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1、芨山大学毕业设计（论文）电子皮带秤测试系统的设计研究学院（系）电气工程学院年级专业学生姓名指导教师答辩日期学院：电气工程学院系级教学单位：仪器和卜学与工程学号4学生专业姓名班级题目题目名称电子皮带秤测试系统的设计研究题目性质1 .理工类：工程设计（）；工程技术实验研究型（）；理论研究型（）;计算机软件型（）:综合型（）2 .管理类（）；3.外语类（）；4.艺术类（）题目类型1.毕业设计（J）2.论文（）题目来源科研课题（）生产实际（）自选题目（）主要内容1分析电子皮带秤工作原理2设计应变传感器技术测量系统3设计数据采集系统基本要求1了解电子皮带秤工作原理2掌握应变传感器技术3设计出电子皮带秤数
2、据采集系统一参考资料1汪星明.数据采集管理系统.北京:北京大学出版社,20032栾桂冬主编.传感器及其应用.西安电子科技大学出版社,20023施汉谦,沈文敏.电子称技术M.北京:中国计量出版社,2002周次第14周第58周第912周第1316周第1718周应完成的内容查阅资料阅读文献方案论证建立模型理论分析算法研究程序设计仿真实验撰写论文准备答辩指导教师：时培明职称：讲师2010年12月11日系级教学单位审批：年月日摘要电子皮带秤主要应用在散货称重和检测等方面，尤其对于煤炭和烟草产业来说，起着不可或缺的作用。在煤炭称重测量方面，我们处于化石能源日趋紧张的今天，对煤炭产量的精确测量和控制，不仅关
3、系到企业本身的利益，同时也关系到国家能源战略。同时，在烟草称重测量方面，随着生活水平的提高，人民对卷烟质量和吸味的要求越来越高，对烟厂来说，就是要不断提高卷烟生产过程的质量控制和配方控制，以满足市场要求。因此，无论从哪个方面来说，电子皮带秤的高稳定性和高计量精度都显得越来越重要。本文以称重原理和误差分析为基础，提出了新型电子皮带秤的方案，并列举了相应的实施和验证。本文首先介绍了国内外电子皮带秤的发展状况以及国内烟草行业和国内煤炭行业的状况，然后分析了电子皮带秤的称重原理以及现有电子皮带秤的结构，指出了各种电子皮带秤的优点和不足。接着，以电子皮带秤的误差源树展开分析，说明误差产生的原因以及如何克
4、服和减少误差的方法，在具体通过对双托银双杠杆电子皮带秤进行误差分析，得出了提高电子皮带秤精度和长期稳定性的方法以及可维护性和可维修性的思想，进而提出了新型电子皮带秤的方案。经过误差分析、结构分析以及相关实验，证明了新型电子皮带秤较以往的电子皮带秤有着明显的优点。关键词电子皮带秤；误差分析；称重原理；结构分析；误差源；精度AbstractElectronicbeltweighingconveyorappliesinbulkweighingandinspectionmajorly,especiallyirreplaceableforcoalindustryandtobaccobusiness.Fi
5、rst,onbehalfofcoalweighingandsurveying,asfossilenergyisbecomingmoreandmorepreciousnowadays,tohavethecoalproductionmeasuredandcontrolledprecisely,notonlymattersthebenefitofindustrialcompanies,butalsoinfluencesthenationalstrategyofenergy.Meanwhile,onbehalfoftobaccoweighingandsurveying,thedemandforhigh
6、qualityandgoodtasteofcigaretteisincreasingasthestandardoflivingisraised.Inordertomeetthedemand,thecigarettefactoryhastocontinuouslyimprovethequalitycontrolandreceiptcontroloftheproduction.Therefore,itisevidentthatthisconditionmakesthehighstabilityandprecisionoftheelectronicbeltweighingconveyormorean
7、dmoresignificant.Basedonthediscussionoferroranalysisandweighingprinciple,thispaperpresentsanewtypeelectronicbeltweighingconveyoranditsrelativetests.Firstly,thepaperintroducesthesituationofnationalcigaretteandcoalindustries,anddiscussesthedevelopmentoftheelectronicbeltweighingconveyorbothdomesticlyan
8、dabroad.Secondly,itanalyzestheweighingprinciplesandthestructureofcurrentelectronicbeltweighingconveyor,andpointsouttheadvantagesanddisadvantagesoftheweighingconveyor.Furthermore,itexplainsthereasonoferrorandhowtoovercomeandreduceerrorthroughtheanalysisofatreeoftheerrorsourceoftheelectronicbeltweighi
9、ngconveyor.Givingtheexampleoftheerroranalysisoftheelectronicbeltweighingconveyorwithdoubleidlersandlevers,itbringsoutthemeasurestoimprovetheprecisionandstability,andtheideasofserviceabilityandmaintenanceabillty.Asaresult,theproposalofthenewtypeelectronicbeltweighingconveyorisputforward.Itisillustrat
10、edthatthisnewtypeelectronicbeltweighingconveyorhasanobviousadvantagecomparedwiththeoldonesthroughalotoftestsandanalysisoferrorandstructure.KeywordsElectronicbeltweighingconveyorErroranalysisWeighingprincipleStructureanalysisErrorsourcePrecision目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1 课题背景11.2 无线传感器网络概述11.2.1 网络体系结构
11、21.2.2 传感器网络特点及应用31.3 无线传感器网络拓扑控制综述41.3.1 无线传感器网络拓扑控制研究意义41.3.2 无线传感器网络拓扑控制研究现状41.4 本文主要研究内容5第2章XTC拓扑控制算法研究72.1 引言72.2 网络拓扑设计目标72.3 典型拓扑控制算法XTC82.3.1 XTC算法及特性研究82.3.2 算法局限性分析102.4 XTC的改进算法102.4.1 RTC和-RTC算法142.4.2 A-XTC算法152.5 本章小结20第3章无线通信链路特性分析与论证213.1 引言213.2 无线链路的度量与建模213.2.1 常用链路度量标准对比223.2.2 链
12、路模型的构建233.3 链路特性分析及实验253.3.1 MS实验平台253.3.2 通信链路的不稳定性273.3.3 接收信号强度相关特性293.4 本章小结30第4章基于链路质量的拓扑控制算法EPTC314.1 引言314.2 EPTC算法原理及组成314.2.1 算法设计理论基础314.2.2 EPTC算法构建344.2.3 EpTC算法举例384.3 EPTC特性分析与证明414.3.1 链路对称性414.3.2 网络连通性424.3.3 节点度限制特性424.4 本章小结44第5章EPTC算法性能评价455.1 弓I言455.2 性能分析与评价455.2.1 算法复杂度分析455.2
13、.2 健壮性与稀疏性的权衡465.2.3 网络平均能耗及其均衡性研究505.3 本章小结52结论54参考文献56致谢59附录1开题报告60附录2文献综述65附录3外文翻译70附录4外文复印件79第1章绪论1.1 课题背景电子皮带秤是烟草制线和打叶复烤生产线上最重要的单机计量设备。它对生产线上的各个环节分别起着流量控制、精确掺兑配比，以及投入产出统计等重要作用，为烟厂整体的信息化管理和其他方面的操作提供着正确的原始数据。同时.，随着人民的生活水平提高，对卷烟质量和吸昧的要求也越来越高，这对烟厂来说，就要求提高烟生产过程的质量控制、配方控制，以满足市场的要求。因而，对电子皮带秤的高稳定性和高计量精
14、度的要求，也显的越来越重要。悬浮式电子皮带秤是目前理论和实际都承认的一种高稳定性、高精度的产品，但目前在烟草行业并没有推广应用，如能研制出适合烟草行业特点的该类新型电子皮带秤在烟厂推广使用，这将会更好的满足烟厂的计量和控制要求。进入二十一世纪以来，国际上对于电子皮带秤的研究和开发也取得了很多重大进展。其中以SyStemEqUiPment公司研发的电子皮带秤的倾角传感器、美国输送称重公司设计的CWTi型直接承重式秤架以及日本尤尼帕斯公司推出的F805-BC皮带秤采用全彩触摸屏累计器最为引人关注。国内各相关企业与公司也在加紧相关方面的研究。到九十年代末期，随着烟草行业制丝工业和质量控制要求不断提高
15、和PLC技术的不断发展，很多厂商开始了以可编程控制器为主机，以变频器作为调速功能部件的电子皮带秤的研制。目前已制造、安装和调试成功。1.2 电子皮带秤概述电子皮带秤是能检测皮带输送机上输送煤流烟草等散货累计重量的动态计量装置。下面从电子皮带秤的基本结构、特点及应用方面，进行基本阐述。1.2.1 电子皮带秤的基本结构电子皮带秤的基本结构如图IT所示，一般由六大部件构成，即秤架(Scaleframe)称重传感器(Weighingsensor)测速传感器(SPeedmeasurementsensor)现场放大器(Siteamplifier)主控计算机(Franlecomputer)显示器(MOnit
16、or)。其中称重传感器在皮带秤的整体结构中，无论是对基本称重原理的讨论，还是对误差的分析，都起着至关重要的作用。而对秤架的分析与改良以及对测速传感器的误差控制，也是近年来各机构研究的重点。1.秤架2.称重传感器3.测速传感器4.现场放大器5.主控计算机6.显示器图1-1电子皮带秤结构图物料在输送状态下，皮带秤的称重是利用称重传感器和测速传感把皮带上通过的物料重量与皮带速度转换成电信号。现场放大器对两组信号进行适当处理，输送给主控制计算机进行积算、调节、控制等。最后从显示器给出称重累计结果。这是皮带秤自动、连续累计称重的过程。方框图见图1-2。北1田1.2.2电子皮带秤的特点及应用电子皮带秤是一
17、种对大宗散装物料作动态连续称重的计量设备，具有快速、准确、自动称量、即时打印等特点。随着电子技术和微处理技术的发展和应用，其性能得到迅速提高，成本却不断的降低，因此被广泛的应用于电力、冶金、矿山、港口、化工、交通运输等部门。由于主要用途是对散料动态连续称重，电子皮带秤最广泛地还是应用在烟草行业中。目前，国内所有烟草企业在卷烟生产中都使用了电子皮带秤。具体而言，在卷烟生产的第一流程，即制丝生产线的的打叶、切片、加料、加香、润叶、润梗、烘丝、烘梗、膨胀、微博松散和掺配等工序中,电子皮带秤不但计量输送物料的重量，而且控制流量的波动。其准确性、稳定性等性能对制丝质量尤其是重点工序的质量有着重要的作用。
18、同时，电子皮带秤记录的有关数据还为内部管理和财务核算提供了依据。总之，基于电子皮带秤的机械特点和电子特点，它十分符合当代工业中对烟草和煤炭等散料的大规模、产业化的生产、加工以及管理控制的要求。因此，电子皮带秤的应用前景是十分良好的。1.3 电子皮带秤综述作为生产中，散料的测量与控制的器械，电子皮带秤的精度和准确度对于企业来说无疑是十分重要的。以分析电子皮带秤的称重原理与误差来源为基础，对其进行合理的分析与改进，是当今产业关注的焦点，也是本文研究的中心。1.3.1 电子皮带秤研究意义电子皮带秤作为卷烟生产制丝线中重要的计量、控制设备，对产品质量以及生产的各个环节起着流量控制、精确掺兑配比、投入产
19、出统计等重要作用，随着人民生活水平的提高以及推出的国家新的烟草制丝线工艺规范，对产品质量提出了更加严格的要求。而电子皮带秤作为卷烟生产制丝线中重要的关键设备，对其计量精度、控制性能、稳定性及使用的方便性也提出了更高的要求。目前，依据卷烟制丝工艺改进、设备更新换代和质量提升的需要，电子皮带秤的研究、设计、制作、使用和维护正以高可靠、高稳定和高精度为目标，追求多功能、实用性和简便性。根据卷烟制丝线总体工艺改进的趋势，电子皮带秤的功能扩展和网络化进程呈现了明显态势，无疑其研究成为了一种方向。同时，进一步合理简化皮带秤秤架结构也是一个值得研究的问题。另外，电子皮带秤动态校准方式的研究与应用，对提高系统
20、的精度和稳定性有很大意义，因此是一个值得探讨的课题。1.3.2 电子皮带秤研究现状在二十世纪初，国外开始了关于机械式皮带秤的试验。四十年代末，机械式皮带秤得到了普及。五十至六十年代，出现了各种类型的机电结合式和电子式皮带秤。七十年代，由于高精度电阻应变式称重传感器的出现和微型计算机的应用，提高了计量精度，系统准确度可达千分之五。进入八十年代以来，皮带秤不仅仅作为计量装置和生产量的指示装置，而且是一种可用于控制、按比例配料、资料记录，甚至作为计算机输入的可靠的过程变量监测器，或者说它已成为物质流通的传感器（又称物流传感器）。如澳大利亚拉特港用于计量煤炭的皮带秤，准确度为0.5%,单机能力已达25
21、00l/h。出口铁矿石也用皮带秤计量。挪威威尔维克海港使用着二台皮带秤向外出口铁矿石，流量1100th,准确度为0.2%。荷兰鹿特丹港装设有德国申克公司的7000t/h皮带秤，准确度也在0.2%左右。值得注意的是，瑞典1985年安装谢来夫特欧海港矿石码头的由英国“Inflo散货控制系统”公司生产的一级皮带秤。该码头每年出口大量铅、银、锌矿石，装卸效率2500th,计量准确度优于0.5%。1990年在得知InflO的一级皮带秤通过了瑞典严格的计量认证后，瑞典最大的散货港一一乌克塞勒松港又订购了19台InflO的皮带秤和皮带秤定量给料装置。世界上最北方的一个钢铁厂一一吕勒欧钢厂，也订购了五台Inf
22、lo一级皮带秤。通过实际运行，这些钢厂认为，由于InfIo皮带秤的高精度和一直保持其重复性，不仅可用于工艺过程控制，而且可用于商业贸易计量。目前,英国已宣布，Inflo公司达到了BS5750（第一部分）和IS09001标准的质量认证要求。我国对皮带秤的研究约始于50年代对滚轮式机械皮带秤的应用，直到60年代后期，电子皮带秤才投入生产。70年代虽然在皮带秤的种类上有所增加，质量上有所提高，但与国外相比，差距很大，远远满足不了市场需求。因此，不得不于80代从国外引进电子皮带秤技术，从而使我国电子皮带秤精度达到0.25%0.5%的水平。然而，在我国忙于消化引进技术的同时，国外的工作又有了新的突破。国
23、内在电子皮带秤方面做得比较好的，如鞍山矿山公司，特别是近几年做了大量工作，在至关重要的部位、极其恶劣的条件下，克服重重困难，较好的解决了高精度电子皮带秤作为商业结算的计量问题。得到了上级部门和供需双方的肯定，做出了一定的成绩。尤其在1998年，公司调军台选矿厂精矿输出计量中，经过与生产厂家的共同努力，建成了一台高水平的商业结算用电子皮带秤计量系统。1.4 本文主要研究内容本文以电子皮带秤的发展历程为背景，以提出新型改良传感器为研究方向，针对电子皮带秤的称重原理与误差来源进行了详细的分析，总结已有的电子皮带秤各部件的优势与劣势，提出新型的电子皮带秤解决方案，并加以理论方面的验证。论文第2章对电子
24、皮带秤的称重原理进行了研究。首先从物理方面阐述了皮带秤对散料称重的基本原理，并且延伸出各部件在征称重中的重要性。然后从基本的部件入手，分析了各种已有的称重传感器、测速传感器皮带秤秤架的结构、原理及优缺点，初步建立起从称重原理角度出发的新型传感器的雏形。论文第3章对电子皮带秤各种误差进行了分析与探讨。因为在各种测量过程中，提高精度的主要方法即为减小误差的硬性，本章即基于对电子皮带秤主要的五中误差的研究，提出新型电子皮带秤在误差方面的改进。论文第4章在前两章的基础上，提出了一种新型的电子皮带秤的设计,这种设计对已有的称重传感器与秤杆等部件进行合理的选择，并且有效地克服测量误差，从而达到对流动散料最
25、佳的测量与控制。论文第5章从理论上论证了以上设计出的新型电子皮带秤的合理性，并对该产业的发展趋势进行展望与总结。第2章电子皮带秤的称重原理2.1 引言称重原理是电子皮带秤研究中的核心问题之一。正是由于能够对散料进行连续称重，才使得电子皮带秤在当今工业中的与广泛的应用。在电子皮带秤中，其称重传感器、测速传感器和秤架，构成了称重环节中最重要的部分。传感器是将各种非电量，包括物理量、化学量、生物量等，按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量，一般为电量的装置。传感器技术是利用各种功能材料实现信息检测的一门应用技术，它是传感原理、材料科学、工艺加工等三个要素的最佳结合。传感技术的研究和开发，不仅要
26、求原理正确，选材合适，而且要求有先进高精度的加工装配技术。除此之外，传感技术还包括如何更好地把传感元件用于各个领域的所谓传感器软件技术，如传感器的选择标定以及接口技术等。秤架的结构优劣决定了皮带秤的称重性能的优劣。一般的皮带秤秤架采用了双杠杆四组托辑中点汇力式结构，2只拉伸式称重传感器、秤架的4个支点采用圆形高性能橡胶作柔性无摩擦耳轴支撑，这样的密封装置可以防震、防潮和防止物料堆积的影响，其性能远比刀承和轴承支撑优越，能在恶劣的环境中克服使用刀承装置和轴承式装置带来不利称重的因素。称重传感器安装在秤架的受拉部位，不带平衡重锤，直接与秤架连接，减少了力值传递的中间转换环节，减少了非线性误差，这种
27、秤架制造工艺和连接方法确保了称重系统的灵敏度、稳定性。总之从传感器的称重原理入手，同时分析传感器、秤架等部件的作用与取舍，是提出新型电子皮带秤的重要途径。2.2 电子皮带秤的基本称重原理皮带秤是对散状物料自动地连续、累计称量的计量器具。因此，连续、自动称重是皮带秤的主要特点。为了测行运动皮带上单位长度的瞬时流量，某一段距离的物料重量，或一段时间和一段距离的累积重量。这些量在理论上的计算，可用积分法和累加法两种数学模式来演算。(1)积分法：输送机输送物料时，主控机连续测量皮带上每单位长度的载荷值q(kgm)并与皮带在同一时刻的速度u(ms)相乘，测得结果为物料的瞬时流量q*u(kgs)因物料输送
28、的不均匀性和皮带速度随时间变化，所以在t时间间隔的累计流量可以用以下积分式表示。式中：W1时间间隔的物料累计量kg或t；W=Z/5=0t物料通过秤的时间S或h；q(t)皮带单位长度上的物料重量kg/m；u(t)物料在皮带上的运行速度m/so(2)累加法：输送机输送物料时，我们约定每当皮带运行一段距离S时，累加器作一次称料重量的累加q,在一段时间内，皮带运行了n倍S的距离，累加器则有n次被称物料重量的累加肌公式如下。W=q(t)u(t)dt2.3 主要执行传感器的分析电子皮带秤的主要执行传感器分为称重传感器和测速传感器。2.3.1 称重传感器的研究称重传感器是皮带秤力与电转换的核心部件，按变换原
29、理分类，主要有：电阻应变式、电容变压器式、电容式、压磁式、压电式等。称重传感器的结构形式较多，主要根据用途和传感器与秤架的联接方式来划分。理论和实验表明，联接装置必须能将中立准确的传递到称重传感器上，其作用力必须通过传感器的轴心，如图2T所示。图2-2显示了再压力FV未通过传感器的轴心，所产生分力时的情况。其水平分力造成了系统准确度的降低。图2T力通过轴心图2-2力未通过轴心对于皮带秤的传感器联接装置不仅在理论上需要有消除测向力的结构设计，而且在传感器联接器的加工和安装也要保证一定的精度。这是因为正常工作时，如果重力的作用点能在传感器轴线周围和某点周围自如地游移，并不影响皮带秤的准确度。但假若
30、重力作用点产生了偏移，从某一点偏移到另一点，而不能自如地游移，即正态分布的均值发生了变化XQ平均值WXl平均值，那么就造成了系统的误差，如图2-3所示。图2-3系统误差图所以，如何保证联接装置的加工和安装精度也是一个关键点，特别对于小量程的皮带秤来说，皮带秤的振动常使作用点产生偏移，在皮带秤动态计量过程中，从某点偏移到另一点，造成了系统误差。通常要求传感器的连接有如下要求：1 能有效地消除测向力的影响；2 在动态过程中，重力作用点不允许产生偏移只允许围绕某点产生呈正态分布规律的游移；3 便于安装、维修；4 标准化、系列化和整体性好；5 成本低、加工简单。2.3.2 电阻应变式传感器的原理目前，
31、在自动测力或称重中应用最普遍的是电阻应变式传感器。电阻应变式传感器除了用于测量力参数外，还可用于测量差压、加速度、振幅等其他物理量。2.3.2.1 应变效应金属导体的电阻值随着它受力所产生机械变形（拉伸或压缩）的大小而发生变化的现象，称之为金属的电阻应变效应（对于半导体材料同样存在着电阻应变效应）。用来产生应变效应的细导体称为“应变丝（敏感栅）”。金属导体或半导体的电阻之所以会随着其变形而发生变化，是因为导体或半导体的电阻是与材料的电阻率以及它的几何尺寸长度和截面积有关的，在导体或半导体承受机械变形过程中，这三者都要发生变化，因而引起导体或半导体的电阻发生变化。取一根长度为L截面积为A,电阻率
32、为P的导体或半导体，其电阻为R,则有：（2-1）式中r为导体半径。当导体受力作用时，其长度心、截面积（冗F”电阻率。相应变化为dL、d(jit2).dP,因而引起电阻变化RL对上式全微分，则为：dRdLdrdp=LFRLrp(2-2)式中普为电阻丝轴向应变，牛=Q;华为电阻丝径向应变，V=%。在弹性限度范围内电阻丝轴向应变与径向应变存在如下关系：、=-侔*(2-3)式中为材料的泊松系数，=o-o.5O负号表示二者变化方向相反。将式(23)代入式(22)得:dLdp-=(l+2kv+-LP(2-4)式(2-4)说明应变片电阻变化率是几何效应(1+2U)=项和压阻效应4。/P项综合的结果。2.3.
33、2.2电阻应变式传感器的组成电阻应变式传感器通常由弹性体、应变片与应变胶、桥路组成。用弹性体将被测力成比例的转换为应变；用应变胶将应变片粘贴在弹性体的恰当表面合适位置，使应变片与弹性体同步发生应变；用应变片将应变进一步成比例的转换为电阻相对变化量；最后将应变片连接成四臂电桥，通常桥路将应变片的电阻相对变化量转换成电压信号输出，结构如图2-4所示。图2-4传感器的基本构造示意图232.3电阻应变式传感器的测量原理应变片直接感受的是应变或应力,电阻应变式传感器在实际应用中可等效一个电桥电路(如图2-5所示)。应变式传感器以等臂电桥为基本线路，用敏感元件一电阻应变片作为桥臂并粘贴在一定形状的金属弹性
34、表面上。由于力或其它非电量对弹性体的作用，使电桥相对桥臂的应变片受到拉伸或压缩，即产生微小的机械变形，粘贴在弹性元件上的应变片感受到应力。的作用，根据虎克定律，应变与应力成正比，即g=Eb0又由应变效应可知，应变片与电阻值的相对变化dR/R成正比，从而使电桥推动平衡，产生相应的差动信号供线路测量和处理，实现了对微小机械变量的测量。其中，R/、R2、R3、&为四个桥臂电阻，E为激励电源，则电桥的输出电压为：Uo=RiR3-R2R4(R1+R2)(R3+R4)当电桥处于平衡状态时，RiR3=RzRi,为了使桥路灵敏度最大，实际中常采用R/=&=/?3=R/=Ro,当桥路电阻发生变化时，RRo=k,
35、k为系数，则电桥的输出为：Uo=Ek(Ie2+34/4式中：一一各电阻应变值，八3一正应变，2、%负应变。2.3.3测速式传感器的分析测速传感器也是皮带秤称重系统中的一个重要环节。皮带秤称重系统,主要是检测两个物理量，一个由称重传感器拾取重力信号，另一个检测皮带的线速度，然后将这两个量进行积算。速度检测的准确程度，直接影响到皮带秤的准确度。2.3.3.1 测速传感器的类别测速传感器主要分数字式和模拟式两种。当前国内外普遍使用数字式测速传感器。过去使用的模拟式测速传感器来检测发电机输出电压的方式不再使用，故在此不作讨论。而数字式测速传感器则分为接触式和非接触式。接触式：接触式测速传感器是目前最为
36、流行的测速方式。基本方法是由一磨擦轮接触运输带，当运输带运动时，测速传感器的转轮依靠和运输带之问磨擦力转动，带动测速发电机或光，电转换装置，进行测速。这种测速方法的优点是结构简单易行。缺点是磨擦轮不能准确地反映皮带线速度。造成测速误差大。非接触式：又分为光电式测速传感器和磁电式测速传感器。光电式的基本方法是在运输带表面嵌入许多光亮的金属薄片，当该金属薄片通过光源时，产生一个光的反射信号给光敏管或光电池，通过检测单位时间内反射信号的个数，或者测量两个信号之间的时间间隔，求得运输带的实际线速度。实际应用问题表明，非接触光电式测速方法。只能应用在特定的环境条件下，使用的局限性很小，所以在普通的皮带秤
37、上很少采用。但可以应用在食品、商品等环境条件较好的皮带运输计量上。非接触传感器中的磁电式测速原理和光电式测速传感器的测量原理相同，在理论上可以直接测出运输带的线速度，而且，相对光电式非接触测速传感器具有一定的实用性。这种方法的缺点是：运输带在行进中不是平衡行进，一旦运输带发生跳动，磁接收器便不能正常工作，易遗失信号。通过对光电式和磁电式非接触式传感器的分析，可以认为，非接触式测速传感器在理论上是正确可行的，可以消除“打滑”等接触式测速传感器无法克服的问题，能达到直接俭测运输带线速度的目的。但在实际使用时仍存许多实际问题，有待于进一步解决。研究开发更具有实用性的非接触式测速传感器。所以到目前为止
38、，在国内、外非接触式测速传感器尚未广泛应用。2.332测速信号的处理方法测速传感器对检测到的信号处理方法有两种。一种是检测单位时间内脉冲个数，称测频式。另一种则是结合计算机技术的测宽法。现以接触式测速传感器为例说明测频和测宽方式的基本原理。测频法：运行中的输送带通过和测速传感器的磨擦转轮之间的磨擦作用，使其磨擦旋转，磨擦轮的旋转又拖动一个带有小孔的圆盘同步转动。圆盘转动时，间断地阻挡光敏元件接收光线，光敏元件的输出端输出脉冲信号。当运输带线速度越高，圆盘的转速也越快，光敏元件输出端的脉冲宽度变的越窄，单位时间内脉冲个数也越多。采用测频法，可以直接计取单位时间内的脉冲数来表示速度值，但是由于机械
39、加工等实际操作问题，很难在一个有限直径的圆盘上加工大量的孔，加工出100-200个孔在操作上已经具有非常大的难度，采用磁电转换同样也很难在有限的周长下发出100O个以上的脉冲。所以，通常的接触式测速传感器的分辩率很难小于0.02%,可见要提高测速准确度是十分困难的。测宽法在采用电脑来处理测速信号后，出现了一种新的测速方法，即测宽法，在使用同样的测速装置，加上适当的硬件和软件便可大幅度提高测速的分辩率。这种测宽法的测速传感器，分辨率可达0.005%-0.01%。2.4电子皮带秤秤架的分析2.4.1 单托相秤架R单托根秤架是指皮带输送机上只有一组托辑对物料重量进行力电转换，我们称这组托根为称重托辐
40、。现在市场上已有多种单托辑秤架的皮带秤。与它相邻的前后一组固定的托根称为过渡托辑。其具体结构有直接支承式和杠杆式两种类型。在杠杆式中又分带配置平衡重物和不配平衡重物两种。图2-6是带平衡重物的杠杆式单托辑秤架的示意图。L输送带2.平衡重物3.支撑弹簧片4.杠杆5.称重传感器图2-6带平衡中午的杠杆式单托银秤架的示意图从上图中看出，用移动平衡重物的方法可使空皮带输送机施加在称重传感器的预置力调到适当数值，然后电路调零，确保物料的实际称量量程。单托银秤架的受力状况如图2-7的箭头线所示。图2-7单托银秤架的受力称重托辐的运行状态所受的力F,可分解成垂直分力N和水平分力H。e是杠杆支点到称重托辐中心
41、的距离。称重传感器上的压力P可由力矩方程式导出。即：P*12=N*11+H*eP=kN+k1*H式中，力H是“皮带效应”引起的对称重结果有害的水平力。要想提高这种秤架的计量性能，已尽力消除此力，但对三节槽形托根很难消除这种影响。这是单托根皮带秤计量准确度不高、稳定性差的主要原因。2.4.2 多托根秤架由两组或两组以上称重托根组成的秤架叫多托辑秤架，具体结构又分为双杠杆和悬浮式两种类型。与单托辐秤架一样，这两种类型的多托馄秤架，每一类型都有配置平衡重物和不配置平衡重物的两种型式。2.4.2.1 双杠杆式秤架图2-8是两组对称杠杆分别支撑一组到四组称重托馄的结构。图2-8双杠杆架实物和示意图这种秤
42、架的两组对称杠杆一般装在输送机纵粱的内侧。两杠杆的终端用簧片支点支承在输送机纵梁上，起始端通过吊挂系统与称重传感器一端连在一起。秤架中间，有一个和机架连在一起的龙门框架，框架上配置有平衡机构，与传感器另一端连接。或者有一根横向装在输送机纵梁上的支撑粱和传感器另一端连接，使对称杠杆机构（通过称重托辑）把承受物料的重力传递给称重传感器。双杠杆多托馄秤架的受力分析：双杠杆多托辑秤架，同样因“皮带效应”产生水平分力而影响称重结果。但由于这两组杠杆对称，可以使水平分力H对称重结果的影响大小减小。理论分析如下：3lN-3He F-6/V+ 仍=1- 2.5/3lN-3HeP2 =22.5/在图2-8中,S
43、N1=N2=N3=N4=N（均匀分布的载荷），KllH1=H2=H3=H4=Ho现分别对簧片支点和取矩，则式中N一称重托银的正压力；H称重托银上的水平分力;e簧片支点中心到H力作用线的距离；1称重托银的间距；P传感器所受的拉力。从受力图2-8可知： 当水平力H作用线与簧片支点中心在一条水平线上时，e=0o即使秤架两边负荷不均匀，水平力矩H*e=0,对称重结果没有影响。 当秤架两边载荷均匀分布.称重托辐组装对称，水平力H作用线与簧片支点中心不在一条水平线上，e0o秤架左、右力矩也相等，且方向相反，合力矩仍然等于零。对称重结果没有影响。 当称架两边载荷不均匀分布，称重托辑组装不对称，水平力H作用线
44、与簧片支点中心不在一条水平线上。在这种情况下，虽然秤架两边左、右矩不相等，但方向仍相反，大部分有害称重结果的力矩被抵消，对称重结果的影响大大减小。这是多托辐双杠杆秤架结构的计量性能优于单托辑秤架结构的理论依据。2.4.2.2 悬浮式秤架悬浮式秤架与非自动平台秤相类似，称重平台由称重传感器支承，称重托辑装在平台上。悬浮式秤也有配置平衡重物和不配置平衡重物两种结构（见图2-9）。/1 2341 .平衡重物2.平衡杠杆支点3.称重传感器4.称重平台图2-9配置平衡重物悬浮式秤架示意图在图2-9中去掉平衡杠杆，把称重传感器直接支承在悬浮平台的两端,就成了不带平衡重物的悬浮式秤架结构。一般簧片支点高度选
45、在略高于水平托辐中心线的位置较好。2.4.3 平衡板簧式秤架平行板簧式秤架的基本结构是把两块平行簧板一端固定在底座上，另一端连接在一起悬浮，并在悬浮端安装称重托辐。在两平行板之间安装称重传感器。称重传感器的受力方式，拉或压均可。但做成压工时，传感器的传力部分下方要安装减振装置，以防皮带运行时上、下摆动，影响重力值的传递。装成拉工时，称重传感器要采用软联接，参见图2-10。这种秤架的结构精巧，一无现有秤架的簧片支承，二无传力杠杆，两者均由平行板代替。既可做成单托根秤架，又可组成多托根秤架。是一种新型结构，适应范围很广。2.4.4 悬臂式秤架悬臂式秤架，其结构原理与配置平衡重物的单托辑秤架较近似。
46、这个封闭的称重系统，可以把它看成一根杠杆。称重传感器直接装在输送机的尾部，成为力点。支点设置在输送机的前部。卸料的料斗装在支点上，使物料下落到皮带上时，正好落在支点前后。平衡重物设置在前端，参见图2-11。L杠杆（秤架）2.支承架3.称重传感器4.平衡物5.散料器6.料斗7.环形输送带图2T1悬臂式秤架示意图从图2T1中调节前端的平衡物4,使输送机空载运转时，称重传感器承受适量的预置力，然后电路调零。此时当皮带上通过物料时，称重传感器以悬臂方式承受物料的重力。2.4.5 整机式秤架整机式秤架是皮带输送机只考虑计量意识的一种特殊皮带秤。皮带输送机一般由皮带秤生产厂家配套供应，长度比一般输送机短，
47、在2-6m之间。输送机没有倾角和槽角，水平而且低速运转。皮带没有接头，厚薄较均匀，比较柔软。输送机的下料端有几组间距很近的固定托辐（亦称缓冲托短），用来承受料仓下料的压力。这些特殊设计使“皮带效应”对计量性能的影响明显改善。悬臂式秤架，实质上就是整机式秤架的一个特例。因此，整机式秤架的特点是把输送机和计量秤架设计成一个整体，有恒速和调速两种类型。秤架一般采用单托辑式，平行板簧式或双托短双杠杆式等。这种秤装配紧凑，占用空间小，很适合冶金、建材等行业在生产工艺流程中的配料计量。2.4.6 秤架结构优越性对比A.单托辐秤架有结构简单、造价低的优点，但计量准确度较低，运行稳定性较差。一般只适于准确度要求不高的配料控制计量。B.多托辐秤架是高准确度皮带秤采用最多的一类结构，目前应用这种秤架，配合先进的主控机，使皮带秤的计量检定最大允许误差优于0.25虬主要优点有：（1）计量性能稳定可靠。由于多托馄秤架使称重有效长度增长，称重托幅
