1概述
電子定量稱重包裝秤（以下簡稱電子秤）‚國外在70年代中後期開始用生產。美國、西歐一些國家首先對機械秤進行了機電結合式的電子化改造。隨著工業自動化、智能化水平的提高‚電子秤有了快速的發展。我國生產電子秤始於190年‚稱重範圍在20～10kg之間。近幾年‚我國對糧食、食品的小包裝技術‚引起了不少行業的關注。開展先進計量技術的研究‚發展稱重包裝機械產品是我們近期十分迫切的任務。
2關於計量精度和最大允許誤差的規定
關於計量精度的標準‚國際法製計量組織（OIML）對自動秤和非自動秤的最大允許誤差及準確度等級作了統一規定。我國的電子秤多為半自動產品‚也基本上采納了OILM組織的有關規定。
所謂計量精度是指被稱重的物料計量時的實際重量與標準值（一般用砝碼校正）接近的程度；計量誤差是指被稱重物料的實際重量與標準值偏離程度的量化指標‚計量誤差越小‚計量精度越高。我國國家技術監督部門將衡器的準確度等級分為0∙1～0∙5六個等級。目前國內電子秤的準確度等級較好的能達到0∙5級‚即在首次檢定時靜態（砝碼）最大允差為±0∙13％‚動態（物料）最大允差為0∙25％。相當於非自動衡器中的準確度級‚即Ⅲ級（商品）秤的準確度。
3稱量過程中的主要矛盾
電子定量稱重過程是一個動態過程‚而要準確計量物料的重量使其盡量接近標準值‚就需要使動態過程向靜態或穩定趨近。為此‚在產品設計時‚從電氣控製及機械結構方麵都將計量過程分為兩個階段‚既粗喂料階段和細喂料階段。前者保證稱重的速度；後者保證稱重的精度。這樣可能產生兩種情況：一是保證計量精度但稱量速度不高；或是有較高的稱量速度而計量精度不易保證。
就我國現狀而言‚目前稱重範圍29～10kg的電子秤‚計量精度和速度以及其他性能指標‚與國外同類產品接近。但是20kg以下的小計量電子秤‚尤其是0∙5～5kg的計量‚與國外同類產品相比有一定的差距。
影響電子秤的計量速度和精度因素較多‚概括起來有以下幾個方麵：機械性能；電控係統；物料自身的物理、化學性能以及綜合因素等。根據我廠近幾年來對電子秤的研究與生產實踐情況‚就如何提高電子秤的計量精度和計量速度提出粗淺的看法。
4容積式計量和稱重式計量
電子定量包裝機械總體結構設計方案的確定‚對稱量精度和速度的影響很大。總體結構首要考慮的問題是確定容積式計量或是稱重式計量.
4∙1容積式計量
容積式計量的稱量範圍小‚結構簡單‚計量速度快、成本低‚但計量精度低‚一般計量誤差在1％左右‚隻適合於計量粒度、密度、濕度較穩定而又價廉的物料。而多數粉狀及粒狀物料由於含水量不同、粒度的差異、以及物料內部成分不均勻‚使密度難以穩定。在容積計量過程中‚易受機器、廠房振動及包裝機械本身可靠性的影響而發生無規則的充填過程‚使計量誤差偏大。
圖1為螺旋輸送定量包裝機它是典型而又通用的容積式計量機。用於粉狀及難以流動物料的稱重。其中計量螺杆是關鍵零件。靠計量螺杆與導管組合的空間及螺杆轉動的角度決定被稱物料的容積。當容積達到後‚電磁離合器使螺杆停止轉動。電子台秤校對量值‚並通過反饋係統使下次稱重更接近於標準值.

4∙2稱量式計量
稱量式計量比容積式計量的計量精度高‚它使動態稱量過程接近於靜態稱量過程‚一般在稱量過程中采用粗喂料和細喂料兩個階段。也有采用3段喂料方式‚使稱重精度更高。由於分段稱量過程的周期性‚限製了稱重速度的提高。70～80年代‚我國稱重計量方式一般采用杠杆式機械較多‚而目前使用較多的傳感器稱重的電子秤‚它無論在稱重精度、速度及可靠性等方麵‚都優於機械秤。一般電子秤靜態精度可達到0∙1％～0∙2％。動態精度可達到0∙3％～0∙5％。
5三種不同喂料方式的稱重計量
稱重計量的喂料方式不同‚計量的精度和速度也有較大的差異‚一般電子秤采用3種喂料方式‚如圖2所示。a）為絞龍輸送喂料；b）為皮帶輸送喂料；c）為直流式喂料。

5∙1絞龍喂料裝置
絞龍喂料裝置主要用於粉狀物料‚尤其是適用於流動性較差的物料如麵粉等的輸送和稱重喂料。它的主要部件是絞龍葉片‚稱重速度主要決定於葉片外徑及螺距尺寸的大小‚以及絞龍的轉速。為了實現兩段喂料‚一般采用雙絞龍喂料裝置；即大、小絞龍進行粗喂料‚小絞龍進行細喂料。也可采用單絞龍與變頻調速器組成的喂料裝置‚通過對絞龍電機的變頻改變轉速‚在粗喂料時絞龍電機以高速運轉‚在細喂料時則以較低的速度運轉。由於變頻器有一定的調速範圍‚對改變粗、細喂料的分配比例、提高稱重精度十分有利。
影響絞龍喂料稱重精度的主要因素是：當稱重停止後‚靠近下料口的最後一個絞龍葉片停止位置不同‚使落差量有很大差異而產生誤差。圖3為絞龍葉片終端停留在最高和最低兩種極限位置時‚其落差量的差異為最大。在改進落差量差異方麵采取了3種措施：①將靠近出料口的絞龍葉片遠離出料口60～80mm‚改變後的絞龍葉片如圖4‚這樣當絞龍葉片停留在任何一個角度時‚使落差量基本接近。

②將距出料口最近的葉片的對稱方向再加一片葉片‚從理論上講可以使落差量減少一半誤差。③在絞龍出料口加上一個斷料門‚能最大限度地減少落差量。
由於喂料機構的出料口至秤鬥有一段距離‚在稱量過程中形成一個“空中料粒”。當稱重結束後‚它就成為稱量之外的後加量或空中量‚這就叫落差量。它是稱量過程中不可避免的誤差源之一。
5∙2皮帶輸送喂料裝置
皮帶輸送喂料裝置適用於粉料及粒料的輸送喂料和稱重。比起絞龍喂料裝置‚它在輸送喂料中不存在物料的破碎問題‚故也能適用於粒狀物料的稱重。在稱重過程中‚實現粗喂料和細喂料之間的轉換有兩種方式。①在出料口之前安一個閘門‚靠閘門控製料層厚度改變物料的K8凯发登录入口‚粗喂料時閘門偏高‚料層厚‚物料K8凯发登录入口大‚細喂料時閘門偏低‚料層薄‚物料K8凯发登录入口小。②用雙速電機改變皮帶輸送速度‚實現物料K8凯发登录入口的變化。圖5所示為控製閘門的偏高和偏低來改變物料層厚度‚從而改變物料K8凯发登录入口的一種方式。采用皮帶喂料裝置的電子秤‚應用範圍較廣‚對物料粒度及其流動性的要求不高。皮帶輸送喂料較平穩‚稱重精度較高。主要缺點是送料通道的密封性不如絞龍喂料那樣好‚輸送帶兩側和兩牆壁內側之間的間隙產生漏料現象‚必須有專門機構回收。若被稱重物料粘性大‚容易粘連在輸送帶內側及輸送輥上不易清理。

5∙3直流式喂料裝置
直流式喂料裝置如圖6所示‚不需用複雜的喂料機構‚由料倉直接喂料‚采用圓弧門機構控製粗、細喂料‚粗喂料時圓弧門全打開‚實現物料大K8凯发登录入口進料；細喂料時圓弧門關閉‚靠圓弧門中幾個小孔實現小K8凯发登录入口進料。直流式喂料使機械結構大為簡化。但稱重的精度與料倉料位高度及物料流動的均勻性與平衡性有密切的關係。如料位高度不一樣‚使物料產生的壓力和流速也不一樣‚在計量時造成物料流動不穩定直接影響稱重精度。但是‚采用直流式喂料裝置稱重速度較快‚克服上述缺陷很有發展前途。

為了提高直流式電子秤的稱重精度‚如圖7所示‚我們主要措施如下：在喂料裝置上方安裝了一套物料K8凯发登录入口控製器‚當被稱重物料的比重和流動性有所改變時‚適當改變擋板的角度‚可以得到物料所需的K8凯发登录入口。擋板還可起緩衝作用‚可以使料倉流下的物料減少衝擊並使流速均勻在喂料裝置的出料口上麵裝一套攪拌器當細喂料時一些物料易堵塞結拱攪拌器能破拱此外攪拌器也能起阻尼作用使物料的衝擊力得到緩解從而提高了稱重精度增加了K8凯发登录入口控製器和攪拌器後直流式電子秤的稱重精度與絞龍喂料和皮帶喂料的電子秤相比能達到同一指標但它的稱重速度卻比後兩者快標準包按計算可達到包而絞龍喂料和皮帶喂料的稱重速度隻能達到包我廠開發的直流式電子秤電控係統及機械結構有獨特之處‚性能有所提高‚195年獲北京市科技進步獎‚並獲得196年度國家級新產品獎。
6電控係統對稱重精度和速度的影響
早期的控製電路包括CPU 板驅動板、顯示板等分離的部件組成控製係統‚線路複雜‚元器件、接插件多‚係統的可靠性差。我們在保證控製係統性能的基礎上‚經過改型‚由智能化顯示器和一塊比較板電路組成控製係統‚使結構大為簡化‚不但提高了係統的可靠性‚也提高了運算速度和稱重速度。圖8為控製係統原理框圖‚主要部分包括稱重傳感器、智能化重量顯示器及比較接口板組成。

6∙1稱重傳感器
稱重傳感器的作用是物料重量經稱重傳感器測量後‚變為電壓信號輸出。稱重傳感器一般采用電阻應變片為轉換元件‚它的製造精度直接影響稱重精度。故對傳感器的非差偏載誤差等有嚴格的要求.稱重傳感器的結構及吊掛方式以拉式及懸臂式較多‚可以采用兩支或三支傳感器進行稱重。安裝時注意各傳感器受力要相等‚安裝基礎如圖9的機架‚應有足夠的剛性和強度‚安裝基麵應垂直於載荷方向‚各傳感器的軸線應與載荷方向一致‚不平度小於3°。吊掛傳感器時‚一般加關節軸承‚以保證傳感器軸線與載荷方向一致提高稱重精度與靈敏度

6∙2智能化稱重顯示器
智能化稱重顯示器包括單片機係統、模／數（A／D）轉換器、7段6位數字顯示器‚固化軟件以及輸入、輸出接口。既有硬件又有軟件‚作為商品化的控製儀表‚有較高的精度和可靠性。最大顯示精度1／1200‚轉換速率為4次／s。它的作用是將傳感器的輸出電壓信號送入A／D轉換器‚A／D轉換器將模擬信號轉換為數字信號送單片機係統進行處理‚並對全部稱量過程進行程序控製。稱重數據經處理後送數字顯示器‚將稱重的數量直觀地顯示出來。
智能化稱重顯示器具有多種功能‚如淨重和毛重的轉換‚去皮重、自動零點跟蹤‚不穩定檢測‚自動校準功能等。此外還備有供用戶選擇的接口‚如串行接口打印機接口大屏幕顯示器接口等
6∙3比較板電路
比較板電路主要由運算電路和驅動電路兩部分組成。稱重數據經A／D板及計算機處理後‚由運算電路進行十進製數的BCD碼運算。在整個控製電路進行粗、細喂料的過程中‚比較板電路將稱重的設定值與實際值進行比較運算‚若二者相等‚則產生觸8發信號‚經光電隔離、繼電器等驅動電路部分‚輸出給執行元件‚如電磁換向閥‚接觸器等‚控製氣缸或電機的運動。由於比較板電路直接處理數字信號‚所以運算精度高‚處理速度快‚數據可靠無誤。
在安裝電控裝置時‚要注意周圍環境的影響‚如電源幹擾‚電磁幹擾‚以及粉碎機、製粒機、大功率電機的振動將影響稱重的精度和速度。
7氣動裝置對稱重精度和速度的影響
氣動裝置是實現稱重自動化和半自動化的重要手段。使用氣動裝置的各執行機構動作敏捷‚速度快‚並能使機械結構大大簡化‚提高設備的可靠性。圖10為回路氣源的原理圖。主要元件有氣泵、三聯體、電磁換向閥、單向節流閥、氣缸及管路、管接頭等。氣動裝置一般控製喂料門的啟閉或閘門的上下移動‚以實現粗、細喂料的轉換‚或者控製秤鬥門的開、關‚以及實現自動夾袋和鬆袋等功能。

氣動裝置動作的靈敏性和平穩性也是影響計量精度的重要因素。因此‚在設計氣路和選用氣動元件時‚要注意必須有K8凯发登录入口調節元件。一般氣源K8凯发登录入口源K8凯发登录入口太小造成執行機構動作緩慢而降低計量速度。當選用合適的氣管通徑時‚可防止氣流偏小。一般情況應在氣動回路中加單向節流閥或消聲節流閥‚可使氣源調節到所需K8凯发登录入口。要求在稱量過程中氣壓相對穩定‚才能保證稱重設備的穩定。首先要保證氣路的密封‚其次是在回路前加減壓閥‚以防氣壓波動。壓縮空氣中含有水分‚須將水分分離出去‚冬天在北方尤為重要。同時用油霧噴入氣管內防止元件鏽蝕。可在氣動回路前安裝三聯體得到解決。

8粗、細喂料比例的分配和調整

綜上所述‚粗喂料時K8凯发登录入口大‚側重縮短稱重周期‚保證稱重速度。而細喂料時K8凯发登录入口小‚側重保證稱重精度。若采用三段喂料精度更高‚但對稱重速度影響很大。三段喂料可以采用粗—細—精3種喂料方式‚實現精喂料可以采取點動喂料或其他方式。圖1是兩段喂料和三段喂料稱重的動態曲線。從圖中可以看出各階段加載量值和時間的比例關係‚以及物料衝擊對稱重精度的影響。一般情況下‚粗、細喂料各階段稱重量值的比例為9∶1較為理想‚粗、細喂料的量值可以預先設定。實際上各階段喂料K8凯发登录入口和喂料時間的選擇‚需要根據喂料裝置的結構和被稱物料的物理性質。並經現場調試後才能確定。
 

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