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電子皮帶秤是工業(yè)生產(chǎn)中用來計(jì)量輸送物料的重量而廣泛采用的計(jì)量器具,在火電廠的原煤計(jì)量中有廣泛的應(yīng)用。國家對電子皮帶秤的精度要求分為0.25、0.5、1.0、2.0共4個(gè)等級,作為火力發(fā)電廠二級計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的電子皮帶秤一般要求達(dá)到0.5級精度標(biāo)準(zhǔn)[1]

火電廠電子皮帶秤一般安裝在輸煤棧橋的皮帶輸煤機(jī)上,其運(yùn)行環(huán)境較差。振動(dòng)、粉塵、噪聲、電機(jī)啟動(dòng)電場和磁場干擾、環(huán)境濕度、原煤含水量變化、人為清潔沖洗等各種因素都對電子皮帶秤的稱重精度有很大影響[2]。通過電子皮帶秤生產(chǎn)廠家和用戶的共同努力,近年來電子皮帶秤的精度和使用情況有了一定的改善,但仍然存在運(yùn)行維護(hù)量較大,精度校核工作繁重、程序多等問題,遠(yuǎn)未能達(dá)到如靜態(tài)電子衡器所能達(dá)到的使用精度和使用效果。分析電子皮帶秤的運(yùn)行情況,歸納產(chǎn)生誤差的原因,研究其中的規(guī)律,尋找解決問題的途徑和方法,開發(fā)新型高精度電子皮帶秤是解決運(yùn)行維護(hù)量大、精度等級低的有效手段。

1　 影響電子皮帶秤稱重精度的因素

由于電子皮帶秤是在皮帶輸送機(jī)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)過程中對原煤重量進(jìn)行計(jì)量,所以其受力情況較靜態(tài)電子秤要復(fù)雜得多。按空間三維情況考慮,電子皮帶秤傳感器受力可以歸納為重力、與皮帶前進(jìn)方向相同的拉力和與傳感器對稱中心面垂直的側(cè)向推力三種綜合力及其他一些因素的影響。

(1)重力受力

電子皮帶秤的傳感器所受到的重力由秤架重力、皮帶重力和皮帶上原煤重力所組成。原煤重力等于傳感器所受重力減去秤架重力和皮帶重力的差。由于各種因素的影響,可將該三種力看為隨時(shí)間變化的、非零均值的隨機(jī)過程。皮帶輸送機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中煤量會隨時(shí)間發(fā)生變化,在一確定的時(shí)刻煤量是一確定的數(shù)值,但由于種種原因傳感器實(shí)際受力是該時(shí)刻的煤量重力、秤架重力、皮帶重力三者之和加上一零均值的隨機(jī)干擾量。秤架重量和皮帶重量可以在靜態(tài)情況下準(zhǔn)確測量到,所以在實(shí)際運(yùn)行中電子皮帶秤去皮后的測量量是附加一零均值隨機(jī)誤差的原煤重量。從該測量信號中獲取真實(shí)的原煤重量信號是電子皮帶秤顯示控制單元信號處理的主要工作。若由于皮帶輸送機(jī)本身及安裝環(huán)境使附加隨機(jī)誤差為非零均值時(shí),則應(yīng)對皮帶輸送機(jī)進(jìn)行調(diào)整或在皮重校核時(shí)處理。

(2)與傳感器對稱中心面垂直的側(cè)向推力電子皮帶秤在運(yùn)行過程中由于負(fù)載的非均勻性、皮帶打滑等各種因素,會使皮帶產(chǎn)生跑偏現(xiàn)象。該現(xiàn)象將對稱重傳感器產(chǎn)生一與傳感器對稱中心面垂直的側(cè)向推力,該附加側(cè)推力對傳感器的稱重精度產(chǎn)生重要影響。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明當(dāng)皮帶跑偏造成100kg側(cè)向推力時(shí),稱重傳感器將產(chǎn)生1kg的稱重附加誤差,即可產(chǎn)生1%的誤差。電子皮帶秤在運(yùn)行過程中跑偏現(xiàn)象是經(jīng)常發(fā)生的,只是程度不同。

皮帶空載下絕對誤差允許范圍:50kg/計(jì)量單位長度×5‰=(±)250g/計(jì)量單位長度

顯然皮帶在空載下絕對誤差允許范圍要求十分苛刻,比皮帶負(fù)載情況下的要求嚴(yán)格得多,若能在這種最為不利的情況下達(dá)到所要求的稱重精度,則在負(fù)載情況下肯定可以滿足所要求的稱重精度。這和儀表在滿量程時(shí)能達(dá)到要求的精度,但在小量程時(shí)精度則不能滿足要求,需要安裝同樣精度但量程較小的儀表的道理一樣。消除和減小與傳感器對稱中心面垂直的側(cè)向推力造成的稱重誤差是提高電子皮帶秤精度的重要途徑之一。

(3)與皮帶前進(jìn)方向相同的拉力受力

皮帶輸送機(jī)運(yùn)行過程中,皮帶所受到的牽引拉力會通過皮帶托輥、秤架機(jī)構(gòu)傳送給稱重傳感器。傳感器在該力作用下產(chǎn)生變形,輸出一附加稱重信號,該信號的大小與皮帶運(yùn)行速度、秤架結(jié)構(gòu)、稱重傳感器的結(jié)構(gòu)及各部分之間的摩擦系數(shù)等因素有關(guān)。該信號是影響電子皮帶秤稱重精度的重要因素之一,其影響稱重精度的機(jī)理與側(cè)向推力影響稱重精度的情況相同。

(4)測速傳感器

測速傳感器的作用主要是用來測量皮帶運(yùn)行速度,確定皮帶稱重單位長度和皮帶皮重,即皮帶空載運(yùn)行時(shí)的稱重。測速傳感器所發(fā)脈沖頻率越高其代表的皮帶稱重單位長度越短,稱重采樣速度也越快。若將皮帶平均皮重的儀表讀數(shù)看為皮帶真實(shí)平均皮重與零均值隨機(jī)誤差之和,則在確定皮帶平均皮重過程中,采樣速度越高皮帶平均皮重的儀讀數(shù)就越接近皮帶真實(shí)平均皮重。

(5)稱重顯示控制器

稱重顯示控制器的作用是對稱重傳感器的信號和測速脈沖信號進(jìn)行處理,顯示皮帶輸送機(jī)的瞬時(shí)輸煤量,同時(shí)累計(jì)輸送原煤總量。稱重顯示控制器的數(shù)據(jù)處理精度和速度是十分重要的功能指標(biāo)。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)對二級精度電子皮帶秤的要求和前面的分析可知,其空載時(shí)的誤差為(±)250g/單位長度,所以控制顯示器的分辨率應(yīng)達(dá)到10g或更高。這對顯示控制器提出了兩方面的要求,一是要求加大A/D位數(shù)、采樣速度和數(shù)據(jù)處理速度;另一方面是由于精度的提高,常規(guī)情況下如溫漂、電源紋波干擾、接觸電阻等可忽略因素都上升為不可忽略的主要矛盾。這對傳感器輸出信號和放大器放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提出了很高要求。

2　 新型高精度電子皮帶秤用的技術(shù)手段

(1)全懸浮秤架及特殊安裝結(jié)構(gòu)

電子皮帶秤采用4個(gè)稱重傳感器,其秤架采用全懸浮方式設(shè)計(jì),秤架由滾珠托起。皮帶運(yùn)行過程中出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象時(shí),秤架平面可以作滾動(dòng)滑移,達(dá)到消除皮帶側(cè)向推力的作用,提高稱量精度。由于采用全懸浮專利方式設(shè)計(jì),當(dāng)秤架受到非重力擾動(dòng)時(shí),可由滑動(dòng)及全懸浮部分產(chǎn)生相應(yīng)作用消除,極大地減少了對稱重力的振動(dòng)及附加影響。電子皮帶秤在實(shí)際應(yīng)用中大多安裝在有一定傾角的皮帶輸送機(jī)上。對二級精度的電子皮帶秤國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定傾角應(yīng)小于6°[1]際安裝條件很難滿足國標(biāo)要求。通過對現(xiàn)場電子皮帶秤秤架安裝情況的分析,采用特殊的秤架結(jié)構(gòu)和安裝方法,可以消除大傾角對稱重精度的影響。在某電廠傾角為20°的皮帶輸送機(jī)上的試驗(yàn)和長期運(yùn)行情況看,完全克服了皮帶傾角的影響,效果十分顯著。

(2)無側(cè)推力附加誤差傳感器

側(cè)向推力的存在使空載皮帶的稱重精度超過國家規(guī)定的5‰的精度標(biāo)準(zhǔn)。若用此皮帶秤計(jì)量,則最低誤差將超出稱重精度要求。為減小皮帶偏載的影響,采用傳感器并聯(lián)技術(shù),可以使偏載時(shí)的稱重誤差大為減小[3]過試驗(yàn)驗(yàn)證,采用4個(gè)壓式稱重傳感器并聯(lián)時(shí)效果較好。為保證傳感器的質(zhì)量性能一致,需要將4個(gè)無側(cè)推力附加誤差傳感器進(jìn)行專門的一致性校驗(yàn)及側(cè)向推力消除校驗(yàn)?，F(xiàn)場長期實(shí)際運(yùn)行情況證明采用此項(xiàng)技術(shù)后,稱重精度及穩(wěn)定性大為提高,滿足了高精度稱重皮帶秤長期運(yùn)行工作的要求。

(3)光電測速傳感器

常用的測速傳感器有機(jī)械式和光電式兩種,機(jī)械式結(jié)構(gòu)脈沖頻率低,一般為20萬次/h,使用過程中容易引起磨損,故障率較高;光電式結(jié)構(gòu)脈沖頻率高,一般可達(dá)300萬次/h以上,安裝方便,故障率低。采用測速滾筒與測速光電脈沖機(jī)柔性連接方式,無機(jī)械磨損,可靠性高,使用壽命長,無維修工作。

(4)改善稱重顯示控制器性能

1)提高稱重顯示控制器的分辨率電子皮帶秤的空載誤差對電子皮帶秤稱重顯示控制器的分辨率提出了很高的要求。為保證儀表的高分辨率,同時(shí)也考慮儀表前端放大器的信號處理的難度,綜合以上兩方面因素,將分辨率定為10g[4]。

2)溫漂抑制處理

由于高精度電子皮帶秤是全天侯運(yùn)行,溫度變化范圍大,當(dāng)溫度變化使放大器產(chǎn)生的溫度漂移變化超過允許范圍影響稱重精度時(shí),傳感器的溫漂處理就變得尤為重要。在硬件電路布局上總體考慮溫漂處理問題是目前技術(shù)上可行且有效的方法。具體實(shí)施方法應(yīng)是在傳感器和放大器電路之間進(jìn)行綜合平衡。在每天溫度變化±20℃的范圍內(nèi),可以保證顯示誤差在±10g以內(nèi)。

3)采樣頻率及顯示功能

現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果顯示,提高采樣頻率,可以有效消除零均值隨機(jī)誤差,采用高速16位A/D技術(shù)、高穩(wěn)定潔凈電源、高速CPU,使數(shù)據(jù)處理速度由原來的60萬采樣數(shù)據(jù)/h提高到300萬采樣數(shù)據(jù)/h,有效地提高了數(shù)據(jù)精度,保證了控制顯示器的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

4)采用串行數(shù)據(jù)傳送方式

采用RS232/RS485通信接口方式可使通信距離達(dá)1200m,同時(shí)精確的數(shù)字傳輸方式不會產(chǎn)生二次誤差?？朔伺c上位機(jī)數(shù)據(jù)傳送過程中使用模擬量或脈沖量精度難以保證的缺點(diǎn)。

(5)自校驗(yàn)功能

電子皮帶秤稱量系統(tǒng)的校驗(yàn)工作給用戶帶來極大的不便,其安裝地點(diǎn)一般離下煤點(diǎn)較遠(yuǎn),且運(yùn)行規(guī)程規(guī)定皮帶輸送機(jī)的啟動(dòng)順序是與原煤輸送方向相反的,所以每次皮帶輸送機(jī)在啟動(dòng)過程中有足夠的空轉(zhuǎn)時(shí)間保證。利用皮帶輸送機(jī)的空轉(zhuǎn)時(shí)間進(jìn)行皮帶空載稱重校驗(yàn)是目前多數(shù)生產(chǎn)廠家進(jìn)行電子皮帶秤自校驗(yàn)的方法[5]。

 

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