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1概述
電子定量稱重包裝秤（以下簡(jiǎn)稱電子秤）?國(guó)外在70年代中后期開(kāi)始用生產(chǎn)。美國(guó)、西歐一些國(guó)家首先對(duì)機(jī)械秤進(jìn)行了機(jī)電結(jié)合式的電子化改造。隨著工業(yè)自動(dòng)化、智能化水平的提高?電子秤有了快速的發(fā)展。我國(guó)生產(chǎn)電子秤始于190年?稱重范圍在20～10kg之間。近幾年?我國(guó)對(duì)糧食、食品的小包裝技術(shù)?引起了不少行業(yè)的關(guān)注。開(kāi)展先進(jìn)計(jì)量技術(shù)的研究?發(fā)展稱重包裝機(jī)械產(chǎn)品是我們近期十分迫切的任務(wù)。
2關(guān)于計(jì)量精度和最大允許誤差的規(guī)定
關(guān)于計(jì)量精度的標(biāo)準(zhǔn)?國(guó)際法制計(jì)量組織（OIML）對(duì)自動(dòng)秤和非自動(dòng)秤的最大允許誤差及準(zhǔn)確度等級(jí)作了統(tǒng)一規(guī)定。我國(guó)的電子秤多為半自動(dòng)產(chǎn)品?也基本上采納了OILM組織的有關(guān)規(guī)定。
所謂計(jì)量精度是指被稱重的物料計(jì)量時(shí)的實(shí)際重量與標(biāo)準(zhǔn)值（一般用砝碼校正）接近的程度；計(jì)量誤差是指被稱重物料的實(shí)際重量與標(biāo)準(zhǔn)值偏離程度的量化指標(biāo)?計(jì)量誤差越小?計(jì)量精度越高。我國(guó)國(guó)家技術(shù)監(jiān)督部門(mén)將衡器的準(zhǔn)確度等級(jí)分為0?1～0?5六個(gè)等級(jí)。目前國(guó)內(nèi)電子秤的準(zhǔn)確度等級(jí)較好的能達(dá)到0?5級(jí)?即在首次檢定時(shí)靜態(tài)（砝碼）最大允差為±0?13％?動(dòng)態(tài)（物料）最大允差為0?25％。相當(dāng)于非自動(dòng)衡器中的準(zhǔn)確度級(jí)?即Ⅲ級(jí)（商品）秤的準(zhǔn)確度。
3稱量過(guò)程中的主要矛盾
電子定量稱重過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程?而要準(zhǔn)確計(jì)量物料的重量使其盡量接近標(biāo)準(zhǔn)值?就需要使動(dòng)態(tài)過(guò)程向靜態(tài)或穩(wěn)定趨近。為此?在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)?從電氣控制及機(jī)械結(jié)構(gòu)方面都將計(jì)量過(guò)程分為兩個(gè)階段?既粗喂料階段和細(xì)喂料階段。前者保證稱重的速度；后者保證稱重的精度。這樣可能產(chǎn)生兩種情況：一是保證計(jì)量精度但稱量速度不高；或是有較高的稱量速度而計(jì)量精度不易保證。
就我國(guó)現(xiàn)狀而言?目前稱重范圍29～10kg的電子秤?計(jì)量精度和速度以及其他性能指標(biāo)?與國(guó)外同類產(chǎn)品接近。但是20kg以下的小計(jì)量電子秤?尤其是0?5～5kg的計(jì)量?與國(guó)外同類產(chǎn)品相比有一定的差距。
影響電子秤的計(jì)量速度和精度因素較多?概括起來(lái)有以下幾個(gè)方面：機(jī)械性能；電控系統(tǒng)；物料自身的物理、化學(xué)性能以及綜合因素等。根據(jù)我廠近幾年來(lái)對(duì)電子秤的研究與生產(chǎn)實(shí)踐情況?就如何提高電子秤的計(jì)量精度和計(jì)量速度提出粗淺的看法。
4容積式計(jì)量和稱重式計(jì)量
電子定量包裝機(jī)械總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的確定?對(duì)稱量精度和速度的影響很大?？傮w結(jié)構(gòu)首要考慮的問(wèn)題是確定容積式計(jì)量或是稱重式計(jì)量.
4?1容積式計(jì)量
容積式計(jì)量的稱量范圍小?結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單?計(jì)量速度快、成本低?但計(jì)量精度低?一般計(jì)量誤差在1％左右?只適合于計(jì)量粒度、密度、濕度較穩(wěn)定而又價(jià)廉的物料。而多數(shù)粉狀及粒狀物料由于含水量不同、粒度的差異、以及物料內(nèi)部成分不均勻?使密度難以穩(wěn)定。在容積計(jì)量過(guò)程中?易受機(jī)器、廠房振動(dòng)及包裝機(jī)械本身可靠性的影響而發(fā)生無(wú)規(guī)則的充填過(guò)程?使計(jì)量誤差偏大。
圖1為螺旋輸送定量包裝機(jī)它是典型而又通用的容積式計(jì)量機(jī)。用于粉狀及難以流動(dòng)物料的稱重。其中計(jì)量螺桿是關(guān)鍵零件?？坑?jì)量螺桿與導(dǎo)管組合的空間及螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角度決定被稱物料的容積。當(dāng)容積達(dá)到后?電磁離合器使螺桿停止轉(zhuǎn)動(dòng)。電子臺(tái)秤校對(duì)量值?并通過(guò)反饋系統(tǒng)使下次稱重更接近于標(biāo)準(zhǔn)值.

4?2稱量式計(jì)量
稱量式計(jì)量比容積式計(jì)量的計(jì)量精度高?它使動(dòng)態(tài)稱量過(guò)程接近于靜態(tài)稱量過(guò)程?一般在稱量過(guò)程中采用粗喂料和細(xì)喂料兩個(gè)階段。也有采用3段喂料方式?使稱重精度更高。由于分段稱量過(guò)程的周期性?限制了稱重速度的提高。70～80年代?我國(guó)稱重計(jì)量方式一般采用杠桿式機(jī)械較多?而目前使用較多的傳感器稱重的電子秤?它無(wú)論在稱重精度、速度及可靠性等方面?都優(yōu)于機(jī)械秤。一般電子秤靜態(tài)精度可達(dá)到0?1％～0?2％。動(dòng)態(tài)精度可達(dá)到0?3％～0?5％。
5三種不同喂料方式的稱重計(jì)量
稱重計(jì)量的喂料方式不同?計(jì)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于粉狀物料?尤其是適用于流動(dòng)性較差的物料如面粉等的輸送和稱重喂料。它的主要部件是絞龍葉片?稱重速度主要決定于葉片外徑及螺距尺寸的大小?以及絞龍的轉(zhuǎn)速。為了實(shí)現(xiàn)兩段喂料?一般采用雙絞龍喂料裝置；即大、小絞龍進(jìn)行粗喂料?小絞龍進(jìn)行細(xì)喂料。也可采用單絞龍與變頻調(diào)速器組成的喂料裝置?通過(guò)對(duì)絞龍電機(jī)的變頻改變轉(zhuǎn)速?在粗喂料時(shí)絞龍電機(jī)以高速運(yùn)轉(zhuǎn)?在細(xì)喂料時(shí)則以較低的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。由于變頻器有一定的調(diào)速范圍?對(duì)改變粗、細(xì)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(dāng)稱重停止后?靠近下料口的最后一個(gè)絞龍葉片停止位置不同?使落差量有很大差異而產(chǎn)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(shí)?其落差量的差異為最大。在改進(jìn)落差量差異方面采取了3種措施：①將靠近出料口的絞龍葉片遠(yuǎn)離出料口60～80mm?改變后的絞龍葉片如圖4?這樣當(dāng)絞龍葉片停留在任何一個(gè)角度時(shí)?使落差量基本接近。

②將距出料口最近的葉片的對(duì)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(gè)斷料門(mén)?能最大限度地減少落差量。
由于喂料機(jī)構(gòu)的出料口至秤斗有一段距離?在稱量過(guò)程中形成一個(gè)“空中料粒”。當(dāng)稱重結(jié)束后?它就成為稱量之外的后加量或空中量?這就叫落差量。它是稱量過(guò)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于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(wèn)題?故也能適用于粒狀物料的稱重。在稱重過(guò)程中?實(shí)現(xiàn)粗喂料和細(xì)喂料之間的轉(zhuǎn)換有兩種方式。①在出料口之前安一個(gè)閘門(mén)?靠閘門(mén)控制料層厚度改變物料的流量?粗喂料時(shí)閘門(mén)偏高?料層厚?物料流量大?細(xì)喂料時(shí)閘門(mén)偏低?料層薄?物料流量小。②用雙速電機(jī)改變皮帶輸送速度?實(shí)現(xiàn)物料流量的變化。圖5所示為控制閘門(mén)的偏高和偏低來(lái)改變物料層厚度?從而改變物料流量的一種方式。采用皮帶喂料裝置的電子秤?應(yīng)用范圍較廣?對(duì)物料粒度及其流動(dòng)性的要求不高。皮帶輸送喂料較平穩(wěn)?稱重精度較高。主要缺點(diǎn)是送料通道的密封性不如絞龍喂料那樣好?輸送帶兩側(cè)和兩墻壁內(nèi)側(cè)之間的間隙產(chǎn)生漏料現(xiàn)象?必須有專門(mén)機(jī)構(gòu)回收。若被稱重物料粘性大?容易粘連在輸送帶內(nèi)側(cè)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?不需用復(fù)雜的喂料機(jī)構(gòu)?由料倉(cāng)直接喂料?采用圓弧門(mén)機(jī)構(gòu)控制粗、細(xì)喂料?粗喂料時(shí)圓弧門(mén)全打開(kāi)?實(shí)現(xiàn)物料大流量進(jìn)料；細(xì)喂料時(shí)圓弧門(mén)關(guān)閉?靠圓弧門(mén)中幾個(gè)小孔實(shí)現(xiàn)小流量進(jìn)料。直流式喂料使機(jī)械結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。但稱重的精度與料倉(cāng)料位高度及物料流動(dòng)的均勻性與平衡性有密切的關(guān)系。如料位高度不一樣?使物料產(chǎn)生的壓力和流速也不一樣?在計(jì)量時(shí)造成物料流動(dòng)不穩(wěn)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(fā)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流量控制器?當(dāng)被稱重物料的比重和流動(dòng)性有所改變時(shí)?適當(dāng)改變擋板的角度?可以得到物料所需的流量。擋板還可起緩沖作用?可以使料倉(cāng)流下的物料減少?zèng)_擊并使流速均勻在喂料裝置的出料口上面裝一套攪拌器當(dāng)細(xì)喂料時(shí)一些物料易堵塞結(jié)拱攪拌器能破拱此外攪拌器也能起阻尼作用使物料的沖擊力得到緩解從而提高了稱重精度增加了流量控制器和攪拌器后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(dá)到同一指標(biāo)但它的稱重速度卻比后兩者快標(biāo)準(zhǔn)包按計(jì)算可達(dá)到包而絞龍喂料和皮帶喂料的稱重速度只能達(dá)到包我廠開(kāi)發(fā)的直流式電子秤電控系統(tǒng)及機(jī)械結(jié)構(gòu)有獨(dú)特之處?性能有所提高?195年獲北京市科技進(jìn)步獎(jiǎng)?并獲得196年度國(guó)家級(jí)新產(chǎn)品獎(jiǎng)。
6電控系統(tǒng)對(duì)稱重精度和速度的影響
早期的控制電路包括CPU 板驅(qū)動(dòng)板、顯示板等分離的部件組成控制系統(tǒng)?線路復(fù)雜?元器件、接插件多?系統(tǒng)的可靠性差。我們?cè)诒ＷC控制系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上?經(jīng)過(guò)改型?由智能化顯示器和一塊比較板電路組成控制系統(tǒng)?使結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化?不但提高了系統(tǒng)的可靠性?也提高了運(yùn)算速度和稱重速度。圖8為控制系統(tǒng)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(jīng)稱重傳感器測(cè)量后?變?yōu)殡妷盒盘?hào)輸出。稱重傳感器一般采用電阻應(yīng)變片為轉(zhuǎn)換元件?它的制造精度直接影響稱重精度。故對(duì)傳感器的非差偏載誤差等有嚴(yán)格的要求.稱重傳感器的結(jié)構(gòu)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(jìn)行稱重。安裝時(shí)注意各傳感器受力要相等?安裝基礎(chǔ)如圖9的機(jī)架?應(yīng)有足夠的剛性和強(qiáng)度?安裝基面應(yīng)垂直于載荷方向?各傳感器的軸線應(yīng)與載荷方向一致?不平度小于3°。吊掛傳感器時(shí)?一般加關(guān)節(jié)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(jī)系統(tǒng)、模／數(shù)（A／D）轉(zhuǎn)換器、7段6位數(shù)字顯示器?固化軟件以及輸入、輸出接口。既有硬件又有軟件?作為商品化的控制儀表?有較高的精度和可靠性。最大顯示精度1／1200?轉(zhuǎn)換速率為4次／s。它的作用是將傳感器的輸出電壓信號(hào)送入A／D轉(zhuǎn)換器?A／D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理?并對(duì)全部稱量過(guò)程進(jìn)行程序控制。稱重?cái)?shù)據(jù)經(jīng)處理后送數(shù)字顯示器?將稱重的數(shù)量直觀地顯示出來(lái)。
智能化稱重顯示器具有多種功能?如凈重和毛重的轉(zhuǎn)換?去皮重、自動(dòng)零點(diǎn)跟蹤?不穩(wěn)定檢測(cè)?自動(dòng)校準(zhǔn)功能等。此外還備有供用戶選擇的接口?如串行接口打印機(jī)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(yùn)算電路和驅(qū)動(dòng)電路兩部分組成。稱重?cái)?shù)據(jù)經(jīng)A／D板及計(jì)算機(jī)處理后?由運(yùn)算電路進(jìn)行十進(jìn)制數(shù)的BCD碼運(yùn)算。在整個(gè)控制電路進(jìn)行粗、細(xì)喂料的過(guò)程中?比較板電路將稱重的設(shè)定值與實(shí)際值進(jìn)行比較運(yùn)算?若二者相等?則產(chǎn)生觸8發(fā)信號(hào)?經(jīng)光電隔離、繼電器等驅(qū)動(dòng)電路部分?輸出給執(zhí)行元件?如電磁換向閥?接觸器等?控制氣缸或電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。由于比較板電路直接處理數(shù)字信號(hào)?所以運(yùn)算精度高?處理速度快?數(shù)據(jù)可靠無(wú)誤。
在安裝電控裝置時(shí)?要注意周圍環(huán)境的影響?如電源干擾?電磁干擾?以及粉碎機(jī)、制粒機(jī)、大功率電機(jī)的振動(dòng)將影響稱重的精度和速度。
7氣動(dòng)裝置對(duì)稱重精度和速度的影響
氣動(dòng)裝置是實(shí)現(xiàn)稱重自動(dòng)化和半自動(dòng)化的重要手段。使用氣動(dòng)裝置的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作敏捷?速度快?并能使機(jī)械結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化?提高設(shè)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(lián)體、電磁換向閥、單向節(jié)流閥、氣缸及管路、管接頭等。氣動(dòng)裝置一般控制喂料門(mén)的啟閉或閘門(mén)的上下移動(dòng)?以實(shí)現(xiàn)粗、細(xì)喂料的轉(zhuǎn)換?或者控制秤斗門(mén)的開(kāi)、關(guān)?以及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)夾袋和松袋等功能。

氣動(dòng)裝置動(dòng)作的靈敏性和平穩(wěn)性也是影響計(jì)量精度的重要因素。因此?在設(shè)計(jì)氣路和選用氣動(dòng)元件時(shí)?要注意必須有流量調(diào)節(jié)元件。一般氣源流量源流量太小造成執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作緩慢而降低計(jì)量速度。當(dāng)選用合適的氣管通徑時(shí)?可防止氣流偏小。一般情況應(yīng)在氣動(dòng)回路中加單向節(jié)流閥或消聲節(jié)流閥?可使氣源調(diào)節(jié)到所需流量。要求在稱量過(guò)程中氣壓相對(duì)穩(wěn)定?才能保證稱重設(shè)備的穩(wěn)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(dòng)。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(shí)用油霧噴入氣管內(nèi)防止元件銹蝕。可在氣動(dòng)回路前安裝三聯(lián)體得到解決。

8粗、細(xì)喂料比例的分配和調(diào)整

綜上所述?粗喂料時(shí)流量大?側(cè)重縮短稱重周期?保證稱重速度。而細(xì)喂料時(shí)流量小?側(cè)重保證稱重精度。若采用三段喂料精度更高?但對(duì)稱重速度影響很大。三段喂料可以采用粗—細(xì)—精3種喂料方式?實(shí)現(xiàn)精喂料可以采取點(diǎn)動(dòng)喂料或其他方式。圖1是兩段喂料和三段喂料稱重的動(dòng)態(tài)曲線。從圖中可以看出各階段加載量值和時(shí)間的比例關(guān)系?以及物料沖擊對(duì)稱重精度的影響。一般情況下?粗、細(xì)喂料各階段稱重量值的比例為9∶1較為理想?粗、細(xì)喂料的量值可以預(yù)先設(shè)定。實(shí)際上各階段喂料流量和喂料時(shí)間的選擇?需要根據(jù)喂料裝置的結(jié)構(gòu)和被稱物料的物理性質(zhì)。并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試后才能確定。
 

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