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皮带秤试验装置的发展回顾
方原柏
1908年，美国人赫尔伯特•梅里克（Herbert Merrick）发明了世界上第一台皮带输送机使用的称重设备——梅里克型机械式皮带秤，20世纪50年代国外开始使用以称重传感器为检测元件的电子皮带秤，并迅速取代机械式皮带秤而成为固体物料连续自动称重的主流计量设备。
20世纪50年代中国的衡器业开始起步，1954年辽宁沈阳衡器厂试制了国产第一台梅里克型GL机械滚轮式皮带秤。随后，辽宁大连衡器厂、江苏徐州衡器厂、山西长治衡器厂也陆续生产PGL滚轮式皮带秤。1964年，国家科委要求研制电子皮带秤，将这一任务交由北京起重运输机械研究所承担，成立了由学者孙邦杰、郑时声、周天恩、郑齐信等人组成的课题组。1967年年初先后完成样机试制及安装、调试、试运行的任务，1967年二季度在长春举行电子皮带秤样机试运行鉴定会，跨出了国内动态电子称重衡器的第一步。
但在1978年以前，国内仅有少数几家研究单位研制电子皮带秤，也仅有营口仪器三厂、华东电子仪器厂、上海衡器厂等不到十个厂家生产电子皮带秤。无论是电子皮带秤的生产，还是电子皮带秤的应用，均处于发展的萌芽阶段，国产电子皮带秤采用的是单托辊单杠杆式秤架，累计器的主要电子元件采用锗晶体管，在生产现场使用时，整机故障多、性能不稳定、准确度很差，大多数不能长期连续运行、应用技术不成熟。
20世纪70年代，我在工程设计中开始选用电子皮带秤，在现场调试时，累计器经常发生故障，常常需要按电路图一点一点地查找故障，找出损坏的晶体管等电子元件，手头上要准备一大把晶体管，以供随时更换。最讨厌的是做实物校验，十来个人忙一整天也才能做二、三次一吨多物料量的实物校验。
这时我看到国外的技术资料中介绍了飞利浦（PHILIPS）德国子公司和英国沃伦斯普林斯实验室（Warren Spring Laboratory）的皮带秤试验装置资料，在上述皮带秤试验装置里，安装了由多条皮带输送机、储料斗、称重料斗等机械设施，在储料斗里的物料通过装有皮带秤的皮带输送机，由皮带秤进行计量，而在这条皮带输送机的前面或后面，又有称量料斗之类的装置可以进行被输送物料的准确计量，随后物料又可以通过一些输送设备返回到皮带秤之前的储料斗中，以便进行下一次试验。这样的皮带秤试验装置能够不依赖人力完成实物检定或试验的工作，我看了之后非常兴奋，觉得不但能按这样的思路解决了生产现场实物试验的难题，也像这些资料所介绍的那样，可以进行皮带秤性能的各种试验，提高皮带秤生产和实际应用水平。
我当时通过我院内部发行的资料和在《自动化仪表》杂志上发表文章介绍了这些实验装置以及装置在提高皮带秤技术方面的作用，国内皮带秤生产厂家及研制单位的同行对此作出积极的反响。大家的共识是：皮带秤是一种连续工作的动态称重设备，实际使用的效果，如准确度、稳定性等指标需经生产实践检验。作为计量设备的皮带秤来说，用实物进行检定或试验常常是一件很困难的事，有了皮带秤试验装置，可以检验皮带秤秤架、累计器以及整机的性能，为研制新型皮带秤秤架及累计器创造条件。所以当时国内皮带秤的主要生产厂和研制单位，都在做各种努力，希望能建成自己的皮带秤试验装置。
1981年，衡阳运输机械总厂接手长沙黑色金属矿山设计院研制的多托辊双杠杆式皮带秤秤架的制作，在皮带秤制作和销售过程中发现，由于受生产现场条件的限制，当新型秤架结构进行试验、鉴定或面对用户演示时，都需要耗费很多人力物力，有的项目甚至无法进行。为了摸索最佳的秤架结构形式，了解影响皮带秤准确度的各种因素，方便皮带秤的定型鉴定及向用户展示新型秤架的优点，利用运输机械厂制造皮带输送机及相关机械设备的优势和闲置的设备，在很短的时间内就建成了一套皮带秤试验装置。这套皮带秤试验装置由5条物料输送皮带机、2条试验皮带机、储料斗、称量料斗、分料漏斗等组成。1#试验皮带机为带宽1000mm的水平皮带输送机，2#试验皮带机为带宽800mm的可变倾角（0°～18°）、可变带速（0.51m/s、1.1m/s、1.91m/s、3.3m/s）的皮带输送机。
在衡阳运输机械总厂皮带秤试验装置方案确定过程中，我向他们提供了一些技术资料和设想，装置建成后，我曾先后两次参加了在这套系统试验装置上进行的产品性能鉴定测试工作，每次都只用了短短的几天时间，就完成了近百次的实物试验，这么短的时间完成这么多次实物试验在以往是根本无法想象的。
以1983年12月对配微处理机累计器的倾斜皮带机用双杠杆多托辊式秤架（鉴定精确度0.5%）的试验为例，在4天的时间内就完成了以下11个项目的测试：不同瞬时输送量（30%、60%、100%满量程）；不同倾角（7°、13°55′）；不同皮带速度（0.51m/s、1.1m/s、1.91m/s、3.3m/s）；不同供电电压（350V、380V、420V三相电压）；不同皮带张力（拉紧装置的重锤重量分别为225kg、300kg、375kg）；皮带跑偏8%（800mm宽皮带跑偏64mm）；不均匀流量；断续流量；超载（110%满量程）；低载（10%满量程）；皮带秤稳定周期（在24小时内不调零、不调满值的情况下进行多次实物试验）。
皮带秤试验装置建成后， 曾先后进行了四、五千次实物校验， 在此基础上完成了平皮带双杠杆式多托辊秤、斜皮带双杠杆式多托辊秤（配国产微处理机皮带秤累计器）产品的研制任务。1982年，还进行了滚链标定与实物标定对比试验，初步验证了在平皮带双杠杆式多托辊秤架上，当滚链标定误差小于0.6%时，实物标定误差小于1.0%，且滚链标定系数为1。1983年，又按本溪钢铁公司歪头山矿自磨机前大块矿石计量的实际条件，在试验装置上进行了双杠杆式多托辊秤的性能试验，结果证明这种形式的秤架对大块物料计量的适应性强，测量准确度可达到1.0%的当量精确度。甘肃白银有色公司计量厂季宗鼎、穆秉秀发明了模拟校验器具小车码，也是在这套试验装置上试验成功后申请了专利。再往后因衡阳运输机械总厂未将电子皮带秤定为企业的发展方向，这套试验装置就闲置不用了。
1985年年底，当时居国内皮带秤行业领先地位的成都科学仪器厂在向我咨询后也建成了一套皮带秤试验装置，建成后我去参加新产品鉴定时，发现其特点是发挥了该厂仪器仪表方面的优势，在试验过程中及试验结束后，所有检测数据可集中显示并打印。
20世纪80年代末，在中国计量科学研究院的支持下，在该院力学处罗才生高工等人的努力下，安徽铜陵无线电厂按高标准建成了一套皮带秤试验装置，装置是在总结了国内外系统试验装置成功经验的基础上设计的，其设计方案曾经过国内专家评审，所以相对来说，其布局合理，试验功能齐全，我也曾参加装置方案认证及验收工作。试验装置由4条皮带输送机、2台称量料斗、一个快速自动切换气动闸门及多个不同功能的储料斗等组成。4条皮带输送机都是试验皮带机，都可以安装皮带秤进行物料试验。其中1#～3#试验皮带机的皮带宽度、皮带速度、皮带输送机倾角都不相同，但均为固定值。4#试验皮带机装有皮带张力检测装置，皮带速度、皮带输送机倾角及托辊槽形角均可根据试验要求变动。4条试验皮带机最大瞬时输送量均为 Q max ＝1000t/h。2台称量料斗的容量均为10t，可用快速自动切换气动闸门切换使用，由于称量料斗自身配有吊挂秤盘和10t重的标准砝码，因而可随时进行称量料斗的检定，使称量料斗的静态满量程相对误差控制在0.03%以内。装置建成后成为安徽省电子皮带秤测试中心，1995年起曾由国家级机构授权可签发产品准确度等级的鉴定证书。
这套皮带秤试验装置曾完成很多皮带秤的性能试验，如从上世纪90年代年中期起，电力部门为了搞好电子皮带秤的入网管理，组织制定了电子皮带秤《使用认可证》的复查程序、质保体系审核细则和现场测试大纲。通过现场测试大纲测试合格的产品才能进入电力部门销售。现场测试工作就是在铜陵皮带秤试验装置上进行的，每次检测前，先安排申请厂家三天的时间安装及调试（如进行实物校验），三天以后由电力部门的测试组按现场测试大纲进行测试。如1996年对申请入网检测的9个厂家进行了质量检测，仅有2个厂家产品达到测试大纲要求，这项工作一直持续到2002年。北京市春海技术公司研制了DCX型模拟载荷检验装置（即循环链码），为了进行考核，检定其准确度、稳定性，1999年11月电力部热工计量测试中心在这套装置上进行了模拟载荷检验装置与实物检定的比对试验。2002年，因铜陵无线电厂产权变动，电子皮带秤测试中心停止工作并被拆除。
南京三埃工控股份有限公司是一家以皮带秤为主要产品的生产厂，为实现公司打造“中国称重基地”和“做世界最好的皮带秤”的蓝图，2007年，经南京市科技局批准在三埃公司组建南京市“ 动态称重 工程技术研究中心”。2008年7月30日，南京三埃公司投资500万建设的“动态称重工程技术研究中心”通过了由南京市科技局主持的验收评审。该中心目前新建的系统试验装置称之为“QPS皮带秤全性能实验室”。实验室内装有长度为 L =30～50m、宽度 B ＝650～1200mm皮带机4条（皮带机倾角0°、6°），用于计量皮带秤的试验；装有 B =650mm大倾角皮带机一条，用于试验物料的转运；装有可供 B ＝800mm、1200mm“整机式皮带秤”、“定量皮带秤”进行试验的场所；装有容量40t的称量料斗1个、储料斗2个，用于试验物料的称量和储存。
南京三埃公司“QPS皮带秤全性能实验室
系统试验可选择以下条件：皮带速度可用变频器在0.3～4m/s范围内连续调速；最大试验物料流量： Q max ＝1000t/h，试验物料流量由计算机在线控制，在（5%～100％） Q max 范围内连续可调；一次测试物料测试物料量： T ≥40t；试验皮带机槽角30°、35°可调；可选择螺旋张紧、重锤张紧等几种皮带张力控制模式，皮带张力30%～120％连续可调、可测；可进行皮带跑偏、物料偏载试验；可进行称重托辊模拟粘料试验；可进行拖出式整机型“定量皮带秤”称重及控制精度试验；可进行双PID控制模式整机型定量皮带秤称重及控制精度试验；可进行物料湿度影响试验。系统配备标准砝码及自动校准装置，可方便地进行量值传递。
系统试验装置设有集中控制室，室内安装有整套PLC控制系统，可编制和执行各种试验程序及量传校准程序，计算机对测量数据进行实时监控、采集、传输、处理、统计和分析等操作。系统画面可显示设定的试验程序及各设备的即时信息，其中包括各皮带机的运行状态；试验皮带秤的运行状态；称量料斗、储料斗中的物料的模拟料位；各下料闸门、阀门的状态等。系统中所有试验数据均可在计算机上实时显示，供试验人员观察和分析，这些数据包括皮带秤的瞬时量和累计量、各皮带机的带速、皮带张力的数值、称量料斗的动态数据等。系统设置便于操作的人机界面，可对各设备进行手动、自动、联锁操作。系统配有视频设备，可对现场设备运行状况及检测过程实时观察、监视，使系统具有较强的开放性，为技术交流、产品测试、型式试验提供一个开放、公正的平台。
随后，南京三埃公司又建成了移动式皮带秤试验装置（又称可变倾角皮带秤试验装置）和皮带秤温度环境试验装置。在这三套试验装置上，三埃公司进行了皮带秤产品性能测试和新品开发，如阵列式皮带称重系统的反复测试。在测试验证各种干扰因素对系统精度影响的试验时，测试并量化分析各种影响因素，建立误差的数学模型并予以修正。比如对由8个单元（每个单元为一个双托辊直接承重式秤架）组成的阵列式皮带称重系统来说，可通过对各单元测试值的计算和比较，利用数学模型对测量值进行修正，可以将90%以上的皮带张力的影响消除。通过移动式皮带秤试验装置（又称可变倾角皮带秤试验装置）的测试，研制了准确度0.5%的移动式高准确度皮带秤；通过皮带秤温度环境试验室的测试，找出温度对皮带秤性能的具体影响及应对温度影响的措施。
南京三埃公司在该厂皮带秤试验装置上试验成功的阵列式皮带秤，经过几十个生产现场数百台设备多年的实际应用，于2013年向英国国家计量局（NMO）申请OIML（国际法制计量组织）国际认证，模拟实验部分于2013年已在英国完成。由于英国NMO院长、OIML执行主席Peter Mesen、副院长Adrian Rudd、产品认证部长Gavin Stones均访问过南京三埃公司，对“QPS皮带秤全性能实验室”有较深的了解，称赞这是世界上最好的、也许是唯一的皮带秤试验装置。故欣然接受了南京三埃公司关于现场物料试验安排在“QPS皮带秤全性能实验室”的申请，并安排NMO的高级认证工程师Gregory Glas 于2015年2月17日晚抵达南京。2月18日南京大雪纷飞，Gregory Glas首先查看了“QPS皮带秤全性能实验室”，对试验系统的设备及检测流程进行详细了解后有所感慨地说：“如果不是有这样一个如此大型规模的实验室，在这样恶劣的天气中是无法进行测试的”。
在Gregory Glas主持下，按照OIML R-50皮带秤国际建议的指标及检测方法进行测试，对阵列式皮带秤进行了包括零点、鉴别力和物料试验在内的现场试验。物料试验按0.88～2.2m/s三个带速及最大、最小和中间三种流量进行物料的重复性及准确度误差试验，一共要进行18次物料试验，每次物料量为22～24t，我也应邀在现场见证了这次测试。
由于所有试验均按0.2级准确度要求进行，而“OIML认证”是属于“型式评价”“首次检定”，此时对0.2级秤的要求是千分之一。也就是说，这18次实物校验，每一次的误差都不能超过千分之一。而试验结果，不但每一次的误差都不超过千分之一，而且除了少数几次的误差为万分之八、万分之六以外，绝大多数的物料试验误差都不超过万分之五，全面达到0.2级皮带秤的要求。
测试结束后，Gregory Glas感叹地说：“在他所做的皮带秤认证检测工作里，从来没有一次像这次检测这样顺利、轻松。以前的每次皮带秤测试都是在用户现场，需要用户的大力协助、密切配合，需要耗费很长的时间。南京三埃的实验室太棒了，自动化程度很高、在控制室动动鼠标就行了；可控性很强，全部18次物料试验的最小累计载荷都控制在23t左右；流量也很稳定。检测十分规范，检测的结果令人满意”。
2015年3月26日，OIML R50：2014国际标准正式颁发，新标准在原有皮带秤准确度等级2.0级、1.0级、0.5级三级的基础上新增了高准确度的0.2级规定。由于2013年测试时就是按新标准的相关规定执行并测试合格，所以在2015年4月10日英国国家计量院即向南京三埃工控股份有限公司的阵列式皮带秤颁发了0.2级证书，这是经OIML国际认证检测通过后全球颁发的首张OIML 0.2级皮带秤证书。
2014年，在山东省计量科学研究院、江苏省计量科学研究院又分别建成自动衡器型式评价实验室，其中均包括皮带秤试验装置，这两个装置的规模、试验条件及自动化水平均优于南京三埃公司的“QPS皮带秤全性能实验室”，将面向全社会开放，对中国皮带秤技术的发展将提供更优越的条件。
作者简介
方原柏，1942年生，男，湖北黄冈人，昆明有色冶金设计研究院电气自动化技术部教授级高级工程师，自动化仪表、衡器、冶金自动化、仪表世界、仪器仪表与自动化等杂志编委，昆明仪器仪表学会理事长，中国衡器协会技术专家委员会顾问，曾出版《电子皮带秤的原理及应用》（1994年，冶金工业出版社）、《电子皮带秤》（2007年，冶金工业出版社）《流程行业无线通信技术及应用》（2015年，化学工业出版社）、《有色金属生产过程自动化》（2015年，人民邮电出版社）四本专著，发表论文290篇。