1 前言
据资料记载，我国最早的衡器出现在夏朝(公元前 2033年-公元前1562年)，夏朝是中国第一个王朝，开始有了货币，建立了赋税制度，也出现了金属器具。现在分析货币是用于商品交易，赋税制度需要缴纳一定数量的农作物，应该已经使用了衡器。《史记·夏本记》有：禹“身为度，称以出”，这说明了大禹治水时不但经过丈量，而且在丈量的过程中还有一个统一的长度和重量标准。
图1 战国时期的衡器-铜环权(1、木衡杆；2、铜盘；3、环权)
目前发现时代最早的完整衡器实物，应该是1959年在长沙左家公山出土的一套战国时期的衡器-铜环权(图1)。这套衡器为公元前四世纪到三世纪的制品，他包括一件木衡杆和九枚环状铜权。木衡杆上没有刻度，正中央有提纽，两边各挂一个铜盘，使用方法类似今天的等臂天平，通过增减环权来称出被称物品的重量。秤杆由木衡杆和两个铜盘组成,木杆呈扁条状,长27cm，中间一孔，穿丝线为提纽。铜盘直径40mm，边缘有4个对称小孔，穿丝线后分别系于秤杆两端，成提纽天平。环权共9枚，自小至大重量为0.6g、1.2g、2.1g、4.6g、8g、15.6g、31.3g、61.82g、125g，这是非常难得的一组古代成套衡器。
虽然我们拥有悠久的衡器历史，但作为现代衡器来说，由于工业发展滞后，起步也实在是太晚了。据资料介绍，我国于1918年出现了修理外国台秤的作坊，1922年上海“岑南德记台秤修理厂”开始仿造台秤，1924年“天津市明权度量衡厂”成立，从事修理台秤业务。
解放后，由轻工业部归口管理衡器行业，据1952年统计，当时衡器行业只有15家国营企业，员工总计仅有2100多名，200人以上的企业有长春、沈阳、南京等度量衡厂，这就是新中国衡器行业起步时仅有的基础。
随着我国国民经济的恢复和发展，从五十年代末到六十年代中期新建了一批有一定规模的衡器厂，衡器行业才有了一个基础。从六十年代开始，我国自行设计制造大型、专用衡器，衡器行业的生产也上了一个台阶。
解放前及解放后的前几年，我国的衡器业在皮带秤这一块完全是空白，五十年代中期开始，我国才有了国产第一台机械式皮带秤。
本文主要回顾国产电子皮带秤的发展历史，但电子皮带秤是在机械式皮带秤和机电结合式皮带秤的基础上发展起来的，因此将首先介绍国产机械式皮带秤和机电结合式皮带秤的发展。为了使本文内容尽量真实反映历史，作者向很多经历过这段历史的老同志了解，他们热情地介绍了很多当时的研制过程和细节，有的老同志还寄来多达十几页的书面材料，这些老同志的认真和负责态度使作者深受感动，为此向他们表达真诚的谢意！
2、国产机械式皮带秤
1954年，辽宁沈阳衡器厂试制了国产第一台梅里克型GL机械滚轮式皮带秤；随后，辽宁大连衡器厂、江苏徐州衡器厂、山西长治衡器厂也陆续生产PGL滚轮式皮带秤。由于这两种型号的机械滚轮式皮带秤对设计选用提出了较多的限制条件，比如皮带输送机的总长度最短不小于13m，最长不大于100m(GL型110m)；皮带速度范围0.1-1.6m/s(GL型0.3-2.0 m/s)；不能用于皮带输送机断面有凹弧段、有移动式卸料小车的场合；皮带上每米物料量的负荷要求大于一定值(如皮带宽度650mm 以下每米物料量的负荷应大于8kg)；物料瞬时流量大部分时间(85%以上)在50%-100%范围内才能保证1%的称量精确度。再加上因机械磨损造成的维护量大、信号不能远传、实际使用精确度低等原因，应用范围非常有限。但是，我们也不应低估国产机械滚轮式皮带秤的历史地位，因为正是机械滚轮式皮带秤的生产和使用，使我国有了第一批了解皮带秤工作原理、应用范围、安装调试要求、现场检定的技术人员，同时，这也为电子皮带秤日后的推广应用奠定了基础。图2为国产机械滚轮式皮带秤结构图。
图2 国产机械滚轮式皮带秤结构图
到1979年，由当时的旅大市标准计量管理局起草，经国家计量总局批准，发布了《滚轮式皮带秤试行检定规程》,并于1980年5月1日起试行，这是我国第一份有关皮带秤的规程。
3、一个过渡产品-机电结合式皮带秤
由于生产过程不仅需要物料进行计量，在一些环节还需要对瞬时流量进行自动控制，以维持流量的恒定；这就需要物料的瞬时流量是标准信号，例如电信号或气动信号。而纯机械式皮带秤无法提供这类信号。这时国内出现了一种磅秤整机称重式电子皮带秤，他将一条输送物料的短皮带输送机的整体放在磅秤上，当短皮带输送机上没有物料时，进行磅秤的调零，使磅秤的标尺处于水平位置；当短皮带输送机上有物料时，磅秤的标尺离开水平位置向上移动，测量标尺的位移或受力，就可以得到物料的瞬时流量信号。
在南京钢铁厂等单位1966年11月内部印刷的资料“黄铁矿烧渣综合利用中温氯化法半工业性试验报告”中，介绍了沸腾炉料量计量及自动调节系统的试验及应用情况。如图3所示，短皮带输送机是放在磅秤台面上，磅秤的标尺左端压上重码，使标尺处于较低的位置；在标尺的右端装有差动变压器，其线圈绕组是固定在一个底座上，而铁芯则随标尺的位移而上下移动。当短皮带输送机上无料时，将标尺的位置调整到使铁芯位于线圈绕组的中间，差动电势信号输出为零；当短皮带输送机上有料时，标尺的位置将上移，铁芯偏离线圈绕组的中间位置，产生差动电势信号输出；短皮带输送机上物料越多，差动电势信号输出越大。为了改善差动电势信号输出的线性度及调整量程，在标尺上增加了弹簧，使用初期最大量程为2t/h，后加粗弹簧，量程增大到3t/h，如果需要还可再加大到5t/h。差动电势信号输出送至ECY型电子差动仪显示，然后通过调节使其控制直流电机的转速，从而实现料量的自动调节。
图3 磅秤整机称重式电子皮带秤
1、重码；2、弹簧；3、阻尼罐；4、短皮带输送机；5、磅秤台面；6、铁芯；7、线圈绕组；8、标尺
上世纪六十年代末，南昌有色冶金设计研究院在广东石箓铜矿离析窑窑尾混合料自动控制系统中设计了计量系统，短皮带输送机是放在磅秤台面上，磅秤的标尺可上下移动的一端与气动单元组合仪表的QBC-200差压变送器的推杆相连，这样短皮带输送机上物料的多少可以转换成差压变送器的推杆受力的大小，从而输出一个标准的气动信号，经过气动PID调节器运算和气/电转换，通过可控硅电压调整器控制作为给料机的电振机的给料量，达到自动调节的目的。其资料介绍，磅秤最大秤量为500kg，而物料量的最大载荷只有25kg，相当于最大秤量的1/20。
江苏苏州望亭电厂上世纪五十年代建厂时使用了机械式皮带秤(据介绍称量托辊共有8组)，在使用近20年后改装成机电结合式皮带秤，用DDZ-II型变送器测力，在电子式二次仪表中显示测量数据，统计12 次实物试验的数据，平均误差为0.84%。
4、国产电子皮带秤
4.1 称重传感器
1936年-1938年，美国加利福尼亚理工学院教授E.Simmons(西蒙斯)和麻省理工学院教授A.Ruge(鲁奇)分别同时研制出粘贴型纸基丝绕式电阻应变计，由美国BLH公司专利生产。BLH公司和Revere公司利用上述电阻应变计研制出的应变式称重传感器，用于工程测力和称重计量，成为应变式称重传感器的创始者。第一台应变式载荷传感器的问世是1940年，50年代国外才有了较多的工业应用。据了解，中国航天科技集团702所等单位从1957年开始研制，1958年开始生产应变式称重传感器，最早的应变式称重传感器非常简单，甚至连温度补偿也没有，但毕竟我国科技人员已经走出了关键的第一步，也为国产电子皮带秤的研制准备了必要的条件。
4.2 六十年代-国产电子皮带秤的研制阶段
1964年，国家科委在北京组织召开起重运输机械十年发展规划，会议讨论了在物料输送由包装运输向散装运输发展的趋势下，需解决皮带输送机如何在输送物料时实现计量这一课题。因此要求研发电子皮带秤，并将这一任务交由北京起重运输机械研究所承担；当年一机部重矿局正式将该项目作为局管重点课题，下达北京起重运输机械研究所，并成立了由孙邦杰、郑时声、周天恩、郑齐信等组成的课题组。在当时国内尚无电子皮带秤样机和相关资料的条件下，课题组依靠以往测试工作的经验积累，参考机械皮带秤的工作原理，初步选定的技术方案如下(见图4)：
①力传递系统：轴承作杠杆支点的单托辊式秤架，可调整砝码平衡皮重；
②测力元件：箔式应变片测力传感器；
③测速元件：永磁式直流测速发电机；
④信号放大：晶体管差分放大电路；
⑤积算电路：电压/频率转换后由步进脉冲计数器累计积算。
图4 国产第一台电子皮带秤的技术方案
1965年，课题组在首钢烧结厂配料车间进行了现场试验，试验时采用的物料试验方法是“托盘法”(即用恒定长度的托盘从皮带输送机上取出皮带上恒定长度的物料进行称重，由此推算出物料的瞬时流量与显示的瞬时流量进行比对)。
六十年代，新产品的研制要“走出去，厂所结合”，按国家仪表总局的行业规划，安排营口仪器三厂为电子皮带秤的归口生产厂。1966年初，北京起重运输机械研究所派5位工程技术人员到营口仪器三厂搞三结合研制；因文化大革命开始，北京起重运输机械研究所仍留下2人在极其困难的条件下坚持工作，1967年初完成样机试制任务，样机随即在吉林长春第一汽车厂自备电厂输煤系统安装、调试、试运行。所称量物料为破碎后的燃料煤，最大输送量100t/h；皮带宽度650mm；皮带速度1.6m/s；皮带输送机倾角15°-16°；皮带长度80m左右。
试运行过程中，采用0.1%精确度的机械轨道衡称量燃煤，然后卸在经清扫过的煤仓内，再经过电子皮带秤计量，从而考核其精确度和稳定性。通过约一个月的试运行，证明这台样机基本成功，称量精确度在1%左右。1967年二季度，在长春举行电子皮带秤样机试运行鉴定会，鉴定会由国家仪表总局主持，国家仪表总局、中国计量科学研究院、辽宁省仪表公司组成鉴定领导小组，参加会议的有冶金部、煤炭部、化工部、粮食部、电力部、交通部等领导和相关使用部门及科研、设计单位。会议认为，国内第一台电子皮带秤样机的产生开创了国内动态电子称重的第一步，实验证明产品性能基本达到要求。
随后产品由营口仪器三厂生产，早期的型号为DZCB-2(后改为 DZCB-2A)。1969年，北京起重运输机械研究所与上海华东电子仪器厂合作研发配料用电子皮带秤系统，用户为广东韶关凡口铅锌矿选矿厂，系统由电子皮带秤、DDZ-II型单元组合仪表、直流调速电机等组成，通过调整皮带速度维持物料量的恒定。该设备1970年用于南京梅山9424工程焦化、烧结生产过程的物料配料，1971年用于上海冶炼厂援助阿尔巴尼亚工程的物料配料。稍后，华东电子仪器厂开始生产计量用电子皮带秤，早期的型号为DCB-I。
稍晚一点，上海工业自动化仪表研究所柯毓林、肖衍雄研制的电子皮带秤交由上海衡器厂生产，早期的型号为 DBC-I。六十年代末期，国内只有营口仪器三厂、上海华东电子仪器厂、上海衡器厂这三家生产电子皮带秤。
这一时期的秤架结构单一，均为带平衡重的单托辊秤架，制作较为粗糙，配用的称重传感器为简单的圆柱形，精确度仅能达到0.5%，可靠性、稳定性均较差，累计器为以锗晶体管和电磁机械计数器为主要元件的仪表，温漂、零漂严重，晶体管等元件极易损坏，电磁机械计数器容易卡字，使用寿命短，因此应用不尽人意。但我们毕竟迈出了第一步，有了自己的电子皮带秤产品，也诞生了第一批从事电子皮带秤科研、生产及应用的人才队伍。
4.3 七十年代-国产电子皮带秤的起步阶段
六十年代国产第一台电子皮带秤研制成功之后，七十年代电子皮带秤开始真正应用到工业生产，并先后开始新型秤架结构的研制和国内第一台电子皮带秤的统一设计。
1971年，鞍山矿山设计院(现鞍山黑色矿山设计研究院)孙庆和先生、首钢烧结厂杨志录先生等组成的三结合试验小组，在首钢烧结厂进行了配料过程电子皮带秤计量及自动调节的试验工作，他们先后研制出采用十字簧片支点的带平衡重的单托辊单杠杆秤架、悬臂式秤架、整机式秤架，包括调节器在内的二次仪表采用国产电动单元组合仪表 DDZ-II型仪表的mV放大器、单针指示仪、比例积算器、调节器。1971年11月实现了自动称量，1972年4月配料自动调节系统投入运行，悬臂式秤架于1972年6月实现了自动称量，７月配料自动调节系统投入运行，整机式秤架1980年投入运行。图5为首钢烧结厂单托辊单杠杆秤架在现场的运行照片。
图5 首钢烧结厂单托辊单杠杆秤架在现场的运行照片
1972年，辽宁水泥自动化所孙秉礼先生(后调到合肥水泥研究设计院)针对水泥生产过程中磨机配料自动化，设计了由悬臂式秤架组成的恒速定量给料秤，首先应用于解放军6006水泥厂磨头给料计量，包括调节器在内的二次仪表采用国产电动单元组合仪表DDZ-II型仪表的mV放大器、单针指示仪、比例积算器、调节器。初期没有买到电阻应变式称重传感器，采用了DDZ-II型仪表的压力变送器，使用效果不行。后来买到电阻应变式称重传感器，实验效果才比较满意。1976年，孙秉礼先生改进后的悬臂式秤架在天津市水泥厂投运，这一次的改进包括采用扁钢组成稳固的刚性框架结构，改进了簧片支点结构，采用摆线减速电机代替齿轮减速电机，改动了环形皮带的拆装方式及深入研究了电振给料机的控制特性，从而使秤体总重从340kg减少到260kg，系统运行平稳，计量及控制精确度提高。后来该项成果先后转让给湘乡无线电厂、无锡计算机厂(后为无锡建材电子设备厂)生产。
1978年起，孙秉礼先生又开始研制调速定量给料秤，即定量给料秤本身的速度不再是恒定的，而是根据物料量的多少而调速的。
1974年，一机部组织了仪表行业质量检查，发现了电子皮带秤生产及使用中的一些主要问题。1975年4月起，由上海工业自动化仪表研究所牵头，成都科学仪器厂、营口仪器三厂、华东电子仪器厂参加组成了一机部电子皮带秤联合设计组，进行统一调研和设计，产品型号为GGP-10，要求该产品“五统一”，即规格型号、技术标准、测试方法、安装尺寸、易损部件五个方面统一，主要负责研制工作的是上海工业自动化仪表研究所肖衍雄、顾瑞良。秤架为带平衡重的单托辊单杠杆秤架，配用0.3%精确度的GZB型称重传感器，1976年由成都科学仪器厂试制了三台样机，1977年3月开始在广州氮肥厂安装调试及试运行，取得了静态误差0.4%，动态挂码试验0.6%，多根链条模拟试验0.6%，物料试验0.6%的实验结果。营口仪器三厂也试制了三台样机，在上海通过了全性能考核。1978年5月，由一机部主持在成都召开了“GGP-10电子皮带秤产品全国鉴定会”，会后一机部要求GGP-10电子皮带秤投入批量生产。
1979年，长沙黑色矿山设计研究院刘玉松、李登涛先生为首的技术人员与湘潭钢铁厂计量所合作，研制一台双杠杆多托辊电子皮带秤(秤架结构见图6)用于湘钢焦化厂与炼铁厂之间的焦炭交接计量，从而开启了国产高精确度计量皮带秤秤架的研究工作。因为在此之前，国内仅有带平衡重的单托辊单杠杆秤架、悬臂式秤架这样两种秤架结构，均难以用于高精确度计量皮带秤，双杠杆多托辊电子皮带秤的研制标志着高精确度秤架在中国开始起步。
图6 国内研制的第一台双杠杆多托辊电子皮带秤秤架
在单托辊电子皮带秤使用精确度达不到要求及现场皮带输送机运行状况较差的情况下，1979年起，东北电管局技改局、徐州衡器厂、沈阳电厂、辽宁电厂、清河电厂等单位联合研制JSPC-1型悬臂式计量用电子皮带秤，试图采用单独设置的计量皮带机来提高电子皮带秤的使用精确度，该秤曾在电厂应用过一段时间。
4.4 八十年代-国产电子皮带秤的初步发展阶段
七十年代国产电子皮带秤进入起步阶段之后，八十年代国产电子皮带秤进入初步发展阶段，如一批新型电子皮带秤研制成功、几套皮带秤系统试验装置建成、国外电子皮带秤生产技术的全面引进和第一批电子皮带秤标准的制定。
4.4.1 一批新型电子皮带秤研制成功和皮带秤系统试验装置建成
1981年11月，冶金部科技办在湘潭钢铁厂召开了“带宽一米水平安装多托辊电子皮带秤”科研成果鉴定会，该秤采用双杠杆6托辊秤架(见图6)，二次仪表采用国产电动单元组合仪表DDZ-II型仪表的mV放大器、比例积算器、电子电位差计等组成，鉴定精确度为满值1%。
但在研制过程中发现，由于受生产现场条件的限制，很多试验项目无法进行；所以长沙黑色矿山设计研究院又与衡阳运输机械总厂合作，于1981年11月在衡阳运输机械总厂建成了我国第一套皮带秤系统试验装置(见图7)，并开始试验工作；该装置由5条送料皮带机2条试验皮带机、贮料仓、称重料仓等组成。试验皮带机1为皮带宽度1000mm的水平皮带输送机；试验皮带机2为皮带宽度800mm、倾角可在0°～18°范围内变化的皮带输送机，皮带速度也分档可调，有0.51、1.1、1.91、3.3m/s四种速度。通过分料漏斗的切换，可确定是在试验皮带机1还是在试验皮带机2上进行试验。
图 7 我国第一套皮带秤系统试验装置
1982年6月，由湖南省机械局主持，对长沙黑色矿山设计研究院、衡阳运输机械总厂研制的DDPC-4S水平安装多托辊双杠杆式电子皮带秤进行了科研成果鉴定，该秤采用双杠杆6托辊秤架，称重传感器采用余姚仪表二厂生产的0.05%高精度柱环式传感器，二次仪表采用成都科学仪器厂生产的GGP-10电子皮带秤的累计器，所鉴定的电子皮带秤的最大输送量为420t/h，皮带宽度为1000mm，皮带速度为1.68m/s，皮带输送机倾角为0。鉴定结论是该秤在20%～100%量程范围内达到当量精确度 1%的指标。这次鉴定皮带秤系统试验装置发挥了巨大作用，鉴定之前就进行了1500次以上每次物料重量多达10t的物料试验，而在鉴定进行的三天时间内又进行了近百次每次物料重量多达10t的物料试验，如果没有皮带秤系统试验装置，这么多的物料试验是根本不可能完成的。
1984年1月，由湖南省机械局主持，再次对长沙黑色矿山设计研究院、衡阳运输机械总厂研制的DDPC-4S多托辊双杠杆式电子皮带秤进行了科研成果鉴定，这次的主要改进是采用了湖南计算机厂曹连芃主持研制的WPC-1型微机化二次仪表，仪表CPU采用了Z-80，在功能上增加了自动测量动态皮重、自动去皮、一次性标定、自动计算量程系数等功能，秤架是可倾斜安装的双杠杆4托辊秤架，测速采用光电型传感器，鉴定结论是该秤在20%-100%量程范围内达到当量精确度0.5%的指标。
1981年初，上海工业自动化仪表研究所肖衍雄等人开始了GGP-50 电子皮带秤的研制工作，第一台样机首先安装在上钢五厂，随后又在上海热电厂、上港七区进行运行考验，秤架是倾斜安装的双杠杆4托辊秤架，1982年11月该秤通过了鉴定，鉴定结论是该秤在20%-100%量程范围内达到当量精确度0.5%的指标，鉴定后GGP-50电子皮带秤又交给成都科学仪器厂生产。其中在上港七区使用的两台GGP-50 电子皮带秤经上海市标准计量局鉴定，并经船方、港方、货方公认，从1983年3月起，准予以0.5%的精确度作为商业性计量收费秤使用。
南京电脑计量设备公司也从1982年起研制采用双杠杆多托辊秤架的BSM电脑皮带秤，1984年通过了由南京市科委组织的技术鉴定，1986年通过了由冶金工业部组织的技术鉴定，1987年5月国家科委成果局召开了BSM电脑皮带秤成果推广会。在此期间，还第一个获得了国家计量局型式批准的皮带秤定型鉴定证书。
1985年年底，成都科学仪器厂的皮带秤动态系统试验装置建成，该实验装置由三条不同倾角的试验皮带机、贮存料仓、称重料仓、计算机数据处理系统及大型显示器组成，由于试验皮带机的张力可调、皮带速度可调，因此可对皮带秤进行不同物料、不同粒度、不同皮带张力、不同皮带速度、不同皮带机倾角等条件下的实物试验。
在中国计量科学研究院罗才生先生等人的努力下，1985年开始，安徽铜陵无线电厂建设一套高标准的的皮带秤试验装置，挂牌为安徽省电子皮带秤测试中心；1995年起曾由国家级机构授权可出示鉴定中心证书，1997年起，因为铜陵无线电厂产权变动，电子皮带秤测试中心停止工作，后被拆除。
4.4.2 国外电子皮带秤生产技术的全面引进
八十年代的另一个重要进展是国外电子皮带秤生产技术的全面引进，营口仪器三厂1983年从日本大和(YAMATO)公司引进电子皮带秤制造技术，随后上海华东电子仪器厂从美国梅里克公司、徐州衡器厂从美国拉姆齐(RAMSEY)公司，承德自动化计量仪器厂、成都科学仪器厂、常熟衡器厂联合从德国申克(SCHENCK)公司先后引进电子皮带秤制造技术，促进了国内电子皮带秤制造厂的技术改造。
4.4.3 第一批电子皮带秤标准的制定
1984年编制完成机械工业部专业标准ZBY281-84“电子皮带秤”，1987年编制完成国家标准GB7721-87“电子皮带秤”，1989 年编制完成国家计量检定规程 JJG650-90“电子皮带秤”。
5、结束语
从上世纪九十年代到今天，国产电子皮带秤的进入了一个全面发展阶段：电子皮带秤应用的数量、应用形式的多样列入世界前茅；秤架结构更加多样化，悬浮式秤架、直接承重式秤架、多托辊双杠杆式秤架的普遍应用；微机化二次仪表的开发和功能优化；以循环链码和实物砝码叠加校验法为代表的国内自行开发的模拟校验方法取得较大的进展；皮带秤应用技术得到普遍重视；1995年编制完成了国家标准GB/T7721-1995“电子皮带秤”，2002年编制完成了新的国家计量检定规程JJG195-2002“连续累计自动衡器(皮带秤)”，新的国家标准GB/T7721-2017已于2017年12月19日发布，2018年7月1日实施。
回顾40多年来国产电子皮带秤的发展历史，一方面感慨当年第一台国产电子皮带秤研制的艰难，另一方面又感慨这40多年发展的迅速。但我们还应该看到我国电子皮带秤的发展水平与先进国家的产品还是有一定差距。只要大家努力，在不久的将来，国产电子皮带秤的水平一定会达到世界顶峰的。
作者：方原柏
