据说最古老的计量器具是在上埃及的拿嘎达（Nagada）发现的圆柱形砝码，估计距今约5000年，大约到了19世纪，才出现了基于杠杆原理发展起来的等臂桥秤、不等臂桥秤、地秤，例如德国在1888年就造出一台100t的秤，用它来称量过大炮和装甲车。
为了能快速自动地称量散状物料，英国艾弗里（Avery）公司生产了利用可多次定量称量自动料斗秤（称为计数秤），并在1880年获得型式批准，他是用于整船装货计量。
而类似用于整船装货的输送设备中，常常要用到皮带输送机，人们自然就会想到是否可以在皮带输送机上直接安装一台秤，让他在皮带输送机一边输送物料一边进行计量。
图1：在美国梅里克公司网站上截取的历史资料
1908年，美国一个年轻人赫尔伯特·梅里克（Herbert·Merrick）发明了一种皮带输送机使用的称重设备，那是世界上第一台根据皮带速度和重量用机械方法进行计算的动态称重设备，这一发明完全改变了原有测量固体物料流量的方法（参见图1）。这种根据重力测量固体物料流量的设备后来被称为梅里克型机械式皮带秤。赫尔伯特·梅里克用这项发明成立了梅里克（Merrick）公司，开始生产皮
我们在德国申克 (SCHENCK) 公司的历史回顾资料中，曾看到“1902年，皮带秤”这一段产品编年史（见图2），表明该公司1902年就有皮带秤产品，但未看到更详细的叙述。
图2：德国申克公司中文演示文稿
如果我们以较为详细的历史资料（图1）作为第一台皮带秤问世年份，那么皮带秤的发展历史到今天就整整一百年了。本文将借助一些资料了解一下机械式皮带秤的结构及原理，这样可能更加深我们对皮带秤现状的了解和未来的期望。
图3：梅里克型机械式皮带秤的工作原理
图4：梅里克型机械式皮带秤的积分轮
图5：经过改造的梅里克型机械式皮带秤
梅里克型机械式皮带秤
赫尔伯特·梅里克发明的世界上第一台皮带秤被称为梅里克型机械式皮带秤，当然我们现在找到的可能不是这第一台的资料和图片，但是其基本原理和结构应该是差不多的。图3表示的是工作原理图，图4是在梅里克公司网站上找到的照片。图3中，关键的设备是一个积分轮，秤架上的物料荷重通过机械转换装置转换成积分轮转轴的倾斜角度q，在积分轮的轮子外缘的圆周上装有多个小滚轮，小滚轮可在一根转动的小皮带的带动下旋转，从而带动积分轮的转动，积分轮转动时，其轴旋转从而使计数器工作。带动小滚轮旋转的小皮带则由安装在输送机皮带上的测速传感器驱动，所以输送机皮带速度越快，小皮带的速度也越快。但是积分轮转轴旋转的速度取决于两个因素，一个是小皮带的速度，另一个是积分轮倾斜的角度（根据原理我们可以分析：当秤架上的物料荷重越大时，积分轮倾斜的角度q越大，在小皮带同样速度带动下积分轮的转动速度越快；当秤架上的物料荷重为零时，q成0°，在小皮带同样速度带动下积分轮的转动速度也为零），所以积分轮转轴旋转的速度代表了秤架上的物料荷重与输送机皮带速度的乘积。图4照片中央就是积分轮，在积分轮的轮子外缘的圆周上可以看到装有多个小滚轮，带动小滚轮旋转的小皮带应该是围绕积分轮四周竖向安装，而在积分轮的正前方的一根横杆上装有5位数的计数器，其显示值代表了积分轮转轴旋转的累计圈数。由于完成积分运算的整套装置是安放在生产现场，所以它是安装在一个密封型的金属外壳里的。
图5是经过改造的梅里克型机械式皮带秤，由图可见，其机械部分应该是基本保留了，但增加了电信号处理及输出。
图6：德国申克公司的机械式皮带秤的工作原理
其他公司的机械式皮带秤
德国申克公司的机械式皮带秤
德国申克公司的机械式皮带秤工作原理见图6，秤架系统为5托辊单杠杆式，秤架上的物料荷重经过杠杆系统传递到摆铊装置上，根据皮带速度和秤架的长度，周期性地，例如每4 秒一次把倾斜杠杆止动固定住，固定下来的偏转量通过扫描装置，再经齿轮机构传递给具有数字显示的计数器，计数器把每次的测量值累加，得到总的输送量，倾斜杠杆的周期性止动是由与皮带输送机的驱动装置相连接的控制轴控制的。秤架长度为4~8m，皮带速度为1~2m/s，据称该秤的最大称量偏差为0.5%~1.0%。
从上面的介绍可以分析出德国申克公司的这种机械式皮带秤采用累计方式不是积分法，而是累加法，与我们今天每秒钟累加成百上千次的微处理机式累加法不同的是，其累加周期长达4秒，正好是上面列举的秤架长度（4~8m）与皮带速度（1~2m/s）相除后得到的时间：
秤架长度/皮带速度=（4~8m）/（1~2m/s）=4 s
据此，我们可以判断该秤累加运算的思
球盘式机械皮带秤
图7：球盘式机械皮带秤的工作原理
皮带输送机秤架上物料的荷重转换成圆盘上圆球的某个位置，物料的荷重越大，圆球的位置越远离圆盘的圆心，圆盘的轴是由皮带速度驱动的，所以圆球的旋转速度是由圆盘的角速度（即皮带速度）和圆盘上圆球的位置决定的。皮带速度越快，圆盘的角速度就越大；物料的荷重越大，圆球的位置越远离圆盘的圆心，使球旋转的线速度越大，圆球转动的速度越快；圆球的旋转同时带动了圆柱体旋转，圆柱体又通过一套齿轮机构与计数器相连，因此，计数器跳字的速度与物料的荷重及皮带速度的乘积成正比，其工作原理见图7。
锥轮式机械
皮带秤
图8：锥轮式机械皮带秤的工作原理
皮带输送机秤架上物料的荷重转换成圆锥体上圆盘的某个位置，物料的荷重越大，圆盘的位置越向右，即越靠近圆锥体直径较大的下部，圆锥体的轴是由皮带速度驱动的，所以圆盘的旋转速度是由圆锥体的角速度（即皮带速度）和圆锥体上圆盘的位置决定的。皮带速度越快，圆锥体的角速度就越大；物料的荷重越大，圆球的位置越靠近圆锥体直径较大的下部，使圆盘旋转的线速度越大，圆盘转动的速度越快，圆盘的旋转轴带动计数器跳字也越快，因此，计数器跳字的速度与物料的荷重及皮带速度的乘积成正比的，其工作原理见图8。
国产机械式皮带秤
图9：国产滚轮式皮带秤的工作原理图
中国的衡器业在解放以前虽然也有少数几个工厂，但主要从事衡器维修和最简单的衡器制作，皮带秤这一块完全是空白。解放以后，辽宁大连衡器厂、江苏徐州衡器厂、山西长治衡器厂先后从上世纪五十年代到七十年代开始生产滚轮式皮带秤。由于北京起重运输机械研究所、营口仪器三厂从上世纪六十年代开始研制出DZCB型电子皮带秤并逐步取代机械式皮带秤，所以直到上世纪八十年代，国内机械式皮带秤才基本淘汰。但作者2007年在云南边远山区的中型铜矿山的生产现场，仍然看到了一台机械式皮带秤的遗迹，他是刚刚被电子皮带秤取代，而其积分圆盘及其箱体仍保留在现场未拆走。
图9是国产滚轮式皮带秤的工作原理图，滚轮式皮带秤是由重力传递系统、滚轮、计数器和速度盘等组成。通过安装于回程皮带上方的传动轮及一系列传动齿轮的传递，速度盘以与皮带速度成正比的速度转动；将皮带运输机的两组托辊取下并安装在秤架上，经过几级杠杆的传力，再通过象限杆、拉杆的传递，改变了滚轮在速度盘上的位置，也就改变了滚轮转动的速度。滚轮转动时，又通过齿轮的传递使计数器跳字，记下皮带上通过的物料总量。当皮带上没有物料时﹐滚轮靠近速度盘中心﹐滚轮转速为零﹐计数器不累计﹔当皮带上有物料时﹐滚轮随着重力变大向速度盘外缘移动﹐因速度盘外缘处的线速度大，滚轮转动加快，从而带动计数器跳字速度加快。国产滚轮式皮带秤的主要参数为：皮带速度：0.1~1.6m/s，称量段长度：2.0m，皮带宽度：500~1400mm。
皮带秤的未来展望
随着传感器技术、电子仪表技术的发展，可以输出电信号的速度传感器及称重传感器迅速取代了机械式皮带秤的相应机构，而对速度、重量信号进行放大处理及实现各种运算都可以放在电子仪表中完成，称量精确度提高了，秤架结构简化了，因此电子皮带秤迅速全面地取代了机械式皮带秤。但机械式皮带秤在其长达六十年左右的发展过程中也为皮带秤的使用积累了丰富的应用经验，没有机械式皮带秤的昨天，就没有电子皮带秤的今天。
回顾已经走过的一百年，我们看到皮带秤的应用已经越来越广泛，并且在各类涉及动态称重的衡器中占据主导地位。展望未来，皮带秤的发展应该集中体现在以下几个方面：
高精确度、高可靠性的新型速度传感器及称重传感器的应用；
类似倾角传感器、位置传感器等新检测内容的传感器将加入到皮带秤的应用中；
二次仪表的智能化、总线化、无线传输化；
皮带秤新型检定方式的开发和实际应用；
皮带秤称重理论的深入研究。
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