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對皮帶秤動態校驗問題的若干探索
【摘 要】 本文就皮帶秤動態校驗的物料試驗和模擬載荷試驗的若干問題進行了探討，對校準不
同準確度等級皮帶秤所需控制衡器的適用條件進行了分析和歸納；對囿于皮帶效應而應用受到限制
的模擬載荷試驗如何拓展其適用范圍，闡述了所作的探索嘗試和初步成果。本文還表達了計量器具
檢定周期不應“一刀切”的觀點，提出了檢定周期彈性化的建議。
皮帶秤的動態校驗是指對于運行中的皮帶秤在空載及荷載狀態下進行自動稱量，以檢測其示值
的動態累計誤差，并在必要時對皮帶秤的內部參數予以調整，使其達到預期的指標。皮帶秤動態校
驗的方式主要有物料試驗和模擬載荷試驗兩種。業界對于這兩種試驗方式中的一些問題有著不同的
看法，筆者愿把自己膚淺的認識作為引玉之磚奉獻于此，拜求諸位專家不吝指教。
1．關于皮帶秤物料試驗的若干問題
1.1 控制衡器是皮帶秤物料試驗的量值傳遞標準嗎？—否
皮帶秤對通過其輸送帶的散狀物料自動稱量的結果的準確性，目前傾向于要由“物料試驗”來溯
源驗證。那么，在校準時直接把標準量值傳遞給被校皮帶秤的究竟是什么？不少人以為就是控制衡
器，其實不然。在七個基本計量單位中，質量是唯一仍用實物來定義的單位，千克原器是量值溯源
的頂端。國家檢定規程JJG 2053《質量計量器具檢定系統》也指出，質量計量標準由標準質量計量
量具和標準質量計量儀器組成，工作計量器具由質量工作量具和質量工作計量儀器組成；標準質量
計量量具和質量工作量具包括各等級的砝碼，標準質量計量儀器和質量工作計量儀器包括各等級的
天平和秤。其中用于直接傳遞標準量值的是具有質量的砝碼實物，而天平或秤屬于配套設備。由此
可見，在皮帶秤物料試驗中直接傳遞量值的應該是“試驗物料”，而“控制衡器”只是配套設備，或許
這正是《OMIL R50》的制訂者沒有把它稱之為“標準衡器”的原因吧。
因此，在校準皮帶秤時首先要追求的是“試驗物料”的量值是否準確，當然這關系到控制衡器在
所稱試驗物料的量程范圍內是否準確，但毋需斤斤計較控制衡器的全量程是否都能滿足對皮帶秤物
料試驗所規定的相對誤差要求，事實上要求非自動衡器在其全量程范圍內都能滿足校準皮帶秤相應
的誤差要求一般也是辦不到的（參見下文1.5），更不必過分考慮不屬于計量性能范疇的其他要求，
因為此時并非是對控制衡器本身進行檢定。
1.2 試驗物料量能否大于最小累計載荷？—能，且有益
JJG 195-2002對最小累計載荷Σmin的定義（T.4.6）為：以質量單位表示的量，皮帶秤的累計值
低于該值時就有可能超出規定的相對誤差；又對有效稱量的定義（D.1.2）為：大于Σmin的物料輸送
量為有效稱量，低于Σmin的物料輸送量為無效稱量。可見規程僅對試驗物料的總重量的下限作了規
定，而對其上限并沒有規定。當然，增加物料量可能會增加試驗的工作量，有時還會要求控制衡器
具有更大的最大秤量Max，但有時也會起到降低物料測量誤差的功效（參見下文1.4）。
1.3 控制衡器的準確度等級是否只能是III級？—否
皮帶秤物料試驗中的控制衡器通常為可以直接用標準砝碼來校準的非自動衡器，如料斗秤、汽
車衡、軌道衡等，這些衡器的準確度等級通常為III級。但是，國際或國內的皮帶秤技術法規并沒
有對控制衡器的種類和準確度等級加以限制。《OIML R50：1996》以及JJG 195-2002、GB/T 7721-2007
都只是要求：用于傳遞量值的試驗物料的重量誤差應不超過被檢皮帶秤自動稱量相應最大允許誤差
的1/3；為保證物料的測定誤差足夠小，用于稱量試驗物料的控制衡器也必需在其稱量試驗物料的
秤量段能滿足相應的誤差要求。根據控制衡器被校準或檢定的時間相隔皮帶秤物料試驗有多久，規
定了控制衡器不同的允差。在狀態①（控制衡器是在物料試驗之前立即校準或檢定的），其誤差應
不大于皮帶秤自動稱量相應最大允差的1/3；在狀態②（其它情況），其誤差應不大于皮帶秤自動稱
量相應最大允差的1/5。因此，只要所選擇的非自動衡器在稱量試驗物料時，其相對誤差不超出上
述規定，都有充當控制衡器的可能，而不一定非要是III級不可，其它準確度等級應當也是允許的
（參見下文表3）。
1.4 判斷控制衡器計量性能的適用性是否僅依據其準確度等級？—否
有人認為校驗0.5級皮帶秤可用III級非自動衡器，而校驗0.2級皮帶秤則不行。筆者認為這種
觀點是片面的。上面已經提及，控制衡器適用性的唯一計量學條件是其稱量試驗物料時的相對誤差
不超出有關規定。另一方面，符合《OIML R76》要求的非自動衡器是否能滿足作為控制衡器的要
求，還會受其它一些條件的影響。例如：有一臺Max=50t的III級秤，其檢定分度值e =10kg，擬用
作控制衡器。倘若該秤雖在有效檢定期內，但離即將開展的皮帶秤物料試驗已有些時日，現稱量的
物料總共為21t（2100e），這時可能的最大絕對誤差會有30kg（3e），折合成相對誤差為1/700，該
誤差大于0.5級皮帶秤使用中檢驗誤差的1/5（即1/1000）；但若能把試驗物料量增加到30t（3000e）
以上，這時可能的最大絕對誤差仍為30kg（3e），相對誤差則降為1/1000以下，就能用作0.5級皮
帶秤使用中檢驗的控制衡器了。倘若該秤在校準后立即開展物料試驗，并把試驗物料量增加到45t（4500e）以上，可能的絕對誤差將不會超過15kg（1.5e），折合相對誤差不大于1/3000，可以用來
檢定0.2級皮帶秤。
1.5 怎樣推算控制衡器的相對誤差？—絕對誤差/實際秤量
根據相對誤差的定義，要獲得控制衡器實際的相對誤差需先知道所稱量物料的實際重量及其實
際絕對誤差，然而這只有對控制衡器進行多次檢測并記錄各秤量點的實際誤差之后才能辦到。因此，
我們通常根據控制衡器的性能指標所允許的最大誤差作為可能的絕對誤差來估算。評定非自動衡器
準確度等級的依據是其分度值數以及不同量程段所允許的最大絕對誤差（參見表1）。因此在判斷所
選控制衡器能否滿足的要求時，可按其所稱量試驗物料的重量m及相應量程段的絕對誤差E折算
為相對誤差E/m。
表1 非自動衡器在不同量程段的最大允許絕對誤差 （根據《OIML R76》）
準確度等級
載荷m及相應最大允許誤差E（以檢定分度值e表示）
（IIII）級
皮帶秤的準確度等級由其使用中檢驗時不得超過的相對誤差的百分數表示，在對其首次檢定和
后續檢定時，其最大允許相對誤差是使用中檢驗時指標的一半；對應于控制衡器所處的兩種校準狀
態，4個等級的皮帶秤要求的最大允許相對誤差δ可分為下列表2中的16種。為使控制衡器的相對
誤差滿足δ的要求，不同準確度等級的非自動衡器在每次稱量試驗物料時，物料量應不少于Wmin即
控制衡器的最小秤量，此處的Wmin不同于《OIML R76》所規定的非自動衡器最小秤量Min，一般要
來得更大。若當控制衡器的載荷m≥Wmin時，其可能的絕對誤差不大于Ec，則有Ec/Wmin≤δ，能符合充
當控制衡器的要求。
表2 不同準確度等級和不同狀態的皮帶秤跟控制衡器的匹配關系
皮帶秤
控制衡器校準狀態①（絕對允差
0.5e/1.0e/1.5e）
控制衡器校準狀態②（絕對允差
1.0e/2.0e/3.0e）
+ 現行版《OIMLR50：1997》無0.2級，此處是按修訂稿3CD:2009和4CD:2011增設的。
* 1.5e/225e表示商不大于左列相對允差值分數值的控制衡器能滿足相應的要求，其分母為要求的最小試驗物料秤
量Wmin≥225e，分子為相應量程時Ec≤1.5e，余同此。
據表2對不同準確度等級及校準狀態的非自動衡器作為控制衡器的一般適用性歸納成表3如
下：
表3 皮帶秤準確度等級及校驗狀態同控制衡器準確度等級及校準狀態的關系
控制衡器
皮帶秤準確度等級與校驗狀態
表中：., ..表示適用；...表示不適用；± 表示控制衡器在具有較多的檢定分度數時該等級才適用。
1.6 是否能以控制衡器的誤差實際值來評價其性能？—建議在嚴格監控條件下采用
上面在計算控制衡器的相對誤差時，分子中的絕對誤差Ec系按非自動衡器的最大允許誤差的指
標，實際上合格衡器的誤差很可能會更小些，這時可以適當減少最小試驗物料秤量Wmin。例如，一
臺檢定分度值e=10kg、最大秤量Max=30t的III級非自動衡器通常不能用于檢定0.2級皮帶秤，但在
對它多次仔細檢測（最好不少于20次）結果的記錄分析后發現，它在15t以下量程范圍內實際誤差
的絕對值每次都不大于5kg、在15t～30t的量程范圍內實際誤差的絕對值每次都不大于7.5kg，那么
其全量程的相對誤差就不大于1/3000，應當可以勝任稱量0.2級皮帶秤校準用試驗物料的控制衡器。
如果對控制衡器的檢測結果表明其實際誤差值長期穩定在一個較小的變動范圍內，那么采用實
際誤差而不是指標規定的最大允許誤差（必要時還可以通過引入修正值進一步縮小檢測誤差），可
在不降低對其相對誤差要求的前提下，降低對其分度值數的要求。
2．關于皮帶秤模擬載荷試驗的若干問題
2.1 如何尋求拓展模擬載荷試驗應用場合的出路？—克服皮帶效應的影響
模擬載荷試驗是指用模擬載荷裝置代替散狀物料進行的皮帶秤動態校驗。由于物料試驗對試驗
物料和控制衡器有嚴格的要求，試驗過程中需要由控制衡器對通過皮帶秤的每一次物料都計量一
次，校準工作量大、耗時長，因此模擬載荷試驗受到了廣大皮帶秤用戶的青睞。我國皮帶秤檢定規
程JJG 195-2002也訂立了相應的條款，規定可以用滾子鏈碼、小車碼、循環鏈碼等來模擬物料通過
皮帶秤的效果，可以用砝碼、掛碼、標準電信號等來模擬單位長度恒定載荷的效果。然而皮帶秤檢
定規程JJG 195-2002又對模擬載荷裝置的用途作了限制，規定皮帶秤的首次檢定或后續檢定須采用
物料試驗，而模擬載荷試驗僅用于使用中檢驗。其中還規定首次模擬載荷試驗需在物料試驗檢定后
及時進行，并找出兩種試驗結果的對應關系。這是因為在通常情況下，用模擬載荷裝置來校準皮帶
秤，其結果與實際情況有不小的差距，也難找到兩種試驗之間長期穩定的固定比例關系。
我們知道，皮帶秤的稱量對象是加載在輸送帶上的，恰好運行到稱量臺上方的那段皮帶構成了
皮帶秤承載器的“臺面”，再通過稱重托輥將其重量傳遞給稱重傳感器。由于“皮帶”通常由橡膠、塑
膠等彈性材料制成，必須將皮帶張緊使其附著于驅動滾筒的外周面上，皮帶才能在與滾筒之間的摩
擦力作用下運行。換言之，沿皮帶運行方向的切向張力是皮帶秤能夠正常工作所不能缺少的。另一
方面，皮帶在相鄰托輥之間會產生下垂，又使上述張力產生法向分力，而這種與物料重量同向的分
力會成為稱重傳感器的一種干擾力，這就是所謂的“皮帶效應”。由于整條皮帶彈性系數難以保證處
處相等，所稱散狀物料的流量也不可能始終均一，因此皮帶的垂度會隨機變化，干擾力也就難以捉
摸。
因此，想要既能避免普通物料試驗所需的巨額投資和浩繁工作量，又能使皮帶秤獲得精確校準，
無外乎在于以下兩條出路：（1）造出皮帶效應與散狀物料接近的新型模擬載荷裝置；（2）造出能夠
在很大程度上克服皮帶效應影響的新型皮帶秤。而其中后者更為根本，因皮帶秤倘若受皮帶效應的
影響小，那么對模擬載荷裝置的仿真度要求也就會放低。
2.2 是否能造出對物料試驗仿真度更高的模擬載荷裝置？—很有希望
我國許多科技工作者對皮帶秤模擬載荷試驗的改進付出過艱辛和努力。自上世紀八十年代以
來，曾有不少中國首創的模擬載荷裝置問世。例如：南京第二鋼鐵廠的皮帶秤自動校正器（專利公
告日：1988.5.25）能遠程控制棒狀碼的加卸載并對皮帶秤自動校準；白銀有色金屬公司發明的小車
碼（專利公開日：1989.5.24）和南京金杰出科技實業有限公司研制的帶增砣組合鏈碼（專利公告日：
2003.9.17）能比普通滾子鏈碼更方便地實現皮帶秤多量程點的動態校驗；北京市春海技術開發有限
責任公司創造的循環鏈碼（專利公告日：2001.2.21）在工作時能與皮帶同步運行，不像非循環鏈碼
那樣與皮帶之間存在相互運動，模擬實物的程度更高一些。然而這些常見的模擬載荷裝置都由金屬
件作為載荷，其形狀、密度、在輸送帶上的分布情況、與輸送帶的貼合狀態等等，還是與皮帶秤實
際稱量的散狀物料有較大的區別，兩者產生的皮帶效應也就不相同，以致皮帶秤獲取的重量信息也
就存在相當大的差異。
葉慶泰先生先后在《商用皮帶秤的應用理念》和《皮帶秤的量值傳遞與準確度》兩文中（均在
第五節）介紹了一種可稱之為“軟砝碼”的皮帶秤校準裝置。那是一種用控制衡器事先精確計量的袋
裝散狀物料，能在相對較長的時期內多次重復使用。軟砝碼對于散狀物料的仿真度比現有的任何模
擬載荷裝置更高，能較方便地獲得準確的重量，并容易定期或經常得到校準，且可自由地組合成不
同大小的試驗載荷量，實現皮帶秤多量程點校驗。
軟砝碼并非簡單地等同于普通的砂袋。它的包裝袋須用結實柔軟、能防潮防泄漏的材料制成；
包裝袋的容積要足夠大，讓物料能在袋內自由流動，從而很好地適應輸送帶面的形狀。
軟砝碼對校驗0.5級、0.2級等較高準確度等級皮帶秤的優勢尤其突出。例如，0.2級皮帶秤校
準時的最大允差為為1/1000，所需軟砝碼的允差應不大于1/5000，按表1控制衡器的最小秤量須不
小于10 000e。為便于搬運，每個軟砝碼的質量以20kg±4g為宜（另可備少量10kg±2g和15kg±3g
的）。這時選用最大秤量不小于20kg，檢定標尺分度數10000≤n<20000的10級工業天平（系《JJG
98-2006》規定的最低等級天平），配置1個10kg±0.5g和2個5kg±0.25g的M1級（四等）的標準
砝碼就可滿足傳遞量值的要求，為提高標準和留有余地也可用F2級（三等）砝碼。這樣的設備費用
要比大秤量的（III）級衡器還要低。
2.3
皮帶秤能否消除皮帶效應的影響？—完全有可能事實上，皮帶秤受皮帶效應的影響越小，其對模擬載荷裝置的仿真度要求也越低。我們知道，
承載器為輸送機式（如懸臂式、懸掛式、臺基式）的皮帶秤的皮帶張力不構成對稱重傳感器的作用
力，不受皮帶效應的影響，因此可以像剛性臺面的非自動衡器那樣用標準砝碼來校準。然而，承載
器為稱量臺式（如懸浮式、杠桿式）的皮帶秤，皮帶張力會形成稱重傳感器的外力，就難免不受皮
帶效應的影響。因此只有采用了能夠消除皮帶效應影響的獨特結構，方有可能應用模擬載荷裝置來
校準。
南京三埃公司發明的陣列式皮帶秤由多個獨立的單點懸浮式稱重單元連續級聯組成，這種獨特
的結構形式消除了皮帶效應的大部分影響。陣列式皮帶秤在正式推向市場之前進行了長達數年的物
料試驗，大量的試驗數據顯示，雖然每個單獨的稱重單元仍受皮帶效應的影響，但由于皮帶張力變
化的干擾對于相鄰稱重單元的作用相反，因此對于整個稱重陣列而言，除了首末兩個稱重托輥處之
外，陣列內部的皮帶效應會相互抵消。
JJG 195-2002規定，模擬載荷裝置只有重復性不大于皮帶秤自動稱量最大允差的使用中檢驗指
標的1/4時，才能開展相應準確度等級皮帶秤的使用中檢驗。另一項掛碼校準與在線料斗秤校準的
對比試驗結果也表明，對于陣列式皮帶秤而言，掛碼校準的重復性優于0.03%，與在線料斗秤的校
準結果差別基本穩定在+0.2%左右。按0.2級準確度等級要求的指標用掛碼乘以修正系數后校準陣
列式皮帶秤，再用在線料斗秤對所通過的散狀物料計量驗證，其試驗數據誤差小于±0.1%。
2010年山東日照港為碼頭散裝物料裝船計量安裝了陣列式皮帶秤，該秤嵌裝于帶寬2.2m、頭
尾輪中心距1350m、帶速4.83m/s、最大流量11000t/h的高架皮帶輸送機上，該皮帶秤整圈運行時
間約560s，Σmin=1711t。2010年7月6日安裝竣工，由于現場暫無實物標定條件，先采用掛碼標定，
調整后示值與理論值相差不大于0.025%。9天后未經任何調整進行實物標定，采用汽車衡作為控制
衡器：陣列式皮帶秤示值5026.26t、汽車衡示值5023.68t，動態自動稱量累計誤差僅0.051%。對比
試驗的結果顯示，陣列式皮帶秤的掛碼標定結果與實物標定的結果十分接近，表明用模擬載荷試驗
作為校準陣列式皮帶秤的一種實用方法，具有一定的可行性。
2.4 皮帶秤動態校驗的校驗期間隔如何確定更為合理？—建議改成彈性制
皮帶秤動態校驗的校驗期間隔包括：相鄰兩次檢定的時間間隔即檢定周期、檢定周期內的若干
次使用中檢驗的相鄰兩次時間間隔。
對于某一種計量器具的檢定周期，我國的檢定規程或法定計量技術機構習慣于規定為固定的時
間間隔，而不問其各別器具的品質以及具體使用環境和使用頻率等因素，這種一成不變的規定其合
理性已受到不少計量工作者的質疑。我們知道皮帶秤的性能與產品的型式、制造、安裝、維護和使
用都密切相關，如果用“一刀切”的辦法來規定檢定周期的長短，無論是1年、2年，還是3個月、6
個月都會出現“顧此失彼”的弊病。筆者認為皮帶秤檢定周期應當是彈性的，屬于強制檢定的，由計
量技術機構主管根據具體的設備和環境狀況確定其檢定周期長短，不妨在皮帶秤投入使用的初期定
得短些，若期滿時仍能保持合格的性能，下一周期就可適當延長，否則就應縮短。
為了監控好處于檢定周期內的皮帶秤應當開展使用中檢驗，并合理安排使用中檢驗的頻率。當
皮帶秤的耐久性和使用條件較優時，相鄰兩次的使用中檢驗間隔可以長些，反之則應短些。使用中
檢驗可以采用模擬載荷試驗。如果試驗結果超出相當于檢定時要求的指標，而沒有超出相當于使用
中檢驗時要求的指標，應縮短相鄰兩次的使用中檢驗間隔。如果試驗結果超出相當于使用中檢驗時
要求的指標，就應重新開展檢定，校準其準確度，即使皮帶秤距上次檢定沒有多少日子。反之，只
要不超差，即使皮帶秤距上次檢定已有相當時日, ，仍可暫不檢定。
3．結論
判斷皮帶秤的控制衡器能否滿足物料試驗的要求，不僅要考察其準確度等級，還要顧及它在稱
量試驗物料時所用到的量程。對于不同準確度等級的皮帶秤檢定時抑或使用中檢驗時，所選用控制
衡器的準確度等級、最少檢定分度數、最小秤量、最大秤量和被校準狀態等也有不同的要求。任何
非自動衡器一般都不可能在其全量程范圍內都滿足控制試驗物料規定誤差的要求，硬性強求是不必
要的，也是做不到的。檢定分度數在5000以下的III級非自動衡器，若不在物料試驗之前立即校準
或檢定，不能作為0.5<, SPAN style="FONT-FAMILY: 宋體; mso-ascii-font-family: Calibri; mso-hansi-font-family: Calibri; mso-fareast-theme-font: minor-fareast; mso-fareast-font-family: 宋體; mso-hansi-theme-font: minor-latin; mso-ascii-theme-font: minor-latin">級和0.2級皮帶秤的控制衡器。但只要做到即時校準，就有可能滿足0.5級和
0.2級皮帶秤控制衡器的要求。
目前，模擬載荷試驗的應用場合之所以受到限制，其原因主要在于皮帶效應。若研制出的新型
皮帶秤能消除皮帶張力變化干擾的影響，或者新型模擬載荷裝置的皮帶效應與散狀物料相仿，將為
拓展模擬載荷試驗在生產現場的實際應用帶來希望。
