鏈碼與循環(huán)鏈碼
鏈碼與循環(huán)鏈碼是兩種常用來對(duì)皮帶秤進(jìn)行模擬試驗(yàn)的模擬載荷裝置。二十世紀(jì)九十年代，在我國《連續(xù)累計(jì)自動(dòng)衡器（皮帶秤）JJG195-2002》皮帶秤國家計(jì)量檢定規(guī)程中，將循環(huán)鏈碼列為可用于對(duì)0.5級(jí)皮帶秤進(jìn)行模擬試驗(yàn)的模擬載荷裝置后，循環(huán)鏈碼在我國，特別是電力行業(yè)成為主要使用的模擬試驗(yàn)裝置。但在國外至今仍以鏈碼和掛碼作為皮帶秤模擬試驗(yàn)的主要裝置，極少使用循環(huán)鏈碼。
我試圖對(duì)鏈碼和循環(huán)鏈碼這兩種皮帶秤模擬載荷裝置做一些分析，供大家參考。
皮帶秤的稱重由于有所謂“皮帶效應(yīng)”的影響，至今沒有能得到滿意的數(shù)學(xué)解析表達(dá)式。所給出的一些數(shù)學(xué)表達(dá)式很少具有實(shí)用價(jià)值。*作用在皮帶秤稱重傳感器上的力可表示為：
其中：
Fn=nql±2K
T+f(T)
q——皮帶秤單位長的載荷重量；
L——托輥間距離；
d——皮帶下垂的位移量；
n——托輥的稱重段的數(shù)目；
f(T)——與皮帶張力、剛性系數(shù)等因數(shù)有關(guān)的附加力。且因皮帶傳輸機(jī)而異；
K——≥1的系數(shù)。
現(xiàn)有的模擬試驗(yàn)裝置，包括鏈碼和循環(huán)碼都不能*模擬上式第二項(xiàng)和第三項(xiàng)的“由皮帶效應(yīng)”造成的附加力的影響。至今，上*對(duì)皮帶秤的實(shí)物校驗(yàn)是對(duì)皮帶秤標(biāo)定的方式。但是，實(shí)物校驗(yàn)是非常費(fèi)時(shí)、費(fèi)力和花錢的校驗(yàn)方法，而且為了獲得好的結(jié)果，必需在建立皮帶秤的同時(shí)就要考慮實(shí)物校驗(yàn)裝置的建立。例如：的校驗(yàn)斗秤，符合校驗(yàn)要求的軌道衡、汽車衡等。鏈碼和循環(huán)碼雖然不是皮帶秤可溯源的檢定標(biāo)準(zhǔn)，但是它們可根據(jù)皮帶秤物料試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行歸算修正，進(jìn)行“溯源”。在以后的校驗(yàn)就可以使用模擬校驗(yàn)來完成，不必每次都要通過實(shí)物檢驗(yàn)。必須注意的是為了保證稱重的準(zhǔn)確可靠，當(dāng)發(fā)現(xiàn)模擬載荷試驗(yàn)結(jié)果誤差過大時(shí)，需再次進(jìn)行實(shí)物檢驗(yàn)。更不能用某一特定的皮帶秤得到的歸算鏈重用作其它皮帶秤的歸算鏈重。
我們首先討論45號(hào)鋼電鍍鏈碼，20公斤鑄鋼鏈碼的校驗(yàn)。鏈碼是有許多個(gè)質(zhì)量相等的鏈輥，通過鏈板和銷軸等另件連接成的一整條鏈子，輥和軸之間裝有滾珠軸承。安裝好的鏈碼，各節(jié)能自由彎曲，輥?zhàn)幽茏杂赊D(zhuǎn)動(dòng)，以保證校驗(yàn)時(shí)鏈輥能*壓在皮帶上。在國外鏈碼已形成系列化，可以滿足中、小量程皮帶秤的校驗(yàn)需要，使用兩條或三條鏈碼可以實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶秤的量程實(shí)驗(yàn)。
45號(hào)鋼電鍍鏈碼，20公斤鑄鋼鏈碼各段的鏈輥、鏈板和銷軸等所有零件的質(zhì)量必須滿足皮帶秤模擬實(shí)驗(yàn)的精度要求，我國曾制定過有關(guān)鏈碼的檢定規(guī)程。鏈碼應(yīng)有足夠的長度，通常要求該長度不得小于皮帶秤有效稱量段之前和之后第二個(gè)固定托輥間之距離。國外有的國家規(guī)定鏈碼的長度滿足≥2.5L（L為稱量長度），對(duì)于單托輥皮帶秤應(yīng)取長度為≥4L。
鏈碼的節(jié)距應(yīng)是托輥的整數(shù)倍，且稱重托輥與皮帶機(jī)托輥的間距應(yīng)相等。稱重秤臺(tái)稱量輥與前、后固定托輥的間距也應(yīng)相等。否則，當(dāng)鏈碼在皮帶上相對(duì)于托輥的位置變化時(shí)，稱重傳感器所受的載荷也隨之變化，使校驗(yàn)結(jié)果不*，而引起誤差。下面的計(jì)算可看出這種變化。為簡化起見，以單托輥皮帶秤為例。設(shè)初始時(shí)，鏈碼的一個(gè)鏈輥正好與稱重輥重合，在稱重輥前、后托輥間各有n個(gè)鏈輥。托輥間距為2L，鏈距為d，與前、后托輥Z近的鏈輥距托輥的距離為d’。且d＞d’。每個(gè)鏈輥的“有效質(zhì)量”為m。
根據(jù)力矩平衡，在此種情況下，稱重鏈輥可受的力F，由下式確定：
LF=d’m+(d’+d)m+(d’+2d)m+…+[d’+(n-1)d]m+Lm+d’m+(d’+d)m+(d’+2dm)+…+[d’+(n-1)d]m=2{d’+(d’+d)+(d’+2d)+…+[d’+(n-1)d]}m+Lm=[2nd’+n(n-1)d]m+Lm
當(dāng)鏈碼放置的位置與上述位置有差異時(shí)，例如向前增加了-△d。此時(shí)稱重托輥上的受力變?yōu)镕’。有：
LF’=(d’+△d)m+[(d’+△d)+d]m+[(d’+△d)+2d]m+…+[(d’+△d)+(n-1)d]m+(L-△d)m+(d’-△d)m+[(d’-△d)+d]m+[(d’-△d）+2d]m+…+[(d’-△d)+(n-1)d]m=[2nd’+n(n-1)d]m+(L-△d)m
由于位置有差異產(chǎn)生的相對(duì)誤差為：
σ=
=
m
產(chǎn)生誤差的原因在于，此時(shí)的加載是非連續(xù)的與皮帶秤實(shí)際工作的連續(xù)加載不同造成的。循環(huán)鏈碼在國外的運(yùn)用早有報(bào)道，但使用遠(yuǎn)不及鏈碼。鏈碼是非連續(xù)加載，而循環(huán)鏈碼是由一定質(zhì)量碼塊構(gòu)成的鏈條，是連續(xù)加載，與皮帶秤的實(shí)際工作狀態(tài)相同。在實(shí)際運(yùn)用時(shí)，有這樣一些問題。目前我國一些循環(huán)鏈碼的生產(chǎn)廠家，給出的循環(huán)鏈碼的精度為，每米質(zhì)量誤碼差：優(yōu)于±0.05%。據(jù)我所知，此精度是將整條鏈碼的總體重量的誤差，除以鏈碼的長度得到，并不是真正每段鏈碼的精度，循環(huán)鏈碼是由數(shù)百個(gè)“均勻”的質(zhì)量塊連成。如果要求任取一段的誤碼差都能保證優(yōu)于±0.05%/m，是很不容易的。而且現(xiàn)有循環(huán)鏈碼生產(chǎn)廠家，在生產(chǎn)過程中也沒有適當(dāng)?shù)挠?jì)量器具來保證。
循環(huán)鏈碼通常是用支架放置在皮帶秤的上面、使用時(shí)放下來。一般來說皮帶秤的使用環(huán)境條件都比較差。不能像鏈碼，使用后放回箱內(nèi)。根據(jù)過去對(duì)20kg或25kg，M級(jí)的平行六面體磚碼的維護(hù)，在檢定周期內(nèi)質(zhì)量變化萬分之幾是常見的，計(jì)量部門也曾多次組織力量試圖找出質(zhì)量改變的原因，但都未有確切的答案。循環(huán)鏈碼不僅形狀比平行六面體磚碼復(fù)雜，而且表面積更大，要保持其質(zhì)量的穩(wěn)定可能更困難。目前循環(huán)鏈碼的系列為10kg／m,20kg／m,30kg／m,40kg／m和50kg／m等。以10kg／m為例，±0.05kg／m的容差，相當(dāng)于5g/m。對(duì)用在煤礦和冶金、鋼鐵場(chǎng)所的循環(huán)鏈碼，受其污染和腐蝕使質(zhì)量發(fā)生每米克數(shù)量級(jí)的改變是極有可能的。所以對(duì)于循環(huán)鏈碼，使用時(shí)應(yīng)定期進(jìn)行周檢，才能保證檢定的可靠性。循環(huán)鏈碼雖然解決了連續(xù)模擬載荷，但在保證質(zhì)量變化方面不及鏈碼可靠。為此，應(yīng)制定循環(huán)鏈碼的檢定規(guī)程，規(guī)定循環(huán)鏈碼的檢定方法與檢定周期。
對(duì)使用循環(huán)鏈碼，有的用戶還存在誤解，因?yàn)橛械难h(huán)鏈碼生產(chǎn)廠家是這樣說明循環(huán)鏈碼是如何進(jìn)行校驗(yàn)的：要求將循環(huán)鏈碼裝置的累計(jì)值與皮帶秤累計(jì)器的累計(jì)值進(jìn)行比較，來確定皮帶秤的累計(jì)值誤差。實(shí)際上循環(huán)鏈碼只有在相對(duì)皮帶無運(yùn)動(dòng)時(shí)，這樣的比對(duì)才成立。若鏈碼與皮帶之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在相同時(shí)間的累計(jì)值是不一樣的。皮帶秤在使用時(shí)，是以皮帶秤皮帶的實(shí)際速度來確定累計(jì)值。循碼鏈碼由其本身速度確定的累計(jì)值，并不是皮帶秤此時(shí)實(shí)際累計(jì)值。循環(huán)鏈碼附加的位移傳感器，校驗(yàn)累計(jì)器，稱重傳感器等，實(shí)際上都是多除的。對(duì)于循環(huán)鏈碼作為皮帶秤的模擬載荷，用在校準(zhǔn)時(shí)只要知道每米的準(zhǔn)確重量就足夠了。循環(huán)鏈碼在校驗(yàn)時(shí)是循環(huán)加載，這樣可以降低鏈環(huán)每米重量的精度要求。這是循環(huán)鏈碼的另一優(yōu)點(diǎn)。有的廠家所以附加那些器件是因?yàn)樵谘h(huán)鏈碼使用初期，有一種錯(cuò)誤的想法，企圖用它來替代皮帶秤的實(shí)物校驗(yàn)，這是非常錯(cuò)誤的。而且實(shí)際證明也是行不通的。這種做法只會(huì)增加循環(huán)鏈碼的價(jià)格，而且還會(huì)造成校驗(yàn)的錯(cuò)誤。
與普通鏈碼相比，在短期校驗(yàn)時(shí)，使用循環(huán)鏈碼的重復(fù)精度較好，但若仔細(xì)保持普通鏈碼校準(zhǔn)的位置時(shí)，也可得到很好結(jié)果。能達(dá)到與循環(huán)鏈碼校驗(yàn)裝置相同的0.1%的不確定度。
