电子皮带秤在散装物料场的应用设计

1、目 录第1章 概论31.1 皮带秤的国内外发展状况及趋势31.1.1 皮带秤的国内外发展状况31.1.2 皮带秤的发展趋势31.2 课题的来源及意义41.2.1 课题的来源及意义41.2.2 本文主要研究内容5第2章 电子皮带秤的总体方案设计62.1 电子皮带秤的应用设计条件62.2 电子皮带秤的方案选择72.2.1 皮带秤的发展阶段72.2.2 皮带秤的分类方法82.2.3 皮带秤的方案选择10第3章 皮带秤的测量原理及装置设计183.1 皮带秤的测量原理183.2 皮带秤的装置设计193.2.1 皮带秤的秤架设计193.2.2 称重传感器的称重原理及选型203.2.3 速度传感器的分类及选型24第4章 皮带秤的电路设计324.1皮带秤的数学原理324.1.1 皮带秤的基本原理324.1.2 速度传感器的频率确定334.1.3 称重传感器的频率确定344.1.4 液晶显示器显示示数的确定344.2 皮带秤的硬件设计364.2.1 硬件结构及工作原理364.2.2 V/F型模数转换374.2.3 键盘输入及数据显示电路40第5章 皮带秤的软件设计425.1 非线性拟合程序445.2 数

2、字滤波程序45总结47参考文献48附录:50英文原文59中文译文69致 谢75第1章 概论1.1 皮带秤的国内外发展状况及趋势1.1.1 皮带秤的国内外发展状况电子皮带秤是皮带输送机输送固体散状物料过程中对物料进行连续自动称重的一种计量设备，它可以在不中断物料流的情况下测量出皮带输送机上通过物料的瞬时流量和累积流量.1908年，美国一个年轻人赫尔伯特梅里克(HerbertMerrick)发明了一种皮带输送机使用的称重设备，据称那是世界上第一台根据皮带速度和重量用机械方法进行计算的动态称重设备，这一发明完全改变了原有测量固体物料流量的方法.这种根据重力测量固体物料流量的设备后来被称为梅里克型机械式皮带秤.赫尔伯特梅里克用这项发明成立了梅里克(Merrick)公司，开始生产皮带秤.我们在德国申克(SCHENCK)公司的历史回顾资料中，曾看到1902年，皮带秤这一段产品编年史，表明该公司1902年就有皮带秤产品，但未看到更详细的叙述. 国外从上世纪五十年代开始使用电子皮带秤，国内则从1965年开始研制生产电子皮带秤.时至今日，虽然核子皮带秤，固体质量流量计，冲量式流量计，失重式秤，转子秤等多

3、种固体物料连续计量设备也有一定规模的应用，但他们仍无法与电子皮带秤抗衡，也无法撼动电子皮带秤作为固体物料连续自动称重主流计量设备的地位.1.1.2 皮带秤的发展趋势 随着传感器技术、电子仪表技术的发展，可以输出电信号的速度传感器及称重传感器迅速取代了机械式皮带秤的相应机构，而对速度、重量信号进行放大处理及实现各种运算都可以放在电子仪表中完成，称量精确度提高了，秤架结构简化了，因此电子皮带秤迅速全面地取代了机械式皮带秤。但机械式皮带秤在其长达六十年左右的发展过程中也为皮带秤的使用积累了丰富的应用经验，没有机械式皮带秤的昨天，就没有电子皮带秤的今天。 回顾已经走过的一百年历史，我们看到皮带秤的应用已经越来越广泛，并且在各类涉及动态称重系统的衡器中占据主导地位。展望未来，皮带秤的发展应该集中体现在以下几个方面： 高精确度、高可靠性的新型速度传感器及称重传感器的应用； 类似倾角传感器、位置传感器等新检测内容的传感器将加入到皮带秤的应用中； 二次仪表的智能化、总线化、无线传输化； 皮带秤的检定方式的开发和实际应用； 皮带秤称重理论的深入研究。 1.2 课题的来源及意义1.2.1 课题的来源及意义

4、电子皮带秤是在皮带传送装置中安装的自动称重装置，它不但能称出某一瞬间传送带所输送的物料的重量，而且可以称出某段时间内输送物料的总和，广泛应用于矿山、矿井、码头及料场等。电子皮带秤集合了力学、电机学、电子技术、传感技术等各领域的先进技术。电子皮带秤作为一种用于动态检测物料重量的称量设备，广泛用于冶金、矿山、化工、建材等领域，有着广大市场。随着科技的进步，对皮带秤的要求也越来越高。影响其精度的主要因素有)个方面：机械结构、传感器（一次仪表）和显示仪器（二次仪表）。由于材料结构强度和刚度的限制，使得在力的传送过程中出现误差，而传感器输出特性存在的非线性，加之信号放大、模数转换等环节的一系列非线性，使整个系统的非线性误差变得不可忽视。因此在高精度的称重场合，就需要皮带秤能在线自动校，正非线性。传统的电子皮带秤是由称重传感器、测速传感器、乘法器、积分器、积算器等部分组成，本文对传统的电子皮带秤的电路部分加以改进，省去了乘法器、积分器、积算器等部分，使设计更为简单、实用，是一种新型的电子皮带秤电子电路。电子皮带秤一般安装在输煤栈桥的皮带输煤机上其运行环境较差。振动、粉尘、噪声、电机启动电场和磁场干

5、扰、环境湿度、原煤含水量变化、人为清洁冲洗等各种因素都对电子皮带秤的称重精度有很大影响。通过电子皮带秤生产厂家和用户的共同努力，近年来电子皮带秤的精度和使用情况有了一定的改善，但仍然存在运行维护量较大，精度校核工作繁重、程序多等问题，远未能达到如静态电子衡器所能达到的使用精度和使用效果。1.2.2 本文主要研究内容（1）了解国内外发展状况及趋势（2）由已知条件确定方案选择；（3）分析测量原理及装置设计；掌握各种电子皮带秤优点和缺点；（4）进行电路设计。第2章 电子皮带秤的总体方案设计2.1 电子皮带秤的应用设计条件本设计采用定量带式输送机作为应用设计条件。该输送机是通用型系列产品，可广泛用于冶金、矿山、煤炭、港口、电站、建材、石油等各个行业。其具体参数如下所示： 多托辊皮带秤精度：+/-0.5% 系统精度：0.125% 称量范围：0-1278t/h 上托辊间距： 1.2 m 下托辊间距： 3 m 皮带宽度：1000 mm 上托辊槽角：35 下托辊槽角：0 皮带速度：3.15 m/s 远传传输：1000m 皮带输送机倾角：010 工作条件和安装条件： 环境温度：机械：-20+50仪表：0

6、40 电源电压：220V（+10、-15）50Hz2以上参数由运输机械设计选用手册确定。2.2 电子皮带秤的方案选择2.2.1 皮带秤的发展阶段 皮带秤起源于19世纪末、西方工业发展时期。它的称重原理最早来源于斗式输送机对散料连续自动称重的装置。这种装置于1880年获得了计量许可。1908年在英国公布了第一个皮带秤的专利。1970年由英国制订了一个自动秤的检定规程。二次大战后，尤其是近三十年来，由于传感器制造工艺和电子技术的飞速发展，给整个称重技术注入了新的血液，激发了活力，为提高皮带秤的计量性能创造了有利条件。皮带 秤的发展大致经过了以下四个阶段: 最初的产品是纯机械式皮带秤，一般采用增量式编码器，机械式或光电式扫描码盘等，使皮带秤的机械杠杆具有平衡条件，识别记数和启动功能。这是第一代。第二代是传感器电子仪表皮带秤，检测部分一般有光电脉冲或磁脉冲变送器测速，二次仪表用模拟积分放大电路或数字系统积分电路来实现动态称重过程的平衡、识别和累积计算功能。这两代皮带秤只能测量、累积计算，对运行中计量性能的变化不能控制，因此动态计量准确度较低，稳定性差在用户中信誉不佳，逐渐被第三代、第四代皮带秤

7、取代。第三代、第四代是传感器微机式皮带秤和微机智能化的皮带秤。微处理机引入皮带秤使电子元器件结构、内容和集成化程度大大提高。生产厂家可以根据现场使用条件去满足用户的愿望。2.2.2 皮带秤的分类方法皮带秤的结构形式、种类较多，分类的方法多种多样，至今仍不统一。（1）以称重传感器的工作原理进行分类的有:电阻应变式皮带秤;差动变压器式皮带秤;压磁式皮带秤:核子式皮带秤和陀螺式皮带秤等。其中以电阻应变式的产品最多。（2）以秤架结构形式进行分类的有:单托辊式皮带秤;多托辊式皮带秤;平行板簧式皮带秤和悬臂式皮带秤等。（3） 对放置在皮带上并随皮带连续通过的松散物料进行自动称量的衡器。主要有机械式（常见的为滚轮皮带秤）和电子式两大类。 滚轮皮带秤 由重力传递系统、滚轮、计数器和速度盘组成。速度盘转速正比于皮带速度。滚轮滚动的角速度正比于皮带上通过的物料量。滚轮在速度盘上滚动的位置由物料的重力大小来调整。当皮带上没有物料时，滚轮靠近速度盘中心，转速为零，计数器不累计；当皮带上有物料时，滚轮随着重力变大向周边移动，并带动计数器记下皮带上通过的物料总量。 图21 滚轮皮带秤使用最广泛的皮带秤。电子皮带秤

8、，由秤架，测速传感器，高精度测重传感器，电子皮带秤控制显示仪表等组成，能对固体物料进行连续动态计量。称重时，承重装置将皮带上物料的重力传递到称重传感器上，称重传感器即输出正比于物料重力的电压（mV）信号，经放大器放大后送模/数转换器变成数字量A，送到运算器；物料速度输入速度传感器后，速度传感器即输出脉冲数B，也送到运算器；运算器对A、B进行运算后，即得到这一测量周期的物料量。对每一测量周期进行累计，即可得到皮带上连续通过的物料总量。 图22 电子皮带秤（4）按皮带秤所配输送机的设计带速可分为：单速皮带秤、多速皮带秤和变速皮带秤。其中，多速皮带秤可以在预定的几种快慢不同的带速中换档，而变速皮带秤则能在一定的速度范围内无级变换。以上皮带秤若在使用中只用其中一种固定的设计带速，又称为恒速秤；若在使用中会需改变料流量而在其设计带速范围内调节的，又称为调速秤。（5）按皮带秤的主要用途可分为：计量皮带秤和定量皮带秤。前者，以获得所称物料的连续累计重量为主要目的；后者，又称配料秤，以控制所称物料的重量流量为主要目的。注：同样的用途可采用不同的结构，同样的结构也可担当不同的用途。计量秤常为嵌装型的，但整机型也能承担；配料秤多数是整机型的，但嵌装型也并非绝对不能用。一台衡器在制造装配时也许还未知其预期的用途，但不能不先了解其机械结构。因而不宜用“计量秤”来称呼嵌装型秤，或用“配料秤”来称呼整机型秤，以避免造成沟通双方理解上的不一致。皮带秤分类的方式还有许多种，但不管如何分，须注意首先明确分类的依据，并按同一依据分类，否则就易造成概念上的交叉或混乱。2.2.3 皮带秤的方案选择（1）几种常见的称重装置（秤架）分析皮带秤的称重装置是指皮带秤的负荷承受部分，简称为秤架。秤架装在皮带输送机上，对皮带上通过的物料重量由称重传感器和测速传感器进行迅号转换。在转换过程中，由于“皮带效应”对称重结果的影响甚大，为了减轻这种影响，人们研制、设计了各种各样的秤架。几种典型秤架的结构形式介绍如下。单托辊秤架是指皮带输送机上只有一组托辊对物料重量进行力电转换，我

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