电子皮带秤的数学建模及用神经网络进行误差校正的方法

　　皮带秤是安装在皮带输送机上,对皮带传送的散状固体物料进行连续称量的器具,在电力、化工、煤炭、粮食等行业都有较广泛的应用.目前测量散状固 体物料常用的仪器有电子皮带秤、核子皮带秤、冲板式流量计等.电子皮带秤因其测量准确度高、安装简易、价格便宜等优点,占据了这部分市场份额的一半以上. 但在现场运行中,电子皮带秤还存在许多问题,主要是动态准确度低,需要经常校验.根据《中华人民共和国国家标准》GB/T7721-1995电子皮带秤部 分规定,0.25级电子皮带秤使用中动态误差累积小于±0.25%.但在实际运行中,动态误差的绝对值随着时间的延长而增加,超过允许误差,就要对其进行 一次校验,如图1所示.一般校验周期在一个月左右.如何提高电子皮带秤的动态准确度,是现场迫切需要解决的问题.

　　1　问题分析

　　电子皮带秤的系统测量误差可分为静态误差和动态误差.动态误差一般是指输送皮带运行时的测量误差,约占总误差的70%以上.如何克服动态系统误差,是提高电子皮带秤准确度的关键.电子皮带秤测量原理图如图2,其基本公式为:

　　式中:H为称重传感器输出,v为测速传感器输出,q为物料的瞬时质量流量,Q为物料的累积质量流量.系统动态误差主要来自于H的测量.

　　下面以秤架为双杠杆四托辊结构的电子皮带秤为例进行分析,秤架结构及受力如图3所示[1].设物料在皮带上均匀分布,对于左右两杠杆,分别有如下公式:

　　整理后得G =12G05.由于每组托辊受力为单位长度皮带承重力p和托辊间距b的乘积,故有

　　如图4所示,物料通过秤架时,秤架中心产生位移D,则皮带张力T产生向上的分力R为:

　　上述分析从理论上说明了电子皮带秤测量误差的来源.实际中,影响测量准确度的,也主要是秤架中心位移D和皮带张力T.其他如皮带跑偏、抖动、环境温度变化(除去对传感器及二次仪表的影响)最终都可以归结到皮带张力的影响上来.

　　2　建立模型

　　通过对各种影响测量准确度的因素进行分析,可以建立电子皮带秤测量物料质量流量的数学模型.工业现场中的设备,一般都有一个固定的检定周期,在这个周期内,一般不用考虑如金属蠕变等长期因素的影响.

　　称重传感器受力为:

　　式中:F0为秤架、皮带自重,H为称量段物料的重量,E为附加在称重传感器上的力.在皮带秤的安装符合国家标准规定的情况下,可认为E近似等于 R[2].秤架中心位移D可以分为安装时固有位移D1和运行时附加位移D2.附加位移D2首先与皮带的负荷H有关,在小位移范围内,两者呈线性关系,同环 境温度变化Δt也呈线性关系.同样,皮带张力也可以分为安装时固有张力T1和运行时附加张力T2.运行时附加张力T2与皮带负荷H呈线性关系,小范围内同 皮带跑偏δ呈线性关系(δ在双称重传感器的秤架上可以用两传感器输出的比值来确定),同环境温度变化Δt也呈近似线性关系.