基于电磁力平衡的去皮重皮带秤的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于电磁力平衡的去皮重皮带秤，它包括设于输送皮带下方的计量托辊，前、后支撑托辊，所述计量托辊的两轴端分别连接电磁称重单元，电磁称重单元包括底座、负载重量传递机构和闭环控制器，所述底座包括设于支承面上的底边及与所述底边垂直连接的折边，所述底边上设有永磁体，所述折边上设有光发射器；所述负载重量传递机构包括负载装置以及设于所述负载装置下方的线圈，所述线圈位于所述永磁体的周围，所述负载装置设有光接收器；所述闭环控制器分别与所述光发射器和所述线圈连接。基本消除了皮重系统误差对称重精度的影响，在生物质等低流量小密度物料的皮带输送连续计量上有特别突出的优势。
【专利说明】基于电磁力平衡的去皮重皮带秤
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种皮带秤，尤其是一种基于电磁力平衡的去皮重皮带秤，用于计量输送皮带上的物料荷载。
【背景技术】
[0002]电子皮带秤是一种计量秤，被安装在皮带输送机的中间部位，在不中断料流的情况下，对大宗固态散状物料进行连续动态称重的智能动态秤，作为一种常见的计量测量装置，已被广泛的应用到了冶金、煤炭、化工、建材、电力等行业中。
[0003]目前，传统电子皮带秤是通过设置在两支撑托辊之间的计量托辊实现称重的，图1是一种公知的电子皮带秤的结构示意图，图中，皮带1.1设置在支撑托辊1.2,1.9上，在两支撑托辊1.2、1.9之间设有一计量托辊1.3，其中，支撑托辊1.2、1.9的高度是固定的，而计量托辊1.3的高度可以根据需要进行调整。
[0004]图1所示电子皮带秤的荷重测量部包括传感器1.7，其固定端1.8被固定在基座上，另一端上通过螺钉与托板1.5的一端固定，一调整端头1.4固定在托板1.5的伸出端。每台电子皮带秤至少具有两套所述荷重测量部，该荷重测量部与计量托辊1.3的两轴端相连接，并能调整计量托辊1.3的高度，让使用中的电子皮带秤的支撑托辊1.2、1.9与计量托辊1.3保持在同一个平面上。当皮带1.1输送物料时，物料经过计量段，则计量托辊1.3就可以检测到物料的重量变化，计量托辊1.3把这个重量由轴端经调整端头1.4、托板1.5传给传感器1.7。由传感器1.7产生相应的电信号，这个电信号送到仪表或计算机，再根据皮带的速度，就可以计算出物料的流量。
[0005]上述荷重传感器1.7的重力测量原理，是依靠传感器1.7的变形，传感器1.7中的应变片在传感器发生变形时也同时改变形状。这个形状的改变造成了应变片电阻的变化，形变越大，电阻变化越大。再利用电桥的原理，就可以将电阻的变化转换为电压的微小变化。于是，电压的微小变化就反映出了重力的大小。
[0006]皮带秤在理论上的最佳状态为:要求计量托辊1.3和支撑托辊1.2、1.9形成一个平面，并使支撑托辊1.2、1.9与计量托辊1.3始终保持在同一平面上，使皮带1.1的拉力不会对计量托辊1.3造成额外的正的或负的压力，以保证电子皮带秤的计量精度。而荷重传感器1.7受力之后，又必然产生变形，这个变形是向下的，计量托辊1.3也随之下沉，这样就破坏了上述的计量托辊1.3与支撑托辊1.2、1.9形成的平面。
[0007]但是，由于图1所示的公知结构的皮带秤的计量托辊1.3的轴端是通过调整端头
1.4固定在托板1.5的悬臂端，当计量托辊1.3受到物料施加于其上的重力Fg时，悬臂设置的托板1.5将产生较大的变形量，则传感器1.7和托板1.5的共同变形量将大大影响皮带秤的计量精度。
[0008]由于托板1.5的精度、强度以及尺寸精度与传感器1.7相比也相差较大，因此，在实际使用中，由于上述多种因素导致计量托辊1.3的下沉量，在实际使用中要远远大于传感器1.7承压端的下沉量，而且不易控制和调整，这个问题破坏了上述的计量托辊1.3和支撑托辊1.2、1.9形成的平面，严重影响了计量精度。另外，由于重力Fg不同，则托板1.5悬臂端的变形量也不同，因此测量误差是一个难以确定的误差，对于不确定的变形量在仪表中是无法进行补偿的，从而导致公知的皮带秤，其真实的精确度(使用中)很难达到优于±1% (±10%。)，有的甚至误差更大，该结构已严重地阻碍了皮带秤精度的进一步提高。
[0009]特别在小密度物料低流量皮带机输送工况下，传统电子皮带秤的计量精度很低，难以满足生产要求。
[0010]小密度的称重皮带秤要解决好的关键是传感器的信号输出中物料重量信号与皮重信号的占比问题。小密度物料有较大的体积确定了必须选用带宽较大的输送机，相应的需配置自重较大的称重秤桥和选用大量程传感器，造成有用重量信号输出很小，后续信号处理电路客观的存在共模干扰、电路噪声和A/D转换器的分辨率等影响量，当输入信号较小时，影响量起一定作用或起主导作用时，将严重影响正常计量；另外在系统固有误差中，较大的皮重信号形成的绝对误差的存在，常常会“淹没”较小的重量信号使称重计量无法完成。
[0011]在有些密度特别小的低流量物料皮带机输送工况下，需要测量的有效物料荷载占称重传感器量程的10%以下，严重影响正常计量，不符合《GB/T7721-2007连续累计自动衡器(电子皮带秤)》5.4.2条，对于变速皮带秤与多速皮带秤，称重单元的最小瞬时净载荷应不小于最大称量的20%的要求。因此，对于小密度低流量物料皮带机输送工况下的计量，去皮重是提高计量精度至关重要的因素。
[0012]申请号为200810023913.X的中国专利发明了一种皮带秤称重同步去皮法称重计量技术和设备，该专利通过在皮带秤机架的输送带回程段距正进程段称重传感器预定距离位置设置皮重传感装置，可以在皮带秤称重运行后，记录承载输送带通过正进程段称重传感器的毛重数据以及空载输送带经过回程段皮重传感装置的皮重数据，再根据输送带运行速度以及所述预定运行距离求得输送带由称重传感器运行至皮重传感装置的滞后时间，最后以实时记录的毛重数据减去滞后时间记录的皮重数据，得到去皮后的净重数据。该方法中，称重传感器测量的荷载包含了皮重荷载，对于小密度物料低流量工况下，不能解决皮重大引起的系统误差造成计量精度低的问题。
[0013]专利号为ZL200810023868.8的中国专利发明了一种皮带秤称重分段去皮法计量技术和设备，该专利通过在皮带秤的输送带上预定位置安置第一感应标志物，在皮带秤的机架上设置监测装置和脉冲测速传感器，记录输送带上所述第一感应标志物两次被探测的时间间隔以及该时间间隔中脉冲测速传感器发出的总脉冲数；将整圈输送带按预定数量平均分段，并将总脉冲数分成与分段对应的编号脉冲组；分别记录各分段的皮重和毛重；顺序将各编号脉冲组的分段毛重分别减去对应的皮重，将各段输送带输送物料的净重累加，得到输送物料的总重。该方法中，称重传感器测量的荷载也包含了皮重荷载，对于小密度物料低流量工况下，不能解决皮重大引起的系统误差造成计量精度低的问题。
[0014]从以上可见，现有皮带秤的传感器测量的荷载均包括了皮重荷载，去皮重方法采用的是计算方法剔除皮重，不能消除较大的皮重信号形成的绝对误差的存在，不适合大皮重、小净重工况下皮带输送在线称重测量。
【发明内容】
[0015]本实用新型目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种基于电磁力平衡的去皮重皮带秤，该皮带秤能够有效平衡物料的皮重，准确测量荷载的净重。
[0016]实现本实用新型目的采用的技术方案是:一种基于电磁力平衡的去皮重皮带秤包括计量托辊、分别设于所述计量托辊前后的前支撑托辊和后支撑托辊，所述计量托辊、前支撑托辊和后支撑托辊所述设于输送皮带下方，所述输送皮带设有速度计量单元，所述计量托辊的两轴端分别连接电磁称重单元，所述电磁称重单元包括底座、负载重量传递机构和闭环控制器，所述底座包括设于支承面上的底边及与所述底边垂直连接的折边，所述底边上设有永磁体，所述折边上设有光接收器；所述负载重量传递机构包括负载装置以及设于所述负载装置下方的线圈，所述线圈位于所述永磁体的周围，所述负载装置设有光发射器；所述闭环控制器分别与所述光接收器和所述线圈连接。
[0017]上述技术方案中，所述底边与支承面之间设有调节螺杆。
[0018]上述技术方案中，所述负载装置为一块承载板，所述承载板的下方设有金属轴芯，所述线圈套于所述金属轴芯上；或者所述负载装置包括上承载板及与所述上承载板固定连接的下承载板，所述下承载板的下方设有金属轴芯，所述线圈套于所述金属轴芯上。
[0019]上述技术方案中，还包括用于限制所述线圈在水平方向运动的限位槽，所述永磁体和线圈均位于所述限位槽内。
[0020]上述技术方案中，所述光发射器为发光二极管，所述光接收器为差分光电二极管。
[0021]使用本实用新型时，先将光发射器和光接收器进行调零，当输送皮带空载时，调节线圈中的电流，使光发射器和光接收器处于同一平面，此时，在纯皮重的情况下，电磁称重单元不会受力。
[0022]当输送皮带上加载物料时，物料重量引起的皮带下沉被线圈与永磁体之间的电磁力平衡后恢复到空载状态，并使前、后支撑托辊与计量托辊始终保持在同一平面上，使皮带的拉力不会对计量托辊造成额外的正的或负的压力，避免了因皮带下沉导致皮带张力变化对称重测量的精度影响，保证电子皮带秤的计量精度。
[0023]本实用新型的电磁称重单元消除了现有技术中由于托板悬臂端的变形大大超过传感器本身的变形而产生不确定变形量的问题，能够实现在皮带上物料重力的作用下，确保计量托辊的轴端、传感器承压端处不会变形，因此，本实用新型较现有的电子皮带秤大大提高了计量精度。本实用新型能够消除皮重系统误差对称重精度的影响，在生物质等低流量小密度物料的皮带输送连续计量上有特别突出的优势。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为现有电子皮带秤的结构示意图。
[0025]图2为本实用新型基于电磁力平衡的去皮重皮带秤的结构示意图。
[0026]图3为图2中电磁称重单元的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
[0028]如图2所示，本实用新型基于电磁力平衡的去皮重皮带秤包括:前支撑托辊2.1、计量托辊2.2、后电磁称重单元2.3和后支撑托辊2.4，前支撑托辊2.1和后支撑托辊2.4固定地设于皮带机架上，两者的高度不可调，计量托辊2.2设置在前支撑托辊2.1和后支撑托辊2.4之间，且计量托辊2.2的高度可调，计量托辊2.2的两轴端分别连接有电磁称重单元2.3。输送皮带2.6设置在前支撑托辊2.1、后支撑托辊2.4和计量托辊2.2上。输送皮带2.6上还设有速度计量单元2.5。
[0029]电磁称重单元2.3的结构如图3所示，包括底座3.1，底座3.1呈“L”型结构，包括设于支承面上的底边3.1.1及与所述底边垂直连接的折边3.1.2，折边上设有光接收器3.9，底边3.1.1上设有永磁体3.3。
[0030]永磁体3.3的上方设置有负载重量传递机构，负载重量传递机构包括负载装置以及设于所述负载装置下方的金属轴芯，金属轴芯上绕有线圈，根据电磁感应原理，当线圈通电后，金属轴心会产生一个磁场，通过控制线圈中电流的方向，能够使得该磁场的方向与永磁体3.3的磁场方向相同,从而在磁场作用下,负载重量传递机构处于“悬空”状态。负载装置上设有光发射器3.8。所述光发射器3.8和所述线圈分别与闭环控制器3.11连接。本实施例所用光发射器3.8为发光二极管，所用光接收器3.9为差分光电二极管，两者的频谱相互匹配。
[0031]作为本实用新型的一种实施方式，负载装置可以为一块承载板，该承载板的下方设有金属轴芯，所述线圈绕于所述金属轴芯上。
[0032]作为本实用新型的一种实施方式，如图3所示，负载装置包括上承载板3.7及与上承载板3.7固定连接的下承载板3.6，光接收器3.8设于上承载板3.7上，下承载板3.6的下方设有金属轴芯3.4，金属轴芯3.4上饶有线圈(图中未示出)。
[0033]本实用新型的工作过程如下:
[0034]首先，对光发射器3.8和光接收器3.9进行调零。当输送皮带2.6空载时，此时仅有皮重加载在电磁称重单元2.3上，通过调节线圈中电流的大小，使得线圈与永磁体3.3之间的作用力将负载装置悬浮至一个零位，该零位位置上，此时，线圈从其零位偏离相一致的传感器信号3.10为零，在零位状态下，补偿电流为零。
[0035]当输送皮带2.6加载负荷时，上承载板3.7受到皮带上增加的负荷的压力，会产生向下的偏移，从而带动光发射器3.8向下移动,此时由光发射器3.8流至光接收器3.9的光变化被测量出来，并转化为线圈从其零位偏离相一致传感器信号3.10，位置传感器的信号
3.10被传至闭环控制器3.11，闭环控制器3.11向线圈3.4发出补偿电流3.12，从而增加线圈3.4与永磁体3.3之间的作用力，即增加了一个电磁补偿力，将负载重量传递机构向上顶起，直至光发射器3.8和光接收器3.9处于同一平面，即恢复到上述的调零位置。在该调零位置下，电磁补偿力与负载重力平衡，根据电磁学的相关定律，该电磁补偿力与补偿电流成比例。因此，根据补偿电流可以得到电磁补偿力的大小，从而得到负载的重量。本实用新型通过测量补偿电流的大小来测量皮带秤上的有效荷载，皮重大小对补偿电流没有影响，消除了皮重太大对低荷重物料测量的精度影响。
[0036]本实用新型通过光接收器3.9接收光发射器3.8发射的光信号变化来判断皮带是否受到物料重力造成的向下压力，如果负载重量传递机构向下产生偏移，光接收器3.9接收到的光信号发生变化并传递至闭环控制器3.11，闭环控制器3.11接收到检测信号后向线圈发出补偿电流3.12，在补偿电流3.12的作用下，前支撑托辊2.1、后支撑托辊2.4和计量托辊2.2恢复至同一平面。使皮带的拉力不会对计量托辊2.2造成额外的正的或负的压力，也避免了皮带下沉导致皮带张力变化对称重测量的精度影响，保证了电子皮带秤的计
量精度。
[0037]为了方便调节底座的3.1的高度，本实用新型还在底座3.1的底边3.1.1与支承面之间设置有调节螺杆3.2，通过控制调节螺杆3.2，实现对底座3.1高度的控制，有利于实现对光发射器3.8和光接收器3.9的调零。
[0038]为了防止线圈在磁场作用下会产生水平方向的位移，电磁称重单元2.3还设有用于限制线圈在水平方向运动的限位槽3.5，永磁体3.3设于该限位槽3.5中，线圈也“悬空”于限位槽3.5内。
【权利要求】
1.一种基于电磁力平衡的去皮重皮带秤，其特征在于:包括计量托辊、分别设于所述计量托辊前后的前支撑托辊和后支撑托辊，所述计量托辊、前支撑托辊和后支撑托辊所述设于输送皮带下方，所述输送皮带设有速度计量单元，其特征在于:所述计量托辊的两轴端分别连接电磁称重单元，所述电磁称重单元包括底座、负载重量传递机构和闭环控制器，所述底座包括设于支承面上的底边及与所述底边垂直连接的折边，所述底边上设有永磁体，所述折边上设有光接收器；所述负载重量传递机构包括负载装置以及设于所述负载装置下方的线圈，所述线圈位于所述永磁体的周围，所述负载装置设有光发射器；所述闭环控制器分别与所述光接收器和所述线圈连接。
2.根据权利要求1所述基于电磁力平衡的去皮重皮带秤，其特征在于:所述底边与支承面之间设有调节螺杆。
3.根据权利要求1或2所述基于电磁力平衡的去皮重皮带秤，其特征在于:所述负载装置为一块承载板，所述承载板的下方设有金属轴芯，所述线圈套于所述金属轴芯上；或者所述负载装置包括上承载板及与所述上承载板固定连接的下承载板，所述下承载板的下方设有金属轴芯，所述线圈套于所述金属轴芯上。
4.根据权利要求3所述基于电磁力平衡的去皮重皮带秤，其特征在于:还包括用于限制所述线圈在水平方向运动的限位槽，所述永磁体和线圈均位于所述限位槽内。
5.根据权利要求4所述基于电磁力平衡的去皮重皮带秤，其特征在于:所述光发射器为发光二极管，所述光接收器为差分光电二极管。
【文档编号】G01G11/04GK203798428SQ201420097742
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年3月5日 优先权日:2014年3月5日
【发明者】张岩丰, 张世荣, 郭炜, 李亮, 胡军 申请人:武汉凯迪工程技术研究总院有限公司