电子皮带秤电子电路的新设计
长江大学电信学院 郭永新 孙传友
摘要：本文对传统的电子皮带秤的电路部分加以改进，省去了乘法器、积分器等部分电路，大大简化了电路结构，降低制造成本，是一种新型的电子皮带秤电子电路。
关键词：电子皮带秤，称重传感器。
1、引言
电子皮带秤是在皮带传送装置中安装的自动称重装置，它不但能称出某一瞬间传送带所输送的物料的重量，而且可以称出某段时间内输送物料的总和，广泛应用于矿山、矿井、码头及料场等。
电子皮带秤集合了力学、电机学、电子技术、传感技术等各领域的先进技术。
传统的电子皮带秤是由称重传感器、测速传感器、乘法器、积分器、积算器等部分组成，本文对传统的电子皮带秤的电路部分加以改进，省去了乘法器、积分器、积算器等部分，使设计更为简单、实用。
是一种新型的电子皮带秤电子电路。
2、电子皮带秤的数学原理
新型电子皮带秤测量系统简化框图如图1所示，其皮带驱动传送的机械部分仍然与传统电子皮带秤相同。
皮带传动轮上装有齿轮盘，旁边装有磁电式转速传感器，用以测量传动轮转速即测量出皮带的运行速度V 。
在传送带中间的适当部位，有一个专门用做自动称量的框架，这一段的长度L 称为有效称量段，下面装有应变式称重传感器（压头）。
设某一瞬时t
图1 新型电子皮带秤测量系统简化框图
在L 段上的物料重量为L W ，经称量框架传给应变式称重传感器（压头），使传感器产生应变。
设有效长度L 的单位长度的料重为()t G ，即
L W t G L /)(= （1）
此时皮带运行速度为)(t V ，则二者的乘积即为单位时间皮带传送的料重)(t W
)()()(t V t G t W ×= （2） 在T 时间内，皮带传送的物料总重量为 ∫
=
T
dt t W M 0
)( （3）
3、新型皮带电子秤电子电路总体设计
设齿轮盘的齿数为B ，皮带传送轮每转一周，磁电式转速传感器将产生B 个脉冲，脉
冲频率为V f ，皮带传送轮的直径为D ，则皮带运行速度V 为，
D B
f V V
××=
π （4） 频率/电压转换器将磁电式转速传感器产生的脉冲频率转换成电压E V D
B
C f C E V ×⋅=
×=π11 （5）
式中C 1为频率/电压转换器的转换系数。
本设计将频率/电压转换器的输出电压作为应变式称重传感器的应变检测电桥的供电电压，秤架物料重量L W 使应变检测电桥输出电压为[]
1 G L C E W C E U L ×××=××=220 （6） 式中C 2为应变检测电桥的灵敏系数。
应变检测电桥输出电压被放大器放大K 倍，再由电压/频率转换器转换成脉冲频率0f ，
G L KEC C KU C f ×=×=23030 （7） 式中C 3为电压/频率转换器的转换系数。
将式（5）代入上式得 V G K D
L
C C BC f ×××⋅=
π3210 （8）
电压/频率转换器输出脉冲经过m 位二进制串行计数器的分频，变为频率为f 的计数脉冲
V G K D L C C BC f f m
m ×××⋅⋅==223210π （9） 将式（2）代入上式得
W S f ×= （10）
式中S 为测量电路的总灵敏度 K D L
C C BC S m
×⋅⋅=
2
321π （11） 设在第i 时间段T i 内，皮带传送的料重为M i ，单位时间皮带传送的料重为W i ，电压/频率转换器输出的频率为f i ，则该时间段的脉冲计数值为
i i i
i
i i i i i SM T T SM T SW T f N ==
=×= （12） 在整个测量时期∑==
n
i i
T
T 1
内，脉冲计数器的累积计数结果为
SM M S SM
N N n
i i n
i i
n i i
====
∑∑∑===1
1
1
（13）
由上式可见，脉冲计数器的累积计数结果N 与皮带传送的总重量M 成正比。
此计数结果在
数字显示器上显示出来，因此显示数字的重量单位即N=1所代表的重量为
LK
C C C B
D S N M M m
321021⋅⋅⋅=
==π （14） 通常重量显示单位习惯采用吨或公斤。
例如以0.1吨为显示单位，即
吨 1.0213210=⋅⋅⋅===LK
C C C B
D S N M M m
π （15）
为了实现这一标度变换，对上式中各个有关的参数都要进行综合考虑和设计，而且应设置放大器增益调整电路，以便进行标度的精确细调。
4、新型皮带电子秤单元电路的选择和设计
新型皮带电子秤电子电路的各个单元电路的选择和设计，因论文篇幅所限，这里不详细阐述，只作简要说明。
放大器应采用三运放的测量放大器，而且增益可调，具体电路见文献2第442页。
频率/电压转换器和电压/频率转换器可以采用VFC32、BG382、LM131、LM331或AD537、AD650等，具体电路见文献2第533页。
分频器采用m 位二进制串行计数器，例如12位二进制串行计数器CC4040与7位二进制串行计数器CC4024串接构成，其分频系数为19
7
12
222=×，即m=19。
脉冲计数器与数字显示器可采用CD4510十进制计数器、CD4511锁存/译码/驱动器及LED 显示器构成。
例如采用6个CD4510十进制计数器、6个CD4511锁存/译码/驱动器、6位LED 显示器构成6位十进制计数显示器，最大计数值可达999999。
具体电路见文献2第660页，6位十进制计数显示器也可用6块CL102来实现。
5、结束语
本文提出的电子皮带秤电子电路的新方案，对传统的电子皮带秤的电路部分加以改进，省去了乘法器、积分器等部分电路，使设计更为简单、实用。
该新方案的基本原理也可推广应用到其他类似电表、水表这样的累积式计数测量系统。
参考文献：
1、孙传友等编著.现代检测技术及仪表. 北京：高等教育出版社，2006
2、孙传友等编著.感测技术与系统设计. 北京：科学出版社，2004
发表于《科技信息》2007年第31期。