物料重量測量是工業(yè)生產(chǎn)自動化過程的主要測量參數(shù)之一，由于要在物料輸送的同時進行重量檢測，所以往往針對物料不同的輸送方式有不同的稱重設(shè)備。本文介紹了稱重儀表的組成、分類及幾種重要的稱重儀表——電子皮帶秤、定量皮帶秤、電子料斗秤、電子汽車衡、電子軌道衡的選型要點。 

1  概述

衡器是各行各業(yè)用于物品稱重的設(shè)備，按結(jié)構(gòu)原理可分為機械衡器、電子衡器、機電結(jié)合衡器3大類，20世紀(jì)70～80年代大致是個分水嶺，往前是采用機械衡器，往后是電子衡器，過渡階段則采用過機電結(jié)合衡器，現(xiàn)在則幾乎全采用電子衡器。電子衡器采用了電信號輸出的稱重傳感器及二次儀表或稱量系統(tǒng)，因此將其稱為稱重儀表或稱重系統(tǒng)。

對稱重儀表來說，其組成通常包括承載器、稱重傳感器、二次儀表等幾個主要組成部分。承載器通常起力的轉(zhuǎn)換作用，例如汽車衡的臺面作為承載器將汽車的重量轉(zhuǎn)換成向臺面下方稱重點的重力；稱重傳感器則將所承受的重力轉(zhuǎn)換成電信號輸出；二次儀表則將電信號處理后轉(zhuǎn)換成物品重量值顯示。當(dāng)有多臺電子衡器需組成一個相關(guān)的配料系統(tǒng)或電子衡器需與其他設(shè)備構(gòu)成一個具有多功能的復(fù)雜稱重裝置時，就應(yīng)該由稱重系統(tǒng)來完成這些功能。例如多條皮帶秤組成的配比給料系統(tǒng)或帶視頻監(jiān)控、道閘、紅綠燈、紅外線對射、IC卡讀卡器、人臉抓拍打印一體機、大屏幕顯示、語音裝置的汽車衡，就應(yīng)該由稱量系統(tǒng)來完成上述功能。

2   稱重儀表分類

稱重儀表通常按用途分類，如電子皮帶秤、定量皮帶秤、電子料斗秤、電子汽車衡、電子軌道衡、電子吊車秤、重量分選秤、價格標(biāo)簽秤、定量包裝秤、智能組合秤、定量累加秤、減量秤、液體灌裝秤、郵政秤、電子叉車秤、螺旋給料秤、轉(zhuǎn)子給料機秤、連續(xù)失重秤等等。

以上稱重儀表中，電子皮帶秤、定量皮帶秤、電子料斗秤、電子汽車衡、電子軌道衡應(yīng)用相對較多，本文將以這些稱重儀表為例介紹選型要點。

3   主要稱重儀表及系統(tǒng)選型要點

3.1 電子皮帶秤

電子皮帶秤是在皮帶輸送機的合適位置上安裝一個秤架（見圖4-4-1），實現(xiàn)物料通過皮帶輸送機時重力對秤架的作用力的測量和皮帶速度的測量，然后在二次儀表里得到物料的瞬時流量和累積流量。

3.1.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

設(shè)計選用電子皮帶秤時至少要準(zhǔn)備好以下基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：

稱量物料種類；

最大稱量流量（t/h、kg/h）；

圖4-4-1  電子皮帶秤的秤架

皮帶秤預(yù)定的用途；

皮帶秤要求的準(zhǔn)確度；

皮帶輸送機的狀況；

皮帶秤的檢定和試驗條件。

3.1.2 設(shè)計選型要點

電子皮帶秤的選型較為復(fù)雜，當(dāng)選型有疏漏時，往往會造成電子皮帶秤的使用達不到設(shè)計要求甚至根本不能使用。

皮帶秤預(yù)定的用途大體可分為過程監(jiān)控秤、計量秤和貿(mào)易結(jié)算秤。過程監(jiān)控秤主要用于工藝過程參數(shù)的監(jiān)視；計量秤用于企業(yè)重要原材料計量或企業(yè)內(nèi)部的經(jīng)濟核算；貿(mào)易結(jié)算秤用于企業(yè)之間往來物料的計量。皮帶秤預(yù)定的用途不同，從設(shè)計選型方面來說存在較大差別，以對承載器的結(jié)構(gòu)為例，過程監(jiān)控秤結(jié)構(gòu)簡單、稱量托輥組數(shù)少，而計量秤和貿(mào)易結(jié)算秤結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、稱量托輥組數(shù)多。

電子皮帶秤的用途大體上決定了要求的準(zhǔn)確度，過程監(jiān)控秤對計量準(zhǔn)確度要求不高，通常為1%～3%；計量秤用于企業(yè)重要原材料計量或企業(yè)內(nèi)部的經(jīng)濟核算，對計量準(zhǔn)確度要求較高，大體為0.5%～1%；貿(mào)易結(jié)算秤用于企業(yè)之間往來物料的計量，對計量準(zhǔn)確度要求最高，應(yīng)達到0.25%～0.5%。由此可見，皮帶秤預(yù)定的用途大體也確定了其要求的準(zhǔn)確度，但在選型之前，仍需提出確切的準(zhǔn)確度要求。

電子皮帶秤的稱量過程是間接通過皮帶的傳輸實現(xiàn)的，皮帶輸送機的狀況不好，精確的計量就根本談不上，所以設(shè)計前要充分了解皮帶輸送機的狀況。對皮帶輸送機的狀況主要了解以下內(nèi)容：

皮帶輸送機的斷面形狀（水平、傾斜、帶凸弧段、帶凹弧段、帶凸凹弧段等）。

皮帶輸送機的長度（以前后滾筒的中心距或皮帶全長表示，m）。

皮帶輸送機的傾角（包括可變的最大、最小傾角）。

皮帶輸送機的張力調(diào)節(jié)裝置形式（安裝在尾部滾筒的螺旋式、車式及安裝在頭部滾筒的垂直式）。

皮帶輸送機的受料點的個數(shù)及變化情況（如有3個受料點，正常工作時1點或2點受料）。

皮帶輸送機的寬度（mm）。

皮帶輸送機物料流量變化情況（大、小、基本穩(wěn)定）。

皮帶輸送機的托輥類型（如單節(jié)平托輥、三節(jié)槽形托輥，包括槽形托輥的槽形角度數(shù)）。

皮帶輸送機上是否裝有卸料小車、卸料犁。

皮帶輸送機的皮帶狀況（新、舊、破損嚴(yán)重、皮帶拼接段數(shù)多少、皮帶接頭是機械卡子還是均勻膠結(jié)）。

皮帶輸送機的基礎(chǔ)狀況（有震動、搖晃或牢固）。

以下皮帶輸送機的狀況是有利于達到較高稱量準(zhǔn)確度：皮帶輸送機的斷面形狀為水平或固定傾角、皮帶輸送機的長度適中、皮帶輸送機無傾角或傾角較小、皮帶輸送機在頭部滾筒安裝了垂直式張力調(diào)節(jié)裝置、皮帶輸送機一點受料、皮帶輸送機物料流量基本穩(wěn)定、皮帶輸送機的托輥類型為單節(jié)平托輥或35°以下3節(jié)槽形托輥、皮帶輸送機上沒有安裝卸料小車或卸料犁、皮帶輸送機的皮帶狀況較好且皮帶接頭是均勻膠結(jié)、皮帶輸送機的基礎(chǔ)牢固。

皮帶秤的檢定和試驗條件是保證電子皮帶秤正常使用的關(guān)鍵，檢定和試驗內(nèi)容應(yīng)事先確定，以便為檢定和試驗工作的開展配備必要的設(shè)施。常用的檢定和試驗方式有掛碼試驗、滾鏈試驗、循環(huán)鏈碼試驗、物料試驗。

可根據(jù)電子皮帶秤對準(zhǔn)確度的要求及現(xiàn)場條件，參照表4-2確定檢定和試驗方式。

但不論是掛碼試驗、滾鏈試驗還是循環(huán)鏈碼試驗，目前都還需要物料試驗配合，所以設(shè)計時需要對物料試驗的一些設(shè)施，如檢定門、集料管、試驗料斗、試驗料斗秤進行設(shè)計。設(shè)計時應(yīng)考慮物料是在進電子皮帶秤以前稱重（即事前秤重），還是在出電子皮帶秤以后稱重（即事后稱重）。事前稱重時，要考慮稱過的物料怎樣加到皮帶上；事后稱重時，要考慮物料如何收集，稱過的物料又返回到什么地方。這些問題在設(shè)計時應(yīng)確定下來，并配備相應(yīng)的設(shè)施，否則會給物料試驗帶來很大的困難。

3.2 定量皮帶秤

定量皮帶秤是電子皮帶秤的一種特殊應(yīng)用方式，它除了要像電子皮帶秤那樣完成物料量的稱重任務(wù)外，還要實現(xiàn)物料量的定量或配比的自動控制任務(wù)。它通常是一條單獨由制造廠家提供的短皮帶輸送機（見圖4-4-2），并配有變頻器之類的設(shè)備實現(xiàn)物料量的控制。

圖4-4-2  定量皮帶秤

3.2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

設(shè)計選用定量皮帶秤時至少要準(zhǔn)備好以下基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：

物料名稱；

物料容重（t/m3）；

物料含水量（%）；

物料最大粒度（mm）；

物料溫度（℃）；

驅(qū)動機構(gòu)是左裝還是右裝；

秤體到電控柜的實際走線距離（m）；

控制系統(tǒng)定量皮帶秤的總臺數(shù)；

流量范圍：每小時最大流量、最小流量、正常流量（t/h、kg/h）；

外殼是否需要封閉。

3.2.2 設(shè)計選型要點

定量皮帶秤通常有3種工作方式：恒速皮帶秤、拖料皮帶秤、雙調(diào)速皮帶秤。恒速皮帶秤指的是給料機調(diào)速、皮帶機恒速方式的定量皮帶秤，適用于流量設(shè)定值變化范圍小的定量皮帶秤；拖料皮帶秤指的是無給料機、皮帶機調(diào)速方式的定量皮帶秤，適用于流動性能較好、濕度適中、較適合皮帶給料機給料的物料；雙調(diào)速皮帶秤指的是給料機、皮帶機均為調(diào)速方式的定量皮帶秤，適用于配料精確度要求高、流量設(shè)定值變化范圍大的定量皮帶秤。

定量皮帶秤的控制器一般分成3種模式：單機控制器、機組控制器、PLC型控制器。單機控制器目前是以單片機技術(shù)為基礎(chǔ)的，其結(jié)構(gòu)簡單、配置靈活，與定量皮帶秤一對一使用；機組控制器是以PC總線工控機為基礎(chǔ)的，其功能強，操作直觀方便，定量皮帶秤臺數(shù)較多時價格較低，由于是多對一使用，在配料可靠性要求高的地方不宜選用；PLC型控制器是以PLC這類在生產(chǎn)的過程中廣泛使用控制設(shè)備為硬件，通過軟件組態(tài)實現(xiàn)配料功能，其硬件可靠性高、組態(tài)方式靈活，通信方式多樣，具有很高的性價比，特別適合于與大型PLC、DCS系統(tǒng)無縫連接，例如它可以采用像Profibus-DP、DeviceNet之類現(xiàn)場總線與上位機連接。

流動性能較好、濕度適中的物料，當(dāng)采用拖料皮帶秤時不設(shè)預(yù)給料裝置；帶黏性和含有少量水分的粒狀物料可選圓盤給料機、電磁振動給料機；干燥的細粉狀物料可選螺旋給料機、密封葉輪給料機、流量控制閥門。

量程的選擇切忌過大過小。由于生產(chǎn)過程的物料量往往有增大的趨勢，過小的量程對此無能為力；但量程過大，實際配料時為了保持一定的皮帶速度，皮帶上的料層厚度太薄也不利于保證配料準(zhǔn)確度。

在保持恒定料層厚度的條件下，定量皮帶秤通常可在10：1的電機變頻調(diào)速范圍內(nèi)保證配料的準(zhǔn)確度。設(shè)計選用時，盡量讓實際使用配料量在20%~80%量程范圍，保證皮帶速度還可以再加大20%以上的余量；應(yīng)該注意的是，還應(yīng)該使皮帶上現(xiàn)有料層厚度還可以加厚20%~30%的余量。這樣萬不得已時，還可通過加大給料量（如雙調(diào)速皮帶秤方式）或通過抬高給料閘板（如拖料式皮帶秤方式）使量程范圍擴展。

定量皮帶秤使用的皮帶應(yīng)選專用環(huán)形皮帶，要求無接頭、尺寸準(zhǔn)確、單位長度重量恒定、皮帶兩側(cè)邊長相等。

皮帶有普通平皮帶和帶裙邊皮帶（擋邊帶），安息角很小的物料宜用帶裙邊皮帶，以防止物料撒落，但帶裙邊皮帶剛度大，不利于稱重，價格也高，只在必要場合使用。通常可用普通平皮帶加物料裙板來解決物料撒落的問題。

物料溫度超過80℃（但不超過200℃）時，應(yīng)選用耐熱皮帶。物料對皮帶磨損量很大時應(yīng)選用耐磨皮帶。

通常用戶根據(jù)最大配料物料體積（m3/h）或流量（t/h、kg/h）來確定定量皮帶秤的皮帶速度和皮帶寬度，根據(jù)用戶的條件如果有寬窄兩種規(guī)格可選時，通常應(yīng)選較寬的規(guī)格，與選較窄規(guī)格相比，寬皮帶運行時速度較低，有利于提高配料準(zhǔn)確度。

對于干燥的（水分含量<0.5%）的粉狀物料，應(yīng)選用外殼全密封的結(jié)構(gòu)形式；對于下料過程中可能產(chǎn)生少量灰塵的細粒狀物料，可以采用局部帶負壓抽風(fēng)口的落料口外罩。

3.3 電子料斗秤

電子料斗秤是測量料斗（包括儲槽等各種容器）內(nèi)的物料（固體、液體）重量的一種儀表（見圖4-4-3）。

圖4-4-3  電子料斗秤

3.3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

設(shè)計選用電子料斗秤時至少要準(zhǔn)備好以下基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：

稱量物料種類；

最大稱量重量（t、kg）；

料斗皮重（t、kg）；

料斗形狀（正方形、長方形、圓形）及高度；

要求的稱量準(zhǔn)確度（%）；

稱重過程中承受的沖擊力大小。

3.3.2 設(shè)計選型要點

電子料斗秤通常由3~4個稱重傳感器支承，圓形料斗可選3個稱重傳感器支承，方形料斗可選4個稱重傳感器支承，長方形料斗可選3個或4個稱重傳感器支承。

最大量程應(yīng)按最大稱量重量的1.2~1.5倍選取。

多個稱重傳感器的量程之和應(yīng)為最大稱量重量加料斗皮重之和的1.5~2倍，如稱重過程中承受的沖擊力過大，稱重傳感器的量程還應(yīng)再加大。

稱重傳感器的結(jié)構(gòu)形式可選壓式、拉式或懸臂梁式。

為了盡量減少旋轉(zhuǎn)力矩、橫向沖擊力之類干擾因素對稱量的影響, 使稱重傳感器能精確地承受料斗及物料的垂直重力, 稱量料斗應(yīng)該裝有水平限位裝置。

3.4 電子汽車衡

電子汽車衡是設(shè)置在地面上的大磅秤，用來稱量卡車的載貨重量，通常也稱為地磅，是冶金、礦山、化工、糧食、物流、煤炭等大宗物料計量行業(yè)廠礦等用于大宗貨物計量和政府進行公路治超的主要稱重設(shè)備（見圖4-4-4）。

3.4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

設(shè)計選用電子汽車衡時至少要準(zhǔn)備好以下基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：

稱量貨物種類（固體、液體）及名稱；

稱量車輛種類；

每種車型的尺寸、前后軸距離、軸寬、最大載重量及車輛的最大軸載；

稱重頻次（次/天）；

使用場合環(huán)境條件（如有無腐蝕性，有無防爆要求）；

是否有遠程管理、無人操作的要求。

圖4-4-4  電子汽車衡

3.4.2 設(shè)計選型要點

最大秤量的選擇應(yīng)大于所稱貨物重量及車自身重量之和，秤臺允許的最大總負荷應(yīng)小于汽車衡所有稱重傳感器最大秤量之和。

集中載荷承受能力（雙聯(lián)軸載）代表汽車衡局部表面所能承受的集中載荷量，旨在表示能承受由一雙聯(lián)軸組所施加載荷的能力。

汽車衡臺面長度應(yīng)超過稱量最長卡車的長度2~3m，臺面寬度通常為3~3.4m，目前的趨勢是更多客戶選擇寬臺面的汽車衡。

汽車衡臺面有鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)兩種，選擇時可參考表2。

稱重頻次過高的汽車衡，例如超過250次/天的汽車衡，應(yīng)適當(dāng)加強秤臺強度。

汽車衡基礎(chǔ)首先推薦無基坑形式，它要求承載器兩端為直引道，坡度不宜太大，建議采用2m的平直段再加8m的斜坡，禁止車輛拐彎上秤；因地理條件受限制難以采用無基坑式時，也可以考慮選用淺基坑式。

用戶汽車衡的使用場合有防爆要求，請選用防爆汽車衡。

無人值守汽車衡可由卡車司機自己處理稱重交易，其硬件系統(tǒng)可晝夜不停地處理重復(fù)性的交易，從而減少操作人員成本且便于集中管理。無人值守汽車衡需配備以下設(shè)備及功能：IC卡/無線射頻卡裝置（可迅速識別司機/汽車信息）；道閘及信號燈；紅外線對射；顯示并提示司機輸入數(shù)據(jù)；鍵盤或觸摸屏方便數(shù)據(jù)輸入；票據(jù)打印機?？蛇x功能包括：無線網(wǎng)絡(luò)；語音對講功能（標(biāo)準(zhǔn)或IP電話）；遠程監(jiān)控攝像系統(tǒng)。

3.5 電子軌道衡

軌道衡是一種安裝在鐵路線路上，通過對鐵路貨車的計重稱量，實現(xiàn)對煤炭、礦石及化工原料等大宗貨物貿(mào)易結(jié)算的計量衡器（見圖4-4-5）。軌道衡按計量方式主要分為自動軌道衡（常簡稱“動態(tài)軌道衡”）和數(shù)字指示軌道衡（常簡稱“靜態(tài)軌道衡”）。動態(tài)軌道衡用于稱量行駛中的貨車重量，可實現(xiàn)不停車不摘鉤稱重；靜態(tài)軌道衡用于稱量靜止?fàn)顟B(tài)下的貨車重量，稱量時車輛必須按序平穩(wěn)地停在臺面上。

動態(tài)軌道衡一般按照在線形式可分為斷軌與不斷軌；按照臺面組合形式可分為單臺面、雙臺面、三臺面；按計量方式可分為軸計量、轉(zhuǎn)向架計量和整車計量。

3.5.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

設(shè)計選用電子軌道衡時至少要準(zhǔn)備好以下基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：

稱量貨物種類（有無液體貨物）；

年運輸量（萬噸/a）；

要求通過電子軌道衡的速度（km/h）；

稱量方式（動態(tài)、靜態(tài)）；

檢測準(zhǔn)確度要求（如0.2級、0.5級）；

軌距；

稱量車輛種類；

每種車型的尺寸、軸數(shù)、軸距、轉(zhuǎn)向架中心距；

使用場合環(huán)境條件（如有無腐蝕性，有無防爆要求）。

3.5.2 設(shè)計選型要點

根據(jù)鐵道部發(fā)布的鐵運〔1995〕107號《鐵路專用線專用鐵路管理辦法（試行）》的要求，凡是“年運量超過30萬噸的專用線，企業(yè)應(yīng)根據(jù)貨物品類需要設(shè)置軌道衡”。

動態(tài)電子軌道衡的計量方法有軸計量、轉(zhuǎn)向架計量和整車計量等多種形式。從稱量精度來看, 整車計量方法最好, 轉(zhuǎn)向架計量方法次之，軸計量方式最差, 因為轉(zhuǎn)向架計量和軸計量都是采用分解計量方法, 只有在稱量過程中貨車質(zhì)量分配于各車輪的比例關(guān)系固定不變時,才能保證稱量結(jié)果的正確性。

單臺面只適用于車型統(tǒng)一的廠礦專用線上；雙臺面用來稱量一輛四軸車的前、后兩個轉(zhuǎn)向架；三臺面是為滿足長短相差較大的各種車輛而設(shè)計的，以便稱量較長車輛，增加適用范圍。

傳統(tǒng)動態(tài)軌道衡由軌道衡稱重臺面和整體道床組成，為了能準(zhǔn)確測量車輛的重量，軌道衡稱重臺面上的鋼軌必須與前后線路上的鋼軌相互獨立，這樣一來在軌道衡的軌道上就出現(xiàn)4個斷點，所以列車通過時必須限速。不斷軌動態(tài)軌道衡采用了移動垂直力綜合檢測等新方法，檢測準(zhǔn)確度大大提高，基本可以達到傳統(tǒng)斷軌動態(tài)軌道衡的準(zhǔn)確度。