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0引　言
定量皮帶秤屬于連續(xù)累計(jì)自動(dòng)衡器的一個(gè)種類，兼具動(dòng)態(tài)衡器、連續(xù)累計(jì)衡器、自動(dòng)衡器的基本特征[1]。由這3種衡器的定義可知，其工作方式具有下列特征：1）被稱載荷通常為堆積在一起的大量未經(jīng)包裝的塊、粒、粉等散狀物料流，稱量時(shí)被稱載荷與衡器承載器存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)，且通過(guò)承載器的物料流瞬間質(zhì)量會(huì)發(fā)生波動(dòng)，并不恒定；2）在稱量過(guò)程中，物料流的運(yùn)動(dòng)無(wú)需被中斷或者質(zhì)量細(xì)分，就能對(duì)所通過(guò)的散狀物料總質(zhì)量連續(xù)累計(jì)；3）在稱量過(guò)程中無(wú)需操作者干預(yù)，就能按預(yù)定的處理程序自動(dòng)稱量[2]。
連續(xù)累計(jì)自動(dòng)衡器有多種類型，已列入我國(guó)輕工衡器行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的連續(xù)累計(jì)自動(dòng)衡器有13種[3]。按照把散狀物料送到承載器并運(yùn)離的相連輸送機(jī)品種，可分為：皮帶秤、螺旋（絞刀）秤、圓盤（轉(zhuǎn)子）秤等，其中，跟帶式輸送機(jī)相結(jié)合的皮帶秤應(yīng)用最為普遍。定量皮帶秤的輸料部件也是帶式輸送機(jī)，同樣屬于皮帶秤；但是定量皮帶秤又跟一般的皮帶秤有顯著的區(qū)別，它除了具有自動(dòng)稱量功能之外，還具有自動(dòng)定量功能，即能夠以預(yù)設(shè)定的單位時(shí)間或單位長(zhǎng)度內(nèi)的質(zhì)量為目標(biāo)值，對(duì)通過(guò)其承載器的散狀裝物料實(shí)現(xiàn)定量輸送，這是一般的皮帶秤不能夠?qū)崿F(xiàn)的。圖1是定量皮帶秤的原理框圖。
但由于目前OIMLR50-1:2014Continuoustotalizingautomaticweighinginstruments(beltweighers)和GB/T7721-2018《連續(xù)累計(jì)自動(dòng)衡器（皮帶秤）》[4-5]，以及以往的各個(gè)版本也都均沒有對(duì)定量皮帶秤進(jìn)行詳細(xì)描述和規(guī)定有針對(duì)性的技術(shù)要求，因而定量皮帶秤所特有的自動(dòng)定量性能長(zhǎng)期以來(lái)一直缺乏統(tǒng)一、有效的評(píng)價(jià)方法。從2013年起，江蘇省計(jì)量科學(xué)研究院作為工信部與中國(guó)衡器協(xié)會(huì)組織編制的《定量皮帶秤》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)起草小組的成員，投入到了定量皮帶秤自動(dòng)定量誤差測(cè)定方法的研究，為QB/T5046-2017的成功制定與發(fā)布奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

1兩個(gè)重要的定義
1.1定量皮帶秤的含義
能夠把物料的流量或線密度控制在穩(wěn)定的范圍之內(nèi)的皮帶秤的投入使用已有比較長(zhǎng)的時(shí)間，但長(zhǎng)期以來(lái)沒有統(tǒng)一的產(chǎn)品名稱，也從來(lái)沒有過(guò)確切的定義。同時(shí)它還有另外幾種相似卻又不完全相同的產(chǎn)品，分辨得也很不清晰。國(guó)外通常把這類產(chǎn)品稱作皮帶給料機(jī)（beltfeeder），該名稱突出了它的輸料功能，卻沒有把其主要的稱量和調(diào)節(jié)功能特點(diǎn)表達(dá)出來(lái)。國(guó)內(nèi)以往則通常稱之為配料皮帶秤，這個(gè)名稱是以用途來(lái)命名的，也不是很恰當(dāng)，因?yàn)樗耆部梢杂糜诜桥淞嫌猛?，何況要實(shí)現(xiàn)配料使用至少同時(shí)配置兩臺(tái)以上，用配料來(lái)稱呼其中的任何一臺(tái)也不貼切?，F(xiàn)在把它稱之為定量皮帶秤（constantfeedingbeltweighers）。經(jīng)再三推敲斟酌，把定量皮帶秤定義為：“一種能事先設(shè)置瞬時(shí)載荷量的期望值（一般為質(zhì)量流量t/h或質(zhì)量線密度kg/m），并以設(shè)定值為目標(biāo)對(duì)所通過(guò)的散狀物料實(shí)現(xiàn)輸送量動(dòng)態(tài)調(diào)整的整機(jī)型皮帶秤。”此定義已被QB/T5046-2017所采納。
1.2自動(dòng)定量誤差的內(nèi)在含義
定量皮帶秤的最基本特征是自動(dòng)定量功能及其準(zhǔn)確度，評(píng)價(jià)定量皮帶秤的基本性能時(shí)，不僅要考慮自動(dòng)稱量誤差，還要兼顧其自動(dòng)定量誤差。QB/T5046-2017中設(shè)立0.5級(jí)、1級(jí)、2級(jí)3個(gè)準(zhǔn)確度等級(jí)，每一準(zhǔn)確度等級(jí)不僅規(guī)定了自動(dòng)稱量誤差，還規(guī)定了相應(yīng)的自動(dòng)定量誤差。
定量皮帶秤的自動(dòng)稱量誤差的含義同一般皮帶秤一樣，已有明確、統(tǒng)一的計(jì)算公式，即：
EW=(I-W)/W*100%(1)
式中：EW——定量皮帶秤的自動(dòng)稱量誤差；I——定量皮帶秤累計(jì)指示控制儀對(duì)于工作期間所通過(guò)物料的質(zhì)量示值；W——控制衡器對(duì)于通過(guò)皮帶秤的物料的質(zhì)量示值（約定真值）。
自動(dòng)定量誤差的評(píng)定和計(jì)算并不統(tǒng)一，經(jīng)研究將其定義為“設(shè)定流量值相對(duì)于實(shí)際通過(guò)載荷在測(cè)量時(shí)間段內(nèi)平均流量的百分比誤差”。即：
EQ=(Qs-QM)/QM*100%(2)
式中：EQ——定量皮帶秤的自動(dòng)定量誤差；QS——定量皮帶秤的目標(biāo)流量的設(shè)定值；QM——定量皮帶秤的實(shí)際流量的平均值。
由于P=QM*ts;C=Qs*ts，故也可用式（3）來(lái)計(jì)算自動(dòng)定量誤差：
EQ=(C-P)/P*100%(3)
式中：ts——試驗(yàn)期持續(xù)的時(shí)間；P——控制衡器顯示的累計(jì)載荷量；C——按定量皮帶秤給料量預(yù)置值計(jì)算的試驗(yàn)期間累計(jì)載荷量。
明確了自動(dòng)定量誤差是實(shí)際的輸送流量對(duì)于預(yù)期目標(biāo)輸送流量值的偏離程度，而且上述QM或P的量值可以通過(guò)質(zhì)量工作計(jì)量?jī)x器（控制衡器）溯源到質(zhì)量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)量具（砝碼）。
OIMLR61-2004Automaticgravimetricfillinginstruments和GB/T27738-2011《重力式自動(dòng)裝料衡器》[6]中，是用預(yù)設(shè)值誤差（presetvalueerror）來(lái)表述的：
se=ΣF/n-FP(4)
式中：se——預(yù)設(shè)值誤差；FP——裝料預(yù)設(shè)值；ΣF/n——n次裝料試驗(yàn)所裝全部物料的單次平均值。
據(jù)此，定量皮帶秤的預(yù)設(shè)值QS也應(yīng)像重力式自動(dòng)裝料衡器中的FP那樣置于“減數(shù)”，而不是“被減數(shù)”。其實(shí)這兩個(gè)表達(dá)式的涵義并不相同，兩者不能簡(jiǎn)單地拿來(lái)類比。無(wú)論是哪種誤差的表達(dá)式，都是用計(jì)算該種誤差時(shí)的對(duì)照值作為其“減數(shù)”的，而“被減數(shù)”則為直接被考察的對(duì)象。在重力式自動(dòng)裝料衡器的預(yù)設(shè)值誤差表達(dá)式中的F是重力式自動(dòng)裝料衡器每一單次的實(shí)際裝料質(zhì)量的測(cè)量值，包含了EUT（被測(cè)定量皮帶秤）的全部誤差，每一次的F都會(huì)有差別，因此它跟固定不變的預(yù)設(shè)值相比時(shí)，后者作為比較的參照值更為相宜。另外，重力式自動(dòng)裝料衡器的預(yù)設(shè)值誤差實(shí)際上表征的是EUT的系統(tǒng)偏差，這可從以下推導(dǎo)中加以證明[7]：設(shè)重力式自動(dòng)裝料衡器的第i次測(cè)量值Fi與其設(shè)定值FP存在如下關(guān)系：
Fi=Fp+Δ+i(5)
式中：Fi——第i次測(cè)量值；FP——裝料預(yù)設(shè)值；Δ——被測(cè)對(duì)象EUT的固有偏差；i——被測(cè)對(duì)象EUT在每次測(cè)量時(shí)隨機(jī)出現(xiàn)
的系統(tǒng)偏差。
因?yàn)橹亓κ阶詣?dòng)裝料衡器在同一設(shè)定流量下的物料試驗(yàn)至少10次以上，多的可達(dá)60次或更多，而定量皮帶秤在同一設(shè)定流量下的物料試驗(yàn)只進(jìn)行3次，由于定量皮帶秤試驗(yàn)時(shí)并不多次讀取測(cè)量值，在測(cè)量次數(shù)不是足夠多時(shí)，就無(wú)法消除測(cè)量值中的隨機(jī)（偶然）誤差，預(yù)設(shè)值誤差就不等同于系統(tǒng)誤差。
然而，定量皮帶秤對(duì)所通過(guò)物料的累計(jì)量值P，都能直接或間接地經(jīng)控制衡器溯源到質(zhì)量量值，以約定真值作為比較的參照值，即把它作為減數(shù)或除數(shù)顯然是適宜的。而自動(dòng)定量誤差要考察的正是預(yù)期的目標(biāo)值偏離真值的程度，把設(shè)定值作為被減數(shù)也是順理成章的。同時(shí)，這與前面所述的定值控制系統(tǒng)的誤差公式也是吻合的。
整臺(tái)定量皮帶秤實(shí)際輸送的物料量應(yīng)由控制衡器測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)值體現(xiàn)，但是還存在把被測(cè)定量皮帶秤儀表上的累計(jì)示值跟預(yù)置值之間的偏離程度當(dāng)作自動(dòng)定量誤差或控制誤差的做法，由于所采用的累計(jì)示值與預(yù)置值都來(lái)自同一臺(tái)儀表，這樣測(cè)出的數(shù)據(jù)只反映了儀表的部分特性，未包含對(duì)整臺(tái)定量皮帶秤技術(shù)性能全部影響分量，這樣的做法直接導(dǎo)致累計(jì)示值不能通過(guò)控制衡器實(shí)現(xiàn)量值追溯，無(wú)法對(duì)實(shí)際所輸送物料量值的準(zhǔn)確性進(jìn)行識(shí)別。
2測(cè)定試驗(yàn)方法的統(tǒng)一
2.1自動(dòng)定量誤差物料試驗(yàn)測(cè)定方法的確立
QB/T5046-2017發(fā)布實(shí)施前，測(cè)定定量皮帶秤自動(dòng)定量誤差基本采用模擬載荷的試驗(yàn)方法，就像與定量皮帶秤相類似的耐壓式計(jì)量給煤機(jī)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T28017-2011[8]采用的也是模擬載荷試驗(yàn)方法。但是由于模擬載荷試驗(yàn)不能量值溯源，而且對(duì)皮帶效應(yīng)的仿真度差，其試驗(yàn)結(jié)果與真實(shí)情況的差別較大，當(dāng)模擬載荷裝置（如鏈碼等）在承載器上的位置不同，可能導(dǎo)致重復(fù)測(cè)試的結(jié)果大相徑庭，所以模擬載荷試驗(yàn)是沒有適當(dāng)?shù)奈锪显囼?yàn)方法時(shí)的無(wú)奈之舉，是不得已而為之的替代辦法。
用物料試驗(yàn)方法測(cè)定定量皮帶秤的自動(dòng)定量誤差與測(cè)定自動(dòng)稱量誤差有很大的不同。定量皮帶秤在啟動(dòng)后物料尚未進(jìn)入或剛剛進(jìn)入稱量段的初始階段，以及停供物料之時(shí)但輸送帶上尚有斷續(xù)余料還未停止運(yùn)行，定量皮帶秤會(huì)處于非正常工作的缺料狀態(tài)，顯然這一階段的誤差會(huì)大于正常值，而用于測(cè)試的時(shí)間又不可能很長(zhǎng)，這一階段的誤差影響就可能會(huì)比實(shí)際使用時(shí)占的比重大得多；因此，讀取試驗(yàn)數(shù)據(jù)不能完全與皮帶秤的啟動(dòng)和停止同步，需要舍棄其中的非正常工作階段。在進(jìn)行試驗(yàn)獲取數(shù)據(jù)的過(guò)程中，需要確保進(jìn)入控制衡器的物料是在上述正常工作階段通過(guò)稱量段的，同時(shí)還要測(cè)得這些物料通過(guò)稱量段所花的時(shí)間；從而才能獲得試驗(yàn)階段的平均流量。以往之所以多采用如鏈碼之類的模擬載荷試驗(yàn)，是因?yàn)樵囼?yàn)時(shí)鏈碼一直置于稱量段上，定量皮帶秤始終處于正常工作狀態(tài)，獲取數(shù)據(jù)可與其啟動(dòng)和停止同步，用物料試驗(yàn)方法測(cè)定定量皮帶秤的自動(dòng)定量誤差就沒有那么容易實(shí)現(xiàn)了。為解決這個(gè)問(wèn)題，提出兩種測(cè)定定量皮帶秤自動(dòng)定量誤差的物料試驗(yàn)方法：分離檢測(cè)法和集成檢測(cè)法。

2.2定量皮帶秤自動(dòng)定量誤差的兩種物料試驗(yàn)測(cè)定方法
2.2.1分離檢測(cè)法簡(jiǎn)介
分離檢測(cè)法的基本特點(diǎn)是，所采用的控制衡器是與EUT分離的獨(dú)立衡器，采用該試驗(yàn)方法時(shí)需把通過(guò)EUT的試驗(yàn)物料在通往控制衡器的路徑中另設(shè)旁路容器，以確保物料在EUT基本穩(wěn)定之后再進(jìn)入控制衡器。
定量皮帶秤自動(dòng)定量誤差的分離檢測(cè)法的原理如圖2所示，在EUT預(yù)定的給料量設(shè)定值和物料給料流量下，試驗(yàn)物料經(jīng)EUT并駛離后的起初先不進(jìn)入控制衡器，而是進(jìn)入旁路，待EUT運(yùn)行穩(wěn)定后，再通過(guò)切換裝置將物料送入控制衡器，同時(shí)記錄開始時(shí)間t1，在控制衡器的累計(jì)示值增量不少于最小累計(jì)載荷之后切回旁路，同時(shí)記錄結(jié)束時(shí)間t2，由控制衡器獲取得t1~t2期間的試驗(yàn)物料質(zhì)量，作為約定真值，并把按給料量預(yù)置值計(jì)算的試驗(yàn)期間累計(jì)載荷量C與之比較，求得自動(dòng)定量誤差EQ。
2.2.2集成檢測(cè)法簡(jiǎn)介
定量皮帶秤在用集成檢測(cè)法進(jìn)行物料試驗(yàn)時(shí)，提供約定真值的EUT是無(wú)法用標(biāo)準(zhǔn)砝碼直接量傳的動(dòng)態(tài)衡器；這跟重力式自動(dòng)裝料衡器采集成檢測(cè)法時(shí)有所不同[9]，這是不能不顧及的問(wèn)題。后者的EUT在作為控制衡器時(shí)，是以靜態(tài)衡器方式工作的，因而能夠用標(biāo)準(zhǔn)砝碼直接量傳。而皮帶秤的量值是通過(guò)檢測(cè)散狀物料的質(zhì)量間接溯源的，難以保證量值傳遞數(shù)據(jù)鏈中的上一級(jí)的誤差小于下一級(jí)誤差的1/3。為了抵消這一原因帶入的附加誤差，在處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，將定量皮帶秤的自動(dòng)稱量誤差作為其自動(dòng)定量誤差中的一項(xiàng)分量，使最終的結(jié)果不致于會(huì)被低估，這樣的數(shù)據(jù)處理方式也是符合誤差原理的。
使用集成檢測(cè)法進(jìn)行試驗(yàn)，先按EUT的量程范圍把給料流量調(diào)整合適后，啟動(dòng)EUT和計(jì)時(shí)器，待皮帶承載面都已均布物料后開始記錄數(shù)據(jù)，記下累計(jì)指示控制儀顯示窗口的示值I1（單位：t），以及同一時(shí)刻的計(jì)時(shí)器示值t1（單位：s）；待皮帶運(yùn)行已達(dá)預(yù)期的時(shí)間或圈數(shù)，且顯示通過(guò)物料的示值增量已達(dá)到或超過(guò)時(shí)（此時(shí)皮帶上應(yīng)仍布滿物料），再次記錄累計(jì)指示控制儀顯示窗口的示值I2（單位：t），以及同一時(shí)刻的計(jì)時(shí)器示值t2（單位：s）；以t2−t1作為本次試驗(yàn)持續(xù)的時(shí)間，以I2−I1作為本次試驗(yàn)通過(guò)的物料量；從而可求得試驗(yàn)期間的平均流量Qm：
Qm=3600*(I2-I1)/(t2