将对端辊（固定段）和称重辊上承受的物料重量重新分 配。分配比例因皮带刚度和波形而异，对称重影响很大。
21
21
•皮带秤产生误差的来源之三 ——温度变化对传感器的影响
22
22
温度变化对传感器的影响
皮带效应的概念
皮带秤误差的主要来源不是皮带张力，而 是皮带状态的影响、谓之为“皮带效应”；
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；
17
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皮带效应的影响
皮带效应取决于皮带状态及所处环境。 皮带状态随时间、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最大 影响因素。
68
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直联式静态或空秤状态分析
69
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直联式工作时状态分析
70
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皮带运行时，物料重量通过皮带压在称 重托辊上，产生前进阻力，同时通过托辊
对秤框产生一个水平方向的推动力 F水： F水 ≈ 0.2P料
式中：P料—物料在托辊上的重量
71
71
非直联式工作时的状态
72
72
非直联式支承，皮带运行时秤框产生转动 ，由于水平推力作用于托辊上部、传感器安 装在机架横梁上，二者间高度差H、产生旋 转力矩：
39
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关于 0.2级皮带秤
0.2级皮带秤是新颁布的OIML R50-2014 （版）中新增加的最高等级的皮带秤；
阵列式皮带秤是英国国家计量院依据新 版OIML R50-2014检测合格后颁发的全球第 一张皮带秤认证证书；
40
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关于 OIML认证证书
OIML认证证书——是由OIML授权的计量技术机构、采用
M旋=F水× H≈0.2P料× H
73
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非直联式的缺点— 线性度差
1. 非直联式秤框工作时旋转角度与物料对托辊的压力对应，流量越大、
作用于秤框的F水越大、秤框的旋转角度就越大；
2. 秤框旋转，前辊抬高、皮带抬起、皮带张力作用加大，不同流量，皮 带抬起的高度不同、皮带张力的影响不同、误差就不同，是造成线性 度差的主要原因；
• 传感器零点温度系数： 0.04% / 10℃
• 传感器灵敏度温度系数： 0.015% / 10℃
23
23
•三大影响因素导致皮带秤的长期稳定 性差，成为制约皮带秤成为贸易级 计量的工具；
24
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长期保持0.2%准确度误差的 准确度误 阵列式皮带秤
25
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阵列式皮带秤集皮带秤最新技术 于一身，解决了前述困扰多年的技 术难题！
59
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阵列式皮带秤 三大特点
60
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阵列式皮带秤特点之一
长期保持准确度≤0.2%
61
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阵列式皮带秤特点之二
现场免维护，无需专业维护人员
62
62
阵列式皮带秤特点之三
采用挂码标定，准确度保持
≤0.2%
63
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阵列式皮带秤为什么可以实现 高精度、高稳定性?
64
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一. 全新的误差理论及软件补偿
10
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•皮带秤产生误差的来源之一 ——皮带张力变化
11
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皮带张力的影响
皮带张力是皮带输送机运行的基本属性， 用以克服皮带的水平阻力、保证皮带输送机 输料运行；
皮带张力的大小与输送物料的流量大小及 位置有关。
12
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皮带张力之“拉起”效应
皮带张力影响称重的表现方式为：“拉起” 效应。 在皮带张力作用下，称量段的物料被此段以外的皮带“拉起”、导 致误差产生。
阵列式皮带秤技术指标
额定流量 皮带宽度 皮带速度
实物检定误差
阵列单元数
10～12000t/h 500～2400mm 0.5～6.0m/s ≤±0.1﹪(检定） ≤±0.2﹪(使用中） N=4～10（常用：8）
30
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国内已授权专利
与阵列式皮带秤有关的 发明专利 3 项 实用新型 9 项
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已发布国际专利
37
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关于 国际建议
国际建议(R)是OIML针对各种计量设
备所作出的技术文件，规定其必需的计 量特征和测试方法；
针对皮带秤的国际建议 OIML R50；
38
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OIML意识到传统皮带秤存在的问题，对R501997（版）进行修订：
增加了0.2级准确度等级（此前最高等级为0.5级）； 增加皮带秤的耐久性能要求，以保证皮带秤的使用精度；
3
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24306
24313
440
24.3
7
0.03 0.01
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阵列式皮带秤在认证的各项试验
均符合0.2级皮带秤的要求；
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本次实物测试的特点
同一台皮带秤以三种速度进行测试，每个 速度进行大、中、小流量共十八次测试； 同一速度、流量进行二次重复性测试；
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2015年3月26日OIML R50-2014（版）正式颁布； 2015年4月10日英国国家计量院给经认证并合格的阵列式皮带秤颁发 OIML 0.2级证书；
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输出适配
● 重量信号输出接口：RS－485、 RS－232、以太网，通讯协议： 标准MODBUS；
● 可根据用户要求输出其它控制信号；
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无线传输单元（ DTU）
• DTU单元采用 GPRS技术进行数据无线传输，与公司总部数据中心服务 器建立数据链路；
• 可实时接受中心的呼叫并发送中心要求的各种即时（历史）数据； • 发生设定报警或其它特定情况时，可主动与中心联系； • 可实现远程软件升级与数据更新；
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阵列式皮带秤
27
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阵列式皮带秤的定义
以一只称重传感器为支承，采用特殊的 秤体结构安装两组称重托辊，组成一个独 立的称重单元—单点悬浮式称重单元；
将 N个称重单元采用连续安装的方式，组 成一个称重阵列；
28
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阵列式皮带秤框图
皮带
29
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称重单元一
称重单元N
现场数据处理 上位仪表
皮带速度信号
优异； • 全铝机壳，满足IP65防护等级；
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SA-600 终端处理器（ PTU）
56
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SA-600 终端处理器（PTU）
• 接收RTU发送的数据，进行后续运算与处理，生成最终称重结果并显示； • 存贮系统的历史数据，供查讯、分析； • 800×480分辨率的触屏显示、全汉字界面、人机对话方便、快捷； • 全铝机壳，满足IP65防护等级；
45
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试验载荷 T（kg）
物料试验测试记录2 V=1.54m/s
皮带秤示值 给料流量 允许误差 误 差 相对误差 相对误差
I（kg） （t/h） （kg） I-T
% 之差 %
22634 22635 168 22.6 1 0 1 22616 22613 168 22.6 -3 -0.01 0.01
测试按照 R50-2014 0.2级要求进行、 并完全符合标准要求；
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2014年2月，英国国家计量院专家来 中国进行物料试验检测；
44
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V=2.2m/s 物料试验测试记录1
试验载荷 皮带秤示值 给料流量 允许误差 误 差 相对误差 相对误差
T（kg）
I（kg） （t/h） （kg）
I-T
1. 提出了全新的“内力理论”，破解了 皮带张力的影响；
2. 提出了“皮带效应”的概念； 3. 完成皮带张力和皮带效应影响的数学
建模、编制软件实现补偿修正；
65
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阵列式皮带秤的“内力理论”
• 对一个单独的称重单元来说，其皮带张力的影响和传统皮带秤相同； • 在一个连续安装的称重阵列内部，皮带张力影响力成为一种“内力”、
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皮带效应之“波状”效应
U型皮带在张力的作用下变成“准刚性体” ，其在皮带运行方向上形成波浪形振荡，其 波峰与波谷的位置决定了皮带秤的误差；
环境温、湿度变化将改变皮带的刚度，导 致振荡波形变化，从而改变称重结果。
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U型皮带断面
皮带效应-----U型皮带在张力 作用下产生刚度，因支承点高 度变化，皮带沿运行方向产生 波浪形变化。
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线性度差修正困难
在量程范围内，悬浮式秤框旋转造成的前辊升后辊降的影响不连续、 无固定方向 、无规律可循，难以建立数学模型修正； 只能用多量程点实物检定法，求取每一 流量点的称重系数，进行逐点 修正，实际使用中很难实现；
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直联式称重单元的优点
直联式以一只单点式称重传感器和秤体刚性直联，在皮带运行时 虽有旋转力矩，但秤框不产生旋转；
相互抵消，有效抵消因“拉起效应”产生影响的大部分，皮带张力的影 响仅限于阵列的出、入口处的单元。
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内力理论原理
M
N
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2Fp Sinα Fp
M
2Fp
Sin B
α Fp
N
B Fp
二、颠覆传统的皮带秤结构
直联式结构消除了杠杆系统机械变形引入 的误差； 直联式结构消除了物料流量变化对皮带秤 精度的影响；
阵列式皮带秤技术
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李凯
13311366696
13311366696@163.com
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先说说 传统皮带秤
3
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传统皮带秤存在的问题
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传统皮带秤存在的问题
• 实际使用精度不高（1－5％或更大）； • 长期稳定性差，难以保持安装精度； • 维护工作量大； • （实物）检定麻烦；
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散状物料贸易国际通行计量方式
T（kg） I（kg） （t/h） （kg）
I-T
% 之差 %
22704 22723 96 22.7 19 0.08 1 22990 23009 96 23.0 19 0.08 0
22639 22644 240 22.6 5 0.02 2 22675 22681 240 22.6 6 0.02 0
23940 23949 440 23.9 9 0.04
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阵列式皮带秤的组成
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单点悬浮式称重单元
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单点悬浮式称重单元
•组成阵列式皮带秤的称重单元； （专利CN200620124906.5）
•一只传感器支承两组称重托辊； •超强的抗偏载、抗水平力的能力；
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信号采集单元（ RTU）
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信号采集单元（ RTU）
• 现场采集、处理：重量信号、速度信号、温度信号； • 通过RS－485接口将处理后的数据发往位于控制室的终端处理器（ PTU） • 采用最新技术的嵌入式工控机：高精度的信号放大与高速A/D转换，性能
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皮带张力产生的误差
皮带
物料
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Βιβλιοθήκη Baidu
M
端辊
称重辊
传感器
2Fp （误差） 物料重力
Sinα
Fp
M
α
Fp（皮带张力）
传感器受力
皮带张力产生的误差
•秤架荷重下沉，皮带张力FP与水平方 向产生一个角度α,导致 2FP×sinα 误差项产生；
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• 皮带秤产生误差的来源之二 ——皮带效应
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美国发明专利； 泛欧盟发明专利； 加拿大发明专利； 澳大利亚发明专利； 印度专利；
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阵列式皮带秤
获 OIML 0.2级皮带秤认证证书
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关于 OIML
OIML（国际法治计量组织），是世 界上唯一从事法制计量工作的政府间组 织，其宗旨在于提供并促进各国法制计 量体系及计量器具有共同的国际基础。
22519 22530 420 22.5 11 0.05 2 22340 22354 420 22.3 14 0.06 0.01
22253 22264 770 22.2 11 0.05 3 22372 22384 770 22.3 12 0.05 0
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V=0.88m/s 物料试验测试记录3
试验载荷 皮带秤示值 给料流量 允许误差 误 差 相对误差 相对误差
OIML的国际建议规定的技术标准和测试方法对计量设备进 行认证测试、合格后所发给的证书。
该证书表明此设备达到了 OIML 国际建议中规定的指标。
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阵列式带秤2013年送英国国家计量 院进行 OIML 认证检测，双方约定： 所有检测项目和指标均按改版后的R50 中的0.2级标准进行；
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2013年10月，阵列式皮带秤样机在英 国国家计量院完成实验室项目的检测：
% 之差 %
22801 22810 240 22.8 9 0.04
1 22707 22712 240 22.7 5 0.02 0.02
22876 22875 600 22.8 -1 0
2 22792 22793 600 22.8 1 0
0
22309 22324 1100 22.3 14 0.06
3 22871 22886 1100 22.8 15 0.07 0,01
——水尺计重
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水尺计重的误差
船舶拱陷变形； 压舱水变化； 港水密度； 风浪和视觉误差；
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传统皮带秤的误差来自哪里？
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传统皮带秤的误差理论
• E相＝±2KdFp/nqa2
式中：
E相—相对误差 Fp— 皮带张力 n —称重辊组数 a —托辊间距
K—皮带效应系数 d —称重辊垂直位移 q —每米料重
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皮带秤称量段
皮带效应之“端部”效应
在张力作用下、皮带产生波浪形振荡，皮带秤秤架附近的皮带抬 起（压下），将对端辊（固定段）和称重辊上承受的物料重量重新分 配。分配比例因皮带刚度和波形而异，对称重影响很大。
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•皮带秤产生误差的来源之三 ——温度变化对传感器的影响
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温度变化对传感器的影响
皮带效应的概念
皮带秤误差的主要来源不是皮带张力，而 是皮带状态的影响、谓之为“皮带效应”；
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；
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皮带效应的影响
皮带效应取决于皮带状态及所处环境。 皮带状态随时间、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最大 影响因素。
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直联式静态或空秤状态分析
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直联式工作时状态分析
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皮带运行时，物料重量通过皮带压在称 重托辊上，产生前进阻力，同时通过托辊
对秤框产生一个水平方向的推动力 F水： F水 ≈ 0.2P料
式中：P料—物料在托辊上的重量
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非直联式工作时的状态
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非直联式支承，皮带运行时秤框产生转动 ，由于水平推力作用于托辊上部、传感器安 装在机架横梁上，二者间高度差H、产生旋 转力矩：
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关于 0.2级皮带秤
0.2级皮带秤是新颁布的OIML R50-2014 （版）中新增加的最高等级的皮带秤；
阵列式皮带秤是英国国家计量院依据新 版OIML R50-2014检测合格后颁发的全球第 一张皮带秤认证证书；
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关于 OIML认证证书
OIML认证证书——是由OIML授权的计量技术机构、采用
M旋=F水× H≈0.2P料× H
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非直联式的缺点— 线性度差
1. 非直联式秤框工作时旋转角度与物料对托辊的压力对应，流量越大、
作用于秤框的F水越大、秤框的旋转角度就越大；
2. 秤框旋转，前辊抬高、皮带抬起、皮带张力作用加大，不同流量，皮 带抬起的高度不同、皮带张力的影响不同、误差就不同，是造成线性 度差的主要原因；
• 传感器零点温度系数： 0.04% / 10℃
• 传感器灵敏度温度系数： 0.015% / 10℃
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23
•三大影响因素导致皮带秤的长期稳定 性差，成为制约皮带秤成为贸易级 计量的工具；
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长期保持0.2%准确度误差的 准确度误 阵列式皮带秤
25
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阵列式皮带秤集皮带秤最新技术 于一身，解决了前述困扰多年的技 术难题！
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阵列式皮带秤 三大特点
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阵列式皮带秤特点之一
长期保持准确度≤0.2%
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阵列式皮带秤特点之二
现场免维护，无需专业维护人员
62
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阵列式皮带秤特点之三
采用挂码标定，准确度保持
≤0.2%
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阵列式皮带秤为什么可以实现 高精度、高稳定性?
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一. 全新的误差理论及软件补偿
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•皮带秤产生误差的来源之一 ——皮带张力变化
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皮带张力的影响
皮带张力是皮带输送机运行的基本属性， 用以克服皮带的水平阻力、保证皮带输送机 输料运行；
皮带张力的大小与输送物料的流量大小及 位置有关。
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皮带张力之“拉起”效应
皮带张力影响称重的表现方式为：“拉起” 效应。 在皮带张力作用下，称量段的物料被此段以外的皮带“拉起”、导 致误差产生。
阵列式皮带秤技术指标
额定流量 皮带宽度 皮带速度
实物检定误差
阵列单元数
10～12000t/h 500～2400mm 0.5～6.0m/s ≤±0.1﹪(检定） ≤±0.2﹪(使用中） N=4～10（常用：8）
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国内已授权专利
与阵列式皮带秤有关的 发明专利 3 项 实用新型 9 项
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已发布国际专利
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关于 国际建议
国际建议(R)是OIML针对各种计量设
备所作出的技术文件，规定其必需的计 量特征和测试方法；
针对皮带秤的国际建议 OIML R50；
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OIML意识到传统皮带秤存在的问题，对R501997（版）进行修订：
增加了0.2级准确度等级（此前最高等级为0.5级）； 增加皮带秤的耐久性能要求，以保证皮带秤的使用精度；
3
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24306
24313
440
24.3
7
0.03 0.01
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阵列式皮带秤在认证的各项试验
均符合0.2级皮带秤的要求；
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本次实物测试的特点
同一台皮带秤以三种速度进行测试，每个 速度进行大、中、小流量共十八次测试； 同一速度、流量进行二次重复性测试；
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2015年3月26日OIML R50-2014（版）正式颁布； 2015年4月10日英国国家计量院给经认证并合格的阵列式皮带秤颁发 OIML 0.2级证书；
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输出适配
● 重量信号输出接口：RS－485、 RS－232、以太网，通讯协议： 标准MODBUS；
● 可根据用户要求输出其它控制信号；
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无线传输单元（ DTU）
• DTU单元采用 GPRS技术进行数据无线传输，与公司总部数据中心服务 器建立数据链路；
• 可实时接受中心的呼叫并发送中心要求的各种即时（历史）数据； • 发生设定报警或其它特定情况时，可主动与中心联系； • 可实现远程软件升级与数据更新；
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阵列式皮带秤
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阵列式皮带秤的定义
以一只称重传感器为支承，采用特殊的 秤体结构安装两组称重托辊，组成一个独 立的称重单元—单点悬浮式称重单元；
将 N个称重单元采用连续安装的方式，组 成一个称重阵列；
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阵列式皮带秤框图
皮带
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称重单元一
称重单元N
现场数据处理 上位仪表
皮带速度信号
优异； • 全铝机壳，满足IP65防护等级；
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SA-600 终端处理器（ PTU）
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SA-600 终端处理器（PTU）
• 接收RTU发送的数据，进行后续运算与处理，生成最终称重结果并显示； • 存贮系统的历史数据，供查讯、分析； • 800×480分辨率的触屏显示、全汉字界面、人机对话方便、快捷； • 全铝机壳，满足IP65防护等级；
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试验载荷 T（kg）
物料试验测试记录2 V=1.54m/s
皮带秤示值 给料流量 允许误差 误 差 相对误差 相对误差
I（kg） （t/h） （kg） I-T
% 之差 %
22634 22635 168 22.6 1 0 1 22616 22613 168 22.6 -3 -0.01 0.01
测试按照 R50-2014 0.2级要求进行、 并完全符合标准要求；
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2014年2月，英国国家计量院专家来 中国进行物料试验检测；
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V=2.2m/s 物料试验测试记录1
试验载荷 皮带秤示值 给料流量 允许误差 误 差 相对误差 相对误差
T（kg）
I（kg） （t/h） （kg）
I-T
1. 提出了全新的“内力理论”，破解了 皮带张力的影响；
2. 提出了“皮带效应”的概念； 3. 完成皮带张力和皮带效应影响的数学
建模、编制软件实现补偿修正；
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阵列式皮带秤的“内力理论”
• 对一个单独的称重单元来说，其皮带张力的影响和传统皮带秤相同； • 在一个连续安装的称重阵列内部，皮带张力影响力成为一种“内力”、