卷烟加工过程在线计量器具技术规范 皮带秤和温度类计量器具 技术报告

计划文号:国烟科[2021]169

合同号：2021B024

卷烟加工过程在线计量器具计量技术规范

皮带秤和温度类计量器具

技术报告

2024年11月

目录

第一部分：皮带秤

1.概述.......................................................................................................................................1

2.皮带秤调研情况...................................................................................................................3

2.1皮带秤工作原理..................................................................................................................3

2.2行业皮带秤使用的基本情况.............................................................................................4

2.3行业皮带秤相关研究的基本情况.....................................................................................7

2.4皮带秤相关标准及文献资料调研基本情况.....................................................................8

3.皮带秤关键计量指标的确定.............................................................................................10

3.1相关标准情况调研分析...................................................................................................11

3.2皮带秤误差分析...............................................................................................................16

3.3皮带秤计量性能评价中其他应关注的问题...................................................................19

3.4皮带秤关键计量指标.......................................................................................................20

4.皮带秤关键计量指标的测试试验.....................................................................................21

4.1试验对象及试验条件.......................................................................................................21

4.2试验内容及方法...............................................................................................................23

4.3试验结果及分析...............................................................................................................30

5.总结.....................................................................................................................................56

参考文献（第一部分）...........................................................................................................60

I

卷烟加工过程在线计量器具技术规范皮带秤和温度类计量器具技术报告

第二部分：温度类计量器具

1.概述.....................................................................................................................................61

2.1在线温度类计量器具调研情况.......................................................................................63

2.1压力—温度转换类计量器具............................................................................................63

2.2辐射温度计（红外测温仪）............................................................................................67

2.3铂电阻及热电偶...............................................................................................................83

3.在线温度类计量器具关键计量指标及准确性评价方法的确定.....................................97

3.1基本思路............................................................................................................................97

3.2文献资料调研与分析........................................................................................................98

3.3选用与配置方面.............................................................................................................101

3.4准确性评价方面.............................................................................................................103

3.5期间核查方面.................................................................................................................109

4.在线温度类计量器具期间核查方法的试验验证...........................................................116

4.1电阻温度计、热电偶以及温度变送器类.....................................................................116

4.2辐射温度计（红外测温仪）.........................................................................................124

5.总结...................................................................................................................................136

参考文献（第二部分）........................................................................................................138

II

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第一部分：皮带秤

1概述

皮带秤是行业制丝生产关注的重点设备，对物料计量、烟丝各

组分配比的控制、加香加料精度的控制有着至关重要的影响，行业

对皮带秤连续称量的准确性、物料输送控制精度、物料掺配的准确

性也十分关注。与其它行业使用的皮带秤相比，叶片、叶丝、梗丝、

膨胀丝、薄片作为称量对象具有低密度、低流量、低速度的特点，

其检定、校准也和通用皮带秤有所差异。

目前国家计量检定部门均参照JJG195《连续累计自动衡器（皮

带秤）》的规定进行检定、校准，标准规定的标定物为实际物料。按

照JJG195规定的校准方法在烟草行业实际应用中存在使用烟丝量

较大、占地面积较大、物料丢失等问题，造成了JJG195检定项目中

的“常用给料流量下的物料试验”、“模拟载荷试验”实施困难[1]；传

动机构、称量机构、皮带张紧机构、皮带纠偏机构都对称量精度产

生影响。JJG195检定项目中的“输送机的安装检查”、“皮带秤的安

装检查”等规定不够具体、未纳入后续检定，使上述指标未能在规

程中完整体现，使计量人员在安装和后期检查中无从入手[2]。目前行

业多采用已知重量的实物（一般为砝码、沙袋、钢珠袋等）对皮带

秤的自动称量的最大允许误差（也称为动态累积误差）进行校准，

以“流量变异系数”对皮带秤控制精度进行考核[3]，对于其他计量技

术指标均未开展深入研究。行业目前还没有对皮带秤计量性能进行

判定的统一方法，皮带秤生产厂家也没有提供具有较好通用性的明

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确的技术评判依据，企业只能针对制丝线使用的皮带秤从安装、操

作、点检等方面制定相关的内部控制程序，难以达到精益生产的要

求。因此，在进行周期检定的基础上，进一步制定适用于行业制丝

线皮带秤的计量性能评价方法是十分必要的。

本项目拟通过分析制丝线皮带秤的结构原理、安装使用、控制

现状、计量校准现状，按照皮带秤的结构特点、电气控制特点及使

用特点，针对皮带秤计量功能和流量控制功能，研究影响皮带秤计

量性能的关键计量指标，制定出皮带秤计量性能评价方法并开展实

验验证工作，为行业皮带秤的计量性能评价提供技术保障。

按照项目合同要求，本项目的技术目标为：

（1）分析皮带秤结构原理、安装现状、使用现状、控制现状、

计量校准现状，按照皮带秤的结构特点、电气控制特点及使用特点，

对称重秤和流量秤（含控制秤、掺配秤）的计量特性开展研究。

（2）结合JJG195《连续累计自动衡器(皮带秤)》检定规程的要

求和行业使用特点，提出影响皮带秤计量性能的关键计量指标，其

中包括与称量性能判定有关的计量指标以及皮带秤输出流量信号真

实性、准确性判定有关的计量指标。

（3）针对上述计量指标，进一步细化、优化或规范JJG195所

提供的校准方法，制定称量型皮带秤称量性能计量指标的计量方法

及一般程序；制定流量型皮带秤信号采集方法及要求、数据处理方

法、计量指标的计量方法及一般程序；制定各项计量性能要求的计

量结果评价方法。

2

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（4）选取具有代表性的皮带秤开展适用性实验验证，并进行补

充完善后，编写《卷烟加工过程在线计量器具计量技术规范皮带

秤》标准文本。

2皮带秤调研情况

2.1皮带秤工作原理

皮带秤（beltweighter）的全称为“连续累计自动衡器”（continues

tolalizingautomaticweighinginstrument），其定义为“无需中断输送

带的运动，而对输送带上的散状物料进行连续称量的自动衡器”[4]。

皮带秤的称量原理与流量控制原理为：

当物料通过秤架时，秤重传感器受到正比于物料重量的力Pg，

经放大器信号放大,输出电压信号P，再经A/D转换成重量码Mp，

送入PC机运算；同时输送机交流电动机的旋转编码器发送出代表

皮带速度的脉冲电压信号，经计数器变为速度脉冲Mv。（对于计量

秤，速度值Mv为一个定值）Mp和Mv信号经流量运算得瞬时流

量Q=Kn×Mp×Mv，经积分运算得到累计量W=∫Qndt。称量原

理如图1所示。

3

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图1：称量原理示意图

控制秤实质上是称量功能和调速功能的结合，在上述称量原理

的基础上，可以通过调节带速V改变Mv值，就可以调节流量。当

设定给定流量Qp时，运算器将其和实时流量Qn作比较得出误差E=

Qp－Qn，经PID运算后输出一个增量控制信号到变频器改变电机转

速，达到定量给料目的。所以行业称为“控制秤”的皮带秤，其定

义和功能与“定量皮带秤”（constantfeedingbeltweigher）完全相符，

即“一种能事先设置瞬时载荷量的期望值，并以设定值为目标对所

通过的散状物料实现输送量动态调整的整机型皮带秤”[5]。关于行

业目前使用的掺配秤，尚未在标准及文献中查询到明确的定义和称

谓。

2.2行业皮带秤使用的基本情况

上世纪八十年代后，皮带秤才开始成规模地在烟草制丝线使用，

其中包括德国Hauni公司、意大利Comas公司、Garbuio公司、昆船

公司等。皮带秤的结构原理也多有不同，有采用X型簧片支点和双

托辊承载器结构皮带秤、刀口支承式皮带秤、十字簧片式皮带秤、

平行簧板式皮带秤、内十字簧片式皮带秤等[6]。行业使用的各代皮带

秤各具优点和缺点，如表1所示。

表1：行业使用的各代皮带秤优缺点

代际称量台形式优缺点对比

刀口支撑、优点:灵敏度好;

第一代

单托辊单传感器缺点:怕灰,易动,精度1%,稳定性一般.

十字簧片支撑单优点:环境适应能力强,灵敏度一般;

第二代

托辊单传感器缺点:支点有弹性反力,精度1%,稳定性一般。

转轴式支点单托优点:支点无弹性反力,环境适应能力强,灵敏度高,双传感减小偏

第三代

辊双传感器载误差;

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缺点:由于单托辊结构,精度可达0.5%,稳定性一般。

优点:无弹性反力,环境适应能力强,灵敏度高,双传感减小偏载误

转轴式支点、双

差,由于双托辊双杠杆对称结构,消除皮带造成的水平分力影响;

第四代托辊、双杠杆、

双托辊结构相应增大了计量区,精度可达0.25~0.5%,稳定性好:

双传感器

缺点:结构复杂,重量重,维修调试相对困难。

优点:无支点,传感器直接受力,影响因素最少,重量轻,维修调试非

直荷式四传感器

第五代常简易,精度可达0.25%,稳定性好;

双秤台

缺点:皮带秤的皮带效应影响没有完全消除。

目前行业使用最多的是无杠杆的直接承重式结构皮带秤，其中

国产品牌占据了大部分市场份额，主力生产厂商及型号包括中国船

舶工业总公司第七研究院七O七研究所(九江)生产的YT8P系列皮

带秤、昆明船舶集团有限公司生产的C(J、K、P)6E/ICS-（J、K、P）

（G、B）S系列皮带秤、杭州四五○九机电设备有限公司生产的

ICS-ST系列皮带秤；另有部分企业使用Hauni公司、Comas公司生

产的皮带秤，Garbuio公司的皮带秤目前保有量极少。

行业目前使用较多的无杠杆直接承重式皮带秤，其典型的结构

形式如图2所示，制丝车间皮带秤多为水平工作状态，一般只在切

片后因工艺需要采用异形秤结构形式（倾斜），其典型结构形式如图

3所示。

图2：行业使用的皮带秤典型结构

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图3：行业使用的皮带秤异形结构

无杠杆的直接承重式结构皮带秤一般采用双称重传感器或四称

重传感器，部分厂商还采取了双称重系统。目前在用的皮带秤普遍

具有结构简单、可靠性高、称量精度高等特点。同时国产皮带秤普

遍采用了皮带自动纠偏、皮带自动张紧等技术，维护保养强度较原

来明显降低；普遍采用的PLC控制器、多种形式的联网技术也为皮

带秤设备信号采集、自动控制奠定了良好的基础。

行业使用的皮带秤，皮带宽度一般在600mm--1400mm范围内，

皮带长度（周长）一般在5000mm--6500mm范围内，最大可超过20m

（切片工序后皮带秤），使用流量一般在200kg/h--20000kg/h范围内。

皮带秤作为制丝线的关键设备，对整个生产线的物料流量进行

调节和控制，直接影响整个生产线的产品质量控制。烟草行业制丝

线皮带秤根据承担功能的不同，包括：

A）计量秤：对所输送的物料进行累计重量测量，同时提供流量

输出信号，主要计量指标为称重精度，可通过校准（标定）实现计

量性能的评价；

B）流量秤（含控制秤、掺配秤），一是控制秤，主要作用是稳

定物料流量，也可认为是恒流秤，其主要指标为称重精度、控制精

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度，称重精度可通过校准（标定）初步实现计量性能的评价，但控

制精度由于皮带秤电气输出信号前期已进行处理而很难评判；二是

掺配秤，主要作用是根据主秤流量的波动进行掺配物料的流量随动，

以保持掺配比例的稳定，其主要指标为称重精度、配比精度，称量

精度可通过校准（标定）初步实现计量性能的评价，但配比精度目

前还没有完全科学、适用的评判方法。

2.3行业皮带秤相关研究的基本情况

制丝线皮带秤一直是国内烟草行业重点关注的计量器具，有多

人做过相关研究工作。项目组对行业相关文献资料进行了搜集和分

析，发现行业的研究工作主要涉及皮带秤局部技术改造、自动控制、

计量校准、安装维保等方面，以上工作均未系统研究皮带秤的计量

性能评价方法。

范爱军[7]为解决皮带秤纠偏能力低、计量精度差等问题，基于摩

擦原理设计了一种恒张力自动纠偏机构。将张紧辊与纠偏辊独立设

计，以消除两者之间的影响；通过PLC控制纠偏辊向设定方向转动，

利用纠偏辊与传输带之间摩擦力的轴向分力，推动传输带向设定的

方向偏移，进而实现传输带恒张力自动纠偏。实现了传输带双向、

大范围纠偏，提高了皮带秤计量精度。孙璐等[8]人通过用光栅替代光

电管控制物料在限量管内的高度，设计运用楔形挡料板，改善了物

料流量的稳定性，提高皮带秤批次重量的可靠性，为后续设备运行

控制的稳定性和可靠性提供了技术保障。金云英等[9]人给出了皮带

秤恒流量控制系统中喂料机、计量管、皮带秤之间的相互关系，提

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出了利用光栅的信号对计量管内的物料堆积深度进行前期的控制，

向皮带秤提供稳定质量的物料，有利于提高皮带秤的流量稳定性。

汪世诚[10]介绍了基于PLC的悬浮式皮带秤在某烟草公司制丝生

产线中的应用，实现了PLC对皮带秤的控制，既可以保证皮带秤在

制丝生产线上应用的稳定性，也可以有效地实现皮带秤的智能化操

作。

杨守臣[11]介绍了烟草专用皮带秤的校准方法及技术要求，为皮

带秤在使用中的校准提供了参考。王小力等[1]就对应规程及规范中

定义的重复性进行深入研析，指出其在烟草行业实际应用存在的问

题，并提出以其他标准器或模拟载荷替代烟丝的解决思路。杜冰等[12]

介绍了皮带秤称量精度影响因素，并对烟草行业内皮带秤几种常见

的点检、校准方法进行了比较，总结了日常点检、校准操作方法。

尉泽民[13]针对烟草行业制丝线使用的皮带秤在安装、维护及校

验过程中常见但容易忽视的问题进行了分析。谢忱[14]通过对皮带秤

工作原理及校准技巧的分析总结，有助于设备的使用与维护。钱国

华[2]详细分析了皮带秤的结构组成及电气控制原理，介绍了皮带秤

使用过程中遇到的故障及解决方法，总结了皮带秤的维护保养方法。

2.4皮带秤相关标准及文献资料调研基本情况

为了项目更好地开展，项目组进行了全面、详细的文献资料调

研，收集并研究了相关现行标准、科技论文、著作，并收集了大量

企业有关皮带秤的技术资料以及企业标准。

有关皮带秤的目前现行有效的标准包括：GB/T7721-2017《连

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续累计自动衡器（皮带秤）》、QB/T5046-2017《定量皮带秤》、JJG

195-2019《皮带秤》、JJF1791-2019《连续累计自动衡器（皮带秤）

型式评价大纲》等。其中GB/T7721-2017《连续累计自动衡器（皮

带秤）》主要内容为皮带秤的定义、术语、技术指标、测试方法等；

QB/T5046-2017《定量皮带秤》主要内容为定量皮带秤的定义、术

语、技术指标、测试方法等；JJG195-2019《皮带秤》主要内容为皮

带秤检定依据、检定指标、计量器具控制、检定方法、环境条件等；

JJF1791-2019《连续累计自动衡器（皮带秤）型式评价大纲》的主要

内容为皮带秤型式评价的内容、指标、要求、方法、结果判定等。

其他相关标准包括JJF1181-2007《衡器计量名词术语及定义》、

JJG99-2006《砝码》、JJG539-2016《数字指示秤》、GB/T10595-2017

《带式输送机》等。

上述相关标准类资料的研究和分析重点是从GB/T7721-2017

《连续累计自动衡器（皮带秤）》、QB/T5046-2017《定量皮带秤》、

JJF1181-2007《衡器计量名词术语及定义》中研究和了解有关皮带秤

的定义、术语、技术指标含义及项目研究的相关性，从而筛选出有

关皮带秤准确性评价、稳定性评价的相关指标；从JJG195-2019《皮

带秤》、JJF1791-2019《连续累计自动衡器（皮带秤）型式评价大纲》

中则主要对上述相关指标的测试方法、测试条件，进行研究、对比

和分析，对其适用性进行研究和评价，以此作为试验验证方案的依

据；对JJG99-2006《砝码》、JJG539-2016《数字指示秤》、GB/T

10595-2017《带式输送机》等标准的研究和分析，则是为了对试验

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验证方案中涉及的计量器具和设备进行了解和分析，进一步对试验

验证方案进行细化和完善。

另外，项目组还在行业内收集了相关企业标准和技术资料80余

份（含计量台账、计量管理文件、计量校准规程、作业指导书等企

业标准以及皮带秤和温度类计量器具技术手册等）、皮带秤有关技术

文献254篇（含硕士研究生论文9篇）、皮带秤有关专利30余件、

温度类计量器具检定校准技术文献137篇，并进行了整理、分析和

研究。

皮带秤有关技术文献中，主要研究和分析重点包括皮带秤结构

特点及工作原理、皮带秤误差分析、测量不确定度分析、检定校准

技术研究、皮带秤安装使用维护、烟草行业专用皮带秤特点及使用

等内容，皮带秤相关专利的分析则主要侧重于了解新技术、新方法

的发现和运用。

相关企业标准和技术资料研究的主要目的是为了了解目前行业

主要在用的皮带秤类型、结构特点、技术指标，对目前行业在皮带

秤使用、维护保养、准确性稳定性评价方法、管理水平能力等方面

进行较为全面的了解，以期标准文本的内容尽量贴近行业的实际情

况，具有较好的适用性、可操作性。

3皮带秤关键计量指标的确定

烟草行业使用的皮带秤不同于矿业、港口、粮食、水泥等行业

使用的皮带秤，其结构、功能、技术要求、校准方法等均有较为明

显的差异。因此，皮带秤关键计量指标的确定需要进行具体的分析

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和筛选，不能采取“拿来主义”的方法。下面从现行标准、误差分

析、使用情况等方面进行具体分析，以明确行业皮带秤关键计量指

标。

3.1相关标准情况调研分析

3.1.1皮带秤现行有效标准概况

与皮带秤相关，目前现行有效的国家标准主要包括GB/T

7721-2017《连续累计自动衡器（皮带秤）》、JJF1791-2019《连续累

计自动衡器（皮带秤）型式评价大纲》、JJG195-2019《皮带秤》、QB/T

5046-2017《定量皮带秤》。

其中，GB/T7721-2017《连续累计自动衡器（皮带秤）》规定了皮

带输送机型连续累计自动衡器（皮带秤）的术语、产品型号、要求、

检验方法和规则、标志、包装、运输和贮存，是皮带秤的根本标准。

JJF1791-2019《连续累计自动衡器（皮带秤）型式评价大纲》适用于

计量器具分类编码为12061000的连续累计自动衡器的型式评价。规

定了连续累计自动衡器(皮带称)的法制管理要求、计量要求、技术

要求以及型式评价的试验要求和试验程序。JJG195-2019《皮带秤》

适用于皮带秤的首次检定、后续检定和使用中检查。上述三个国家

标准均适用于以下类型的皮带秤：

——利用重力原理，以连续的称量方式确定累计散装物料质量

的皮带秤；

——与单速皮带输送机或变速皮带输送机一起使用的皮带秤。

上述标准所适用的皮带秤与烟草行业所使用的皮带秤在结构

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上存在较大差异，其主要形式如图4所示，称之为输送机式皮带秤。

该类型皮带秤主要用于工厂、矿山、码头、仓库等场所，物料一般

为矿石、煤炭、粉料、粮食等，密度比烟丝、烟叶、烟梗等大得多；

该类型皮带秤所用的皮带，因为要长距离输送物料，且需要承受较

大的荷重和较高的运行速度，所以皮带长度、厚度均远超烟草行业

所用的皮带秤；该类型皮带秤的主要作用是对通过其上的物料进行

称量，用于贸易结算或者定量喂料。这些基本因素的差异，带来的

直接问题就是，这些标准所规定的内容，并不完全适用于烟草行业

使用的皮带秤。

图4：输送机式皮带秤

与行业使用的皮带秤结构较为接近的是称量台式皮带秤，其结

构形式如图5所示。该类型皮带秤的特点是输送机构、皮带和称量

机构合为一体，独立运作，一般皮带长度较短，荷重较小，通常用

于药品、食品生产等方面，主要作用是称量物料、定量喂料，同时

也可进行物料流量的控制。但是关于这种结构的皮带秤，并没有单

独的国家标准与之相匹配，其检定、校准、型式评价依然使用前述

的三个国家标准，上述三个标准对物料的控制精度的定义及测量方

法，均未做出相应的规定。

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图5：称量台式皮带秤

QB/T5046-2017《定量皮带秤》是轻工部推荐标准，在这部标

准中，第一次明确定义了皮带秤的流量控制功能，并把具备该功能

的皮带秤命名为“定量皮带秤”。该标准适用于“利用重力原理，以

连续计量的方式确定所通过散状物料的累计质量，且以设定的单位

时间或单位长度内的质量为目标值对通过的物料实现定流量动态输

送调整，并自带输送系统的整机型皮带秤”。这就使得对皮带秤流量

控制功能的评价、考核有据可依。

综上所述，目前现行有效的适用于皮带秤的标准中，虽然规定

了通用型皮带秤的各个方面，但是并非所有内容均适用于烟草行业

使用的皮带秤，若想要解决行业最为关心的称量准确性、控制精度

的问题，需要对这些标准加以认真分析，从中寻找我们所需的答案。

3.1.2现行有效标准中与计量相关指标的分析

3.1.2.1GB/T7721-2017《连续累计自动衡器（皮带秤）》分析

该标准第5章的主要内容为“计量要求”，我们从中提取出相

关技术指标或要求以表格形式进行汇总，并对该指标与本项目目标

的相关性加以初步判断。结果如表2所示。

表2：GB/T7721-2017标准分析

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章节号名称主要内容简述相关性

5.1准确度等级皮带秤的准确度等级分为四个级别无

自动称量的最大允规定了四个准确度等级对应的最大允差强

5.2.1

许误差

影响因子试验的最规定了四个准确度等级对应的影响因子实验的弱

5.2.2

大允许误差最大允差

多个指示装置间的对同一载荷,任意两个相同分度值的装置提供的无

5.3

一致性称量结果应一致

5.4最小累计载荷规定了最小累计载荷的计算方法弱

5.5最小流量规定了皮带秤最小流量的计算方法弱

规定了皮带秤的质量、流量、皮带速度应使用的无

5.6计量单位

单位

型式检验中的模拟规定了型式检验中的模拟试验内容、模拟试验科弱

5.7

试验目及相关技术要求

5.8.1物料试验重复性无

5.8.2零点累计值的最大允许误差强

型式检验中的现场5.8.3累计显示器的置零鉴别力弱

5.8

试验5.8.4零载荷的最大偏差强

5.8.5皮带运行整数圈后的示值弱

5.8.6耐久性弱

3.1.2.2JJF1791-2019《连续累计自动衡器（皮带秤）型式评价大纲》

分析

该标准主要用于皮带秤的型式评价，主要规定了型式评价的主

要内容、方式方法、实验要求、实验步骤、结果判定条件、报告格

式等内容，其中与计量性能评价相关的主要内容均在GB/T

7721-2017《连续累计自动衡器（皮带秤）》中进行了规定，不再赘

述。

14

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3.1.2.3JJG195-2019《皮带秤》分析

该标准为皮带秤的检定规程，在第5章规定了皮带秤的计量性

能要求，我们按照同样的方式进行汇总和分析，结果如表3所示。

表3：JJG195-2019标准分析

章节号名称主要内容简述相关性

5.1准确度等级皮带秤的准确度等级分为四个级别无

自动称量的最大允许规定了四个准确度等级对应的最大允差强

5.2

误差

规定了指示装置和打印装置的分度值表达形无

5.3分度值的形式

式

5.4最小累计载荷规定了最小累计载荷的计算方法弱

5.5最小流量规定了皮带秤最小流量的计算方法弱

多个指示装置间的一对同一载荷,任意两个相同分度值的装置提供无

5.6

致性的称量结果应一致

5.7重复性规定了物料试验重复性要求弱

零点累计值的最大允规定了零点累计值的最大允许误差的要求强

5.8

许误差

5.9累计零点的鉴别力规定了累计零点的鉴别力的要求弱

5.10零载荷的最大偏差规定了零载荷的最大偏差试验的结果要求强

3.1.2.4QB/T5046-2017《定量皮带秤》分析

该标准整体内容结构类似于GB/T7721，规定了定量皮带秤的

术语、型号、计量要求、通用技术条件、试验方法、检验规则及标

志、包装、运输和贮存。其中第5章规定了皮带秤的计量要求，我

们按照同样的方式进行汇总和分析，结果如表4所示。

表4：QB/T5046-2017标准分析

章节号名称主要内容简述相关性

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自动称量的最大允规定了3个准确度等级对应的自动称量的最大强

5.1.1许误差与自动控制允许误差与自动控制最大允许误差

最大允许误差

影响因子试验的最规定了3个准确度等级对应的影响因子实验的弱

5.1.2

大允许误差最大允差

5.1.3最小累计载荷规定了最小累计载荷的计算方法弱

5.1.4最小流量规定了皮带秤最小流量的计算方法弱

规定了模拟速度的变化、偏载、置零、累计显示弱

器零点累计鉴别力、累计显示器鉴别力、静载荷

5.2.1常态静载荷试验

重复性、零点短期稳定性、零点长期稳定性的允

差要求

规定了温度、湿热、电源变化、干扰等影响因子弱

5.2.2影响因子

的条件及允差要求

5.3.1.1置零显示器的鉴别力弱

5.3.1.2零点累计值的最大允许误差强

5.3动态试验要求5.3.2.1自动控制最大允许误差强

5.3.2.1自动称量最大允许误差强

5.3.2.3物料试验的重复性弱

对上述标准的相关内容进行分析和归纳，可初步确认自动称量的

最大允许误差、零点累计值的最大允许误差、零载荷的最大偏差、

自动控制最大允许误差等四项内容，能够比较直观地反映皮带秤的

计量特性，应纳入重点皮带秤关键计量指标。

3.2皮带秤误差分析

为了确定皮带秤关键计量指标的其他因素，项目组对有关皮带秤

误差分析方面的技术文献、论文论著进行了检索，并对相关资料进

行了梳理和汇总，获得了较为全面的皮带秤误差因素，如图6所示。

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经分析，初步得出如下结论：

图6：皮带秤误差树

A）造成皮带秤称量误差的因素非常复杂，涉及环境、信号处

理、受力测量、皮带速度测量、校准方法等多个方面，每个方面又

都存在影响因素的分支。

B)受力测量、皮带速度测量的偏差，是造成皮带秤误差的根

本原因，与皮带秤的设计、生产、安装调试、维护保养均存在一定

的相关性。

C)现代皮带秤在秤架结构、传感器数量与分布、传感器性能、

信号处理等方面均采用较为成熟的工业设计，技术较为先进，对误

差的贡献率较低。受力测量误差源中，皮带效应是一个关键因素，

而且皮带效应不稳定，产生的原因更为复杂，是种种因素综合显现

的一个结果，应重点关注。皮带效应的各因素如图7所示。

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图7：皮带效应影响因素

D)环境因素中，温湿度及电磁干扰影响较小，容易出现的是因

安装位置的原因造成的风扰动（如出风口下方），以及安装方式（如

秤体支架与工作平台硬连接）、安装位置（如附近有强振动源）造成

的振动干扰。

E)目前标准推荐的校准方法，都十分强调实际物料测试，一般

认为实际物料的测试结果溯源明确，是一种经典的方法。但是物料

测试在行业皮带秤的应用存在一些实际的困难，如物料量体积较大，

不易搬运；生产线实际情况难以实现物料有效投放和回收；物料在

环境中裸露时间长，较容易与环境发生水分交换影响测试结果等等，

所以物料试验较难频繁实施。挂码标定、链码标定因其固有的缺点

在行业内较少采用，目前行业较常采用的是抛码法（也称为砝码标

定或砝码校准），但是各企业对抛码法的实际操作规定并不统一，规

范程度也各不相同，这也是造成皮带秤计量特性评价失准的一个重

要原因。皮带秤常用的标定、校准方法对比见表5。

表5：各类标定、校准方法分析比对

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挂码标定砝码标定链码标定实物标定

将线重量恒定的正常生产状态

在皮带秤运行

链码放在秤计量下，在秤出口，

将挂码杆挂在称重时，放置一定数

区皮带上。皮带采用高精度静态

机构上，将所得称量量的标准砝码，

方法简介运行一定距离秤称量一定重量

值与理论值进行比将砝码重量与秤

后，所得称量值的物料，将称量

较后标定。显示值比较后标

与理论值进行比值与秤显示值比

定。

较后标定。较后标定。

量值溯源性不好好不满足好

实施难度非常容易比较容易比较容易困难

优点:1.点检、校

优点:1.标准砝码

准过程与生产状

易检定;2.通过控优点:1.载荷与实

况一致:2.校准

优点:1.实施容易:缺制放置密度，可际物料接近。

后，能消除称重

点:1.挂码杆积灰后实现不同流量缺点:1.检定链码

环节与速度环节

重量变化:2.校准后，下，对秤精度的的线重量较困

等误差:

优缺点速度环节误差不能点检。3.校准后，难。2.校准后，

缺点:工作量大，

补偿:3.不能进行最能消除称重、速速度环节误差不

当称量点与秤距

大、最小流量下点度环节误差:能补偿:3.不能进

离很远时，易因

检。缺点:载荷不连行最大、最小流

物料水分、造碎

续，与实际物料量下点检:

损耗等造成校准

载荷存在差异。

精度下降。

标定精度1-2%0.25%1%0.25%

3.3皮带秤计量性能评价中其他应关注的问题

行业制丝线使用皮带秤的历史已经十分悠久，国产皮带秤经过

多年的市场竞争和技术升级，目前已经达到了较高的技术水准，能

够满足行业生产的需要。但是为了满足行业的特定技术要求，比如

物料流量的稳定性要求，皮带秤生产商往往采取一些技术手段对瞬

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时流量的输出曲线加以平滑修饰，比较常见的有“小流量自动切除”、

“自动置零”、“零点死区允许”等。这些软件或者类似功能能够使

瞬时流量的输出曲线更为平滑，但也可能造成皮带秤的称量误差。

所以有必要对皮带秤信号的真实性加以判别，应使皮带秤的状态表

达接近真实情况，能够正确反映物料流量的真实波动，同时能够将

称量误差和控制误差保持在标准规定的水平。

3.4皮带秤关键计量指标

根据上述调研与分析，我们初步整理出了皮带秤计量性能评价

所需的关键计量指标。纳入列表的各项指标均考虑了如下因素：

a)在相关标准所要求的计量性能中均有描述和要求；

b)与制丝线皮带秤计量性能评价有较强的相关性；

c)对皮带秤计量性能改变或故障的辅助判断有较好的作用；

d)具有较好的现场操作性，易于实现。

基于上述原则，我们制定了《皮带秤关键计量指标一览表》，

如表6所示，并在后续研究中通过试验进行验证和取舍。

表6皮带秤关键计量指标一览表

序号指标名称入选原因及必要的说明

1自动称量的最大允许误差直接反映皮带秤称量精度，是皮带秤的根本指标

2自动控制最大允许误差直接反映皮带秤流量控制精度

3零点累计值的最大允许误差直接反映皮带效应的结果，且为称量精度、流量控

制精度的直接影响因素

4零载荷的最大偏差能够反映皮带的均匀程度，对零点累计值的最大允

许误差有直接影响

5称重传感器线性对称量精度、流量控制精度有直接影响

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6累计量数据相符性能够反映皮带秤输出信号的真实性

7瞬时流量相符性能够反映皮带秤底层信号的真实性，但是在信号采

集、数据处理等方面存在一定技术难度，需要皮带

秤生产商的技术配合，建议作为备选指标

8偏载属于静态技术指标，但是对称量精度、流量控制精

度的影响程度需要验证，以决定是否保留该指标

4皮带秤关键计量指标的测试试验

在选取了皮带秤关键计量指标后，项目组按照计划开展了关键

计量指标的测试试验。试验目的是验证皮带秤准确性、稳定性试验

方法的合理性、适用性、操作性，提炼适用的皮带秤技术性能评价、

校准及核查方案。主要实验内容包括：皮带秤传感器线性、偏载、

零点累计值的最大允许误差、零载荷的最大偏差试验、常用给料流

量下自动称量的最大允许误差验证方法、控制误差（仅限流量控制

型皮带秤）验证方法。其中控制误差验证方法包含数据可靠性的分

析及判定。试验情况及实验结果如下：

4.1试验对象及试验条件

4.1.1试验对象选取

试验共选取成都、张家口、杭州、南宁、河南等五家卷烟厂制

丝线皮带秤，品牌及生产商涵盖中国船舶工业总公司第七研究院七

O七研究所(九江)、昆明船舶集团有限公司、杭州四五○九机电设备

有限公司、Hauni公司等，Comas公司、Garbuio公司生产的皮带秤

因保有量较少，未纳入试验范围。试验对象优先选取对精度有较高

要求的电子秤，如加料工序皮带秤、掺配主秤、重要加工设备入口

流量控制秤等，同时兼顾大、中、小流量。

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4.1.2试验环境

试验环境为制丝生产线现场，试验原始记录包括环境温度条件，

全部测试过程的环境温度最低为25℃（停产状态），最高为31℃。

所有测试的环境温度均在皮带秤相关标准要求的范围之内，所以在

本报告的结果汇总中不再具体显示。

4.1.3试验仪器

试验所使用的仪器设备包括控制衡器、砝码及计时器。

按照JJG195-2019《皮带秤》的要求，控制衡器的误差“应不超

过首次检定的最大允许误差的1/3”，即0.8%；砝码的误差应不超过

皮带秤自动称量的最大允许误差的1/3，所有试验使用的砝码均为

M2级，满足试验要求；计时器分辨力0.01s，最大允许误差≤0.1s，

满足试验要求。

皮带秤数据可靠性的分析及判定需要对瞬时流量、累计量进行

采集。项目组对皮带秤瞬时速度信号、瞬时载荷信号、瞬时流量数

据、瞬时累计量数据的采集手段进行了调研。

调研发现，皮带秤瞬时速度信号由安装在皮带秤秤体上的速度

传感器（行业使用的皮带秤一般使用光电编码器）产生，可直接传

输脉冲信号或脉冲计数给PLC；瞬时载荷信号由载荷传感器（一般

为电阻应变式称重传感器）产生，并进行前端处理（整形、滤波、

放大等）后经模数转换传输给PLC。这两个信号的采集需要根据不

同的信号模式、PLC品牌型号进行采集器的匹配，部分进口产品通

讯协议也未开放，具有一定的技术门槛；而且考虑到本项目产生的

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标准主要是用于指导、规范生产现场条件下对皮带秤的技术指标或

技术性能进行评价，易用性、可操作性也是非常重要的取舍因素。

限于上述条件限制，项目组决定放弃皮带秤瞬时速度信号、瞬时载

荷信号的采集和皮带秤瞬时流量数据可靠性的评价。

而皮带秤瞬时流量数据、瞬时累计量数据的采集较为方便，一

般情况下制丝车间SPC系统（或中控系统）上述两项数据均有历史

记录，企业设置的数据采集频率各不相同，常见采样频率为1min、

30s、10s、6s。利用这些数据进行累计量数据的可靠性分析较为可行。

4.2试验内容及方法

4.2.1皮带秤传感器线性

a）试验对象原则上选取制丝生产线最大额定流量、最小额定流

量、中间流量的皮带秤至少一台；试验对象应包括中国船舶工业总

公司第七研究院七O七研究所(九江)、昆明船舶集团有限公司、杭

州四五○九机电设备有限公司、Hauni公司生产的皮带秤。

b）确定上述试验对象重量传感器量程。

c）根据量程选取合适砝码或替代品，为避免超载损坏传感器，

选取传感器量程的20%、40%、60%、80%附近作为测试点。

d）将砝码放置于皮带秤合适部位（试验所用皮带秤均为承载式

双托辊或多托辊双传感器及少量四传感器皮带秤，砝码放置位置均

为最外侧两个称重托辊的内侧，放置区域尽量接近皮带中轴线），读

取并记录皮带秤显示的载荷值。每个测试点进行4次测量。以4次

测量平均值为该载荷点的测试结果。

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e）对测试数据进行线性回归分析，以R2≥0.95作为合格判定标

准。

f）试验原始记录如表7所示：

表7称重传感器线性试验记录

试验时间年月日试验地点

序号设备编号

环境温度生产厂家皮带秤型号准确度等级最小设计流量最大设计流量

℃kg/hkg/h

20%40%60%80%100%

传感器量程

kgkgkgkgkg

砝码重量kgkgkgkgkg

载荷显示值kgkgkgkgkg

1kgkgkgkgkg

2kgkgkgkgkg

3kgkgkgkgkg

4kgkgkgkgkg

平均值kgkgkgkgkg

结论判定标准为R2≥0.95。

4.2.2偏载试验

a）试验对象选取要求同4.2.1。

b）确定上述试验对象重量传感器量程；计算最小累计载荷。

c）皮带秤开机预热，进行去皮重操作。

d）使用砝码组合或者挂码，其质量约为最大载荷的50%。

e）将砝码组合或者挂码放置于称重机构一侧（需根据皮带秤实

际结构确定位置），手动操作使皮带秤运行，皮带速度设定为常用生

产流量下的速度。皮带速度稳定