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定量包裝秤是用來對包裝商品進行包裝、稱量的關(guān)鍵計量器具,其計量性能的優(yōu)劣,直接影響著定量包裝商品的內(nèi)在質(zhì)量和包裝質(zhì)量。長期以來,電子定量包裝秤使用模擬式稱重傳感器,存在著稱量速度慢、精度低、抗干擾能力差和易被作弊等缺點。隨著當代科學技術(shù)的迅猛發(fā)展和物料包裝技術(shù)水平的日益提高,對散裝物料的包裝提出了更高的要求。不僅要求稱量速度快、精度高,而且還要求自動化,甚至對包裝的形式也提出了各種不同的要求。采用數(shù)字式稱重傳感器的智能型定量包裝秤,不僅能夠克服模擬式定量包裝秤的缺點,而且能夠滿足定量包裝商品的新要求。
1數(shù)字式、智能型定量包裝秤的組成與特點
1.1組成
數(shù)字式、智能型定量包裝秤主要由給料裝置、秤斗、秤體、氣動控制系統(tǒng)、傳感器、智能控制儀表等組成,如圖1所示。
其工作過程是秤斗通過吊掛裝置直接掛在兩只懸臂梁式數(shù)字傳感器上,傳感器將重量信號傳輸給智能型控制儀表進行自動控制定量稱重。
1-傳動部分2-給料裝置3-電磁閥4-給料口5-雙螺旋6-截料門7-三聯(lián)件8-秤斗9-秤體 10-鋼絲繩11-限位螺栓12-傳感器
圖1數(shù)字式、智能型定量包裝秤機械結(jié)構(gòu)示意圖
1.2特點智能型定量包裝秤主要有以下特點:
(1)最大秤量:25kg、50kg等。
(2)稱量速度:最大秤量25kg時為(200~
400)包/時,最大秤量50kg時為(180-240)包/時。
(3)最大允許誤差:±0.2%。
(4)適用范圍:用于面粉、淀粉、飼料以及食品、化工、輕工、建材、冶金等行業(yè)粉狀物料的自動定量包裝。
(5)該系統(tǒng)具有精度高、整體性好、速度可調(diào)、環(huán)保操作和結(jié)構(gòu)合理等特點。
2數(shù)字式、智能型定量包裝秤的設(shè)計
2.1稱重傳感器的選擇
數(shù)字式稱重傳感器(簡稱數(shù)字傳感器),是在傳統(tǒng)的模擬式稱重傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型的稱重傳感器,與模擬式傳感器相比,它具有稱量速度快、精度高、抗干擾能力強、可靠性高、數(shù)字內(nèi)核具有保護電路、有故障報警指示、一致性好、免標定、角差容易調(diào)整、傳輸距離遠、通訊速度快、防作弊效果顯著、降低了使用成本等特點,因此,目前在衡器行業(yè)倍受青睞。本系統(tǒng)采用數(shù)字式稱重傳感器并從以下幾個方面進行選擇。
(1)要滿足使用場所的環(huán)境溫度要求
如果電子衡器設(shè)備所處的現(xiàn)場環(huán)境溫度超出50吃及以上,首先應選用耐高溫稱重傳感器,其他環(huán)境和使用場合可選用普通稱重傳感器。
(2)傳感器型式的選擇
傳感器型式的選擇主要取決于秤量系統(tǒng)的類型和安裝空間,當然也要兼顧考慮其他方面,諸如周圍環(huán)境、加載類型等,對于智能型定量包裝秤可選用懸臂梁式的稱重傳感器。
(3)傳感器量限的選擇
秤量系統(tǒng)的稱量值越接近傳感器的額定容量,其稱量準確度就越高。但在實際使用時,由于加于傳感器的載荷除被稱物以外,還存在秤體自重、皮重(如料斗)以及振動沖擊等載荷的存在。因而不同的稱量系統(tǒng)選用傳感器的量限原則差異極大。根據(jù)經(jīng)驗,一般選用時應使傳感器工作在該傳感器的30%~70%額定容量范圍內(nèi)。這樣既提高了系統(tǒng)的可靠性,又延長了傳感器的使用壽命。
(4)傳感器準確度的選擇
傳感器準確度等級的選擇,既要滿足電子秤對準確度級別的要求,又要考慮到價格的低廉。傳感器準確度等級劃分如表1所示。
當用幾只相同形式和相同額定量限傳感器時,根據(jù)誤差分析知道其綜合誤差為:
式中:0,——由7Z個傳感器組成的秤量系統(tǒng)綜合誤差;
厶一單個傳感器的綜合誤差;
n—專感器個數(shù)。
由此可見,當用兩只準確度和容量相同的傳感器組成一個定量稱量系統(tǒng)時的誤差為使用一個傳感器的1/VT,當然,這是僅考慮傳感器這一項誤差得到的結(jié)果,實際使用中還要考慮有關(guān)秤的各項誤差分配等。
2.2智能型稱重控制儀的設(shè)計
智能型定量稱重控制儀是自動定量包裝秤的控制中心,它以微處理器(CPU)為中心,配備高性能放大器、濾波器以及A/D轉(zhuǎn)換器,組成一個具有體積小、精度優(yōu)越、可靠性高、功能齊全和調(diào)試方便的測控系統(tǒng)。
(1)稱重控制儀的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計
智能型稱重控制儀的工作原理是當傳感器承受到物料的重量時,將重量信息轉(zhuǎn)變?yōu)楹练壍碾妷盒盘枺⑤敵鼋o儀表,經(jīng)放大器放大后再通過A/D交換器轉(zhuǎn)換成供計算機用的數(shù)字量,計算機讀到數(shù)據(jù)后進行一系列的數(shù)據(jù)處理及分析,然后發(fā)出各種控制信號,這些信號經(jīng)過多級驅(qū)動,最后控制電磁閥,由此實現(xiàn)了控制過程。稱重控制儀的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖2所示。
(2)稱重控制儀的軟件設(shè)計與功能
從功能上考慮,智能型定量秤的軟件設(shè)計應
C.Bus
CPU
D.Bus
A.Bus
圖2智能控制儀表硬件結(jié)構(gòu)示意圖
包括監(jiān)控程序、初始化及功能判斷程序、自校程序和計量程序四個部分。其中監(jiān)控為調(diào)試用程序,它不參與儀表的控制。其他三部分程序應考慮如下幾個方面:
1) 初始化及功能判斷程序,該程序的目的是完成輸入、輸出口的設(shè)置、中斷向量的設(shè)置以及特定內(nèi)存的設(shè)置,并通過此程序決定下一步工作是執(zhí)行自校還是計量。
2) 自校程序,其功能是不斷對標準值進行采樣并顯示,以便調(diào)整儀表和稱重傳感器的零點及靈敏度。
3) 計量程序,計量程序可根據(jù)圖3所示時序和功能進行設(shè)計。
圖中tot/為粗喂料階段,tl為關(guān)粗喂料時刻;
他'為細喂料階段」2為關(guān)細喂料時刻;
俄為等待空間落料和稱重顯示階段;
閾為排放物料階段;
W.為關(guān)粗喂料的重量設(shè)定值;
卬2為關(guān)細喂料的重量設(shè)定值;
W為實際物料重量。
系統(tǒng)軟件主控程序設(shè)計框圖如圖4、圖5所示。為解決定量包裝秤的包裝速度與包裝準確度相互限制的技術(shù)問題,本系統(tǒng)采用了多級進料機構(gòu)配合流量預測重量值的控制方法。采用預測流量的軟件控制算法,可以彌補硬件上的A/D轉(zhuǎn)換速率不足的缺陷,進一步提高定量包裝秤的控制準確度。
2.3氣動控制系統(tǒng)設(shè)計
氣動控制系統(tǒng)由分水濾氣器、調(diào)壓閥、油霧器、電磁換向閥、單向節(jié)流閥、氣缸和氣流振動器組成,在定量包裝秤中起著控制執(zhí)行機構(gòu)的作用,其組成結(jié)構(gòu)如圖6所示。
氣動控制原理是當開底放料、料斗內(nèi)物料放空時,高壓氣流通入氣流振動器,產(chǎn)生高頻振動,清除振落粘附在料斗內(nèi)壁上的積粉,有利于提高稱量準確度。
數(shù)字式、系列智能型定量包裝秤配備的氣源為(0.4-0.6)MPa,0.1/mino
3智能型定量包裝秤的誤差分析
數(shù)字式、智能型定量包裝秤在輕工、化工、冶金、建材、港口、礦山、食品、糧食等行業(yè)得到了廣泛的應用,因此,弄清該系統(tǒng)在自動稱量中的計量精度及誤差分布很有必要。
3.1試驗定量秤的性能規(guī)格
最大秤量:25kg/次;
計量準確度:靜態(tài)±0.1%,動態(tài)土0.2%;
包裝準確度:十次稱量平均值的允差±1.6%C;
單次稱量的允差±4%c;
稱量速度:240次/時~320次/時。
3.2試驗條件
(1)試驗用物料
1)標準粉,含水分14%;
2)生產(chǎn)流程中的粉料,流量波動較大。
(2)試驗設(shè)備
1)三倍于自動稱量準確度的檢驗衡器一臺;
2)分度為1/lOs的秒表一只;
3)四等硃碼按需要數(shù)量準備。
(3)氣源
氣源為面粉廠集中供氣,秤上調(diào)壓到O.35MPa。
3.3試驗內(nèi)容
試驗中對樣機稱量準確度作了實測記錄。記錄儀表顯示值,并在校驗秤上測出對應面粉包的實際重量。
(1)儀表顯示值共記錄1600次。
(2)校驗秤共校驗稱重對應的1600個面粉包的重量。
3.4誤差分布
(1)以每次稱重顯示的重量值為縱坐標,稱重次數(shù)按比例在橫坐標上作圖,得到稱重顯示值的誤差分布。
(2)以面粉包在校驗秤上稱重的偏差值為縱坐標,校驗稱重次數(shù)按比例在橫坐標上作圖,得到1600個面粉包校驗值的誤差分布。
3.5誤差分析
(1)秤的動態(tài)稱量精度,即儀表顯示值的準確度,在土0.2%以內(nèi)的為1596次,占全部次數(shù)的99.13%。
(2)包裝精度, 即校驗秤校驗稱重值的準確度,在土0.1%以內(nèi)的包數(shù)為1156次,占全部次數(shù)的72.25%,在±0.2%以內(nèi)的包數(shù)為1548次,占全部次數(shù)的96.75%;其余占總數(shù)3.25%的52次超過±50g,但均不超過±100g,即單次稱量誤差在±4%以內(nèi)。
(3)每10次稱量為一組,每組平均值的誤差在±1.6%。以內(nèi)。
(4)包裝物稱量平均值的誤差接近于0。
(5)儀表顯示值和校驗秤校驗稱量值的離散情況均按正態(tài)分布。
4結(jié)語
數(shù)字式、智能型定量包裝秤無論是在計量性能上,還是在包裝功能上都能滿足現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)的要求,在生產(chǎn)流水線中實現(xiàn)自動稱重和定量包裝,具有廣闊的應用前景。
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