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0引　言
定量皮帶秤屬于連續(xù)累計自動衡器的一個種類，兼具動態(tài)衡器、連續(xù)累計衡器、自動衡器的基本特征[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，稱量時被稱載荷與衡器承載器存在著相對運動，且通過承載器的物料流瞬間質(zhì)量會發(fā)生波動，并不恒定；2）在稱量過程中，物料流的運動無需被中斷或者質(zhì)量細(xì)分，就能對所通過的散狀物料總質(zhì)量連續(xù)累計；3）在稱量過程中無需操作者干預(yù)，就能按預(yù)定的處理程序自動稱量[2]。
連續(xù)累計自動衡器有多種類型，已列入我國輕工衡器行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的連續(xù)累計自動衡器有13種[3]。按照把散狀物料送到承載器并運離的相連輸送機品種，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，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，它除了具有自動稱量功能之外，還具有自動定量功能，即能夠以預(yù)設(shè)定的單位時間或單位長度內(nèi)的質(zhì)量為目標(biāo)值，對通過其承載器的散狀裝物料實現(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)累計自動衡器（皮帶秤）》[4-5]，以及以往的各個版本也都均沒有對定量皮帶秤進行詳細(xì)描述和規(guī)定有針對性的技術(shù)要求，因而定量皮帶秤所特有的自動定量性能長期以來一直缺乏統(tǒng)一、有效的評價方法。從2013年起，江蘇省計量科學(xué)研究院作為工信部與中國衡器協(xié)會組織編制的《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定量誤差測定方法的研究，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的時間，但長期以來沒有統(tǒng)一的產(chǎn)品名稱，也從來沒有過確切的定義。同時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。國外通常把這類產(chǎn)品稱作皮帶給料機（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)功能特點表達出來。國內(nèi)以往則通常稱之為配料皮帶秤，這個名稱是以用途來命名的，也不是很恰當(dāng)，因為它完全也可以用于非配料用途，何況要實現(xiàn)配料使用至少同時配置兩臺以上，用配料來稱呼其中的任何一臺也不貼切?，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)對所通過的散狀物料實現(xiàn)輸送量動態(tài)調(diào)整的整機型皮帶秤。”此定義已被QB/T5046-2017所采納。
1.2自動定量誤差的內(nèi)在含義
定量皮帶秤的最基本特征是自動定量功能及其準(zhǔn)確度，評價定量皮帶秤的基本性能時，不僅要考慮自動稱量誤差，還要兼顧其自動定量誤差。QB/T5046-2017中設(shè)立0.5級、1級、2級3個準(zhǔn)確度等級，每一準(zhǔn)確度等級不僅規(guī)定了自動稱量誤差，還規(guī)定了相應(yīng)的自動定量誤差。
定量皮帶秤的自動稱量誤差的含義同一般皮帶秤一樣，已有明確、統(tǒng)一的計算公式，即：
EW=(I-W)/W*100%(1)
式中：EW——定量皮帶秤的自動稱量誤差；I——定量皮帶秤累計指示控制儀對于工作期間所通過物料的質(zhì)量示值；W——控制衡器對于通過皮帶秤的物料的質(zhì)量示值（約定真值）。
自動定量誤差的評定和計算并不統(tǒng)一，經(jīng)研究將其定義為“設(shè)定流量值相對于實際通過載荷在測量時間段內(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——定量皮帶秤的實際流量的平均值。
由于P=QM*ts;C=Qs*ts，故也可用式（3）來計算自動定量誤差：
EQ=(C-P)/P*100%(3)
式中：ts——試驗期持續(xù)的時間；P——控制衡器顯示的累計載荷量；C——按定量皮帶秤給料量預(yù)置值計算的試驗期間累計載荷量。
明確了自動定量誤差是實際的輸送流量對于預(yù)期目標(biāo)輸送流量值的偏離程度，而且上述QM或P的量值可以通過質(zhì)量工作計量儀器（控制衡器）溯源到質(zhì)量計量標(biāo)準(zhǔn)量具（砝碼）。
OIMLR61-2004Automaticgravimetricfillinginstruments和GB/T27738-2011《重力式自動裝料衡器》[6]中，是用預(yù)設(shè)值誤差（presetvalueerror）來表述的：
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)像重力式自動裝料衡器中的FP那樣置于“減數(shù)”，而不是“被減數(shù)”。其實這兩個表達式的涵義并不相同，兩者不能簡單地拿來類比。無論是哪種誤差的表達式，都是用計算該種誤差時的對照值作為其“減數(shù)”的，而“被減數(shù)”則為直接被考察的對象。在重力式自動裝料衡器的預(yù)設(shè)值誤差表達式中的F是重力式自動裝料衡器每一單次的實際裝料質(zhì)量的測量值，包含了EUT（被測定量皮帶秤）的全部誤差，每一次的F都會有差別，因此它跟固定不變的預(yù)設(shè)值相比時，后者作為比較的參照值更為相宜。另外，重力式自動裝料衡器的預(yù)設(shè)值誤差實際上表征的是EUT的系統(tǒng)偏差，這可從以下推導(dǎo)中加以證明[7]：設(shè)重力式自動裝料衡器的第i次測量值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次測量值；FP——裝料預(yù)設(shè)值；Δ——被測對象EUT的固有偏差；i——被測對象EUT在每次測量時隨機出現(xiàn)
的系統(tǒng)偏差。
因為重力式自動裝料衡器在同一設(shè)定流量下的物料試驗至少10次以上，多的可達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只進行3次，由于定量皮帶秤試驗時并不多次讀取測量值，在測量次數(shù)不是足夠多時，就無法消除測量值中的隨機（偶然）誤差，預(yù)設(shè)值誤差就不等同于系統(tǒng)誤差。
然而，定量皮帶秤對所通過物料的累計量值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，這與前面所述的定值控制系統(tǒng)的誤差公式也是吻合的。
整臺定量皮帶秤實際輸送的物料量應(yīng)由控制衡器測得的標(biāo)準(zhǔn)值體現(xiàn)，但是還存在把被測定量皮帶秤儀表上的累計示值跟預(yù)置值之間的偏離程度當(dāng)作自動定量誤差或控制誤差的做法，由于所采用的累計示值與預(yù)置值都來自同一臺儀表，這樣測出的數(shù)據(jù)只反映了儀表的部分特性，未包含對整臺定量皮帶秤技術(shù)性能全部影響分量，這樣的做法直接導(dǎo)致累計示值不能通過控制衡器實現(xiàn)量值追溯，無法對實際所輸送物料量值的準(zhǔn)確性進行識別。
2測定試驗方法的統(tǒng)一
2.1自動定量誤差物料試驗測定方法的確立
QB/T5046-2017發(fā)布實施前，測定定量皮帶秤自動定量誤差基本采用模擬載荷的試驗方法，就像與定量皮帶秤相類似的耐壓式計量給煤機的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T28017-2011[8]采用的也是模擬載荷試驗方法。但是由于模擬載荷試驗不能量值溯源，而且對皮帶效應(yīng)的仿真度差，其試驗結(jié)果與真實情況的差別較大，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)測試的結(jié)果大相徑庭，所以模擬載荷試驗是沒有適當(dāng)?shù)奈锪显囼灧椒〞r的無奈之舉，是不得已而為之的替代辦法。
用物料試驗方法測定定量皮帶秤的自動定量誤差與測定自動稱量誤差有很大的不同。定量皮帶秤在啟動后物料尚未進入或剛剛進入稱量段的初始階段，以及停供物料之時但輸送帶上尚有斷續(xù)余料還未停止運行，定量皮帶秤會處于非正常工作的缺料狀態(tài)，顯然這一階段的誤差會大于正常值，而用于測試的時間又不可能很長，這一階段的誤差影響就可能會比實際使用時占的比重大得多；因此，讀取試驗數(shù)據(jù)不能完全與皮帶秤的啟動和停止同步，需要舍棄其中的非正常工作階段。在進行試驗獲取數(shù)據(jù)的過程中，需要確保進入控制衡器的物料是在上述正常工作階段通過稱量段的，同時還要測得這些物料通過稱量段所花的時間；從而才能獲得試驗階段的平均流量。以往之所以多采用如鏈碼之類的模擬載荷試驗，是因為試驗時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)可與其啟動和停止同步，用物料試驗方法測定定量皮帶秤的自動定量誤差就沒有那么容易實現(xiàn)了。為解決這個問題，提出兩種測定定量皮帶秤自動定量誤差的物料試驗方法：分離檢測法和集成檢測法。

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