来源：网络转载更新时间：2021-08-06 15:39:27点击次数：3014次
1概述
电子定量称重包装秤（以下简称电子秤）国外在70年代中后期开始用生产。美国、西欧一些国家首先对机械秤进行了机电结合式的电子化改造。随着工业自动化、智能化水平的提高电子秤有了快速的发展。我国生产电子秤始于190年称重范围在20～10kg之间。近几年我国对粮食、食品的小包装技术引起了不少行业的关注。开展先进计量技术的研究发展称重包装机械产品是我们近期十分迫切的任务。
2关于计量精度和最大允许误差的规定
关于计量精度的标准国际法制计量组织（OIML）对自动秤和非自动秤的最大允许误差及准确度等级作了统一规定。我国的电子秤多为半自动产品也基本上采纳了OILM组织的有关规定。
所谓计量精度是指被称重的物料计量时的实际重量与标准值（一般用砝码校正）接近的程度；计量误差是指被称重物料的实际重量与标准值偏离程度的量化指标计量误差越小计量精度越高。我国国家技术监督部门将衡器的准确度等级分为0∙1～0∙5六个等级。目前国内电子秤的准确度等级较好的能达到0∙5级即在首次检定时静态（砝码）最大允差为±0∙13％动态（物料）最大允差为0∙25％。相当于非自动衡器中的准确度级即Ⅲ级（商品）秤的准确度。
3称量过程中的主要矛盾
电子定量称重过程是一个动态过程而要准确计量物料的重量使其尽量接近标准值就需要使动态过程向静态或稳定趋近。为此在产品设计时从电气控制及机械结构方面都将计量过程分为两个阶段既粗喂料阶段和细喂料阶段。前者保证称重的速度；后者保证称重的精度。这样可能产生两种情况：一是保证计量精度但称量速度不高；或是有较高的称量速度而计量精度不易保证。
就我国现状而言目前称重范围29～10kg的电子秤计量精度和速度以及其他性能指标与国外同类产品接近。但是20kg以下的小计量电子秤尤其是0∙5～5kg的计量与国外同类产品相比有一定的差距。
影响电子秤的计量速度和精度因素较多概括起来有以下几个方面：机械性能；电控系统；物料自身的物理、化学性能以及综合因素等。根据我厂近几年来对电子秤的研究与生产实践情况就如何提高电子秤的计量精度和计量速度提出粗浅的看法。
4容积式计量和称重式计量
电子定量包装机械总体结构设计方案的确定对称量精度和速度的影响很大。总体结构首要考虑的问题是确定容积式计量或是称重式计量.
4∙1容积式计量
容积式计量的称量范围小结构简单计量速度快、成本低但计量精度低一般计量误差在1％左右只适合于计量粒度、密度、湿度较稳定而又价廉的物料。而多数粉状及粒状物料由于含水量不同、粒度的差异、以及物料内部成分不均匀使密度难以稳定。在容积计量过程中易受机器、厂房振动及包装机械本身可靠性的影响而发生无规则的充填过程使计量误差偏大。
图1为螺旋输送定量包装机它是典型而又通用的容积式计量机。用于粉状及难以流动物料的称重。其中计量螺杆是关键零件。靠计量螺杆与导管组合的空间及螺杆转动的角度决定被称物料的容积。当容积达到后电磁离合器使螺杆停止转动。电子台秤校对量值并通过反馈系统使下次称重更接近于标准值.
4∙2称量式计量
称量式计量比容积式计量的计量精度高它使动态称量过程接近于静态称量过程一般在称量过程中采用粗喂料和细喂料两个阶段。也有采用3段喂料方式使称重精度更高。由于分段称量过程的周期性限制了称重速度的提高。70～80年代我国称重计量方式一般采用杠杆式机械较多而目前使用较多的传感器称重的电子秤它无论在称重精度、速度及可靠性等方面都优于机械秤。一般电子秤静态精度可达到0∙1％～0∙2％。动态精度可达到0∙3％～0∙5％。
5三种不同喂料方式的称重计量
称重计量的喂料方式不同计量的精度和速度也有较大的差异一般电子秤采用3种喂料方式如图2所示。a）为绞龙输送喂料；b）为皮带输送喂料；c）为直流式喂料。
5∙1绞龙喂料装置
绞龙喂料装置主要用于粉状物料尤其是适用于流动性较差的物料如面粉等的输送和称重喂料。它的主要部件是绞龙叶片称重速度主要决定于叶片外径及螺距尺寸的大小以及绞龙的转速。为了实现两段喂料一般采用双绞龙喂料装置；即大、小绞龙进行粗喂料小绞龙进行细喂料。也可采用单绞龙与变频调速器组成的喂料装置通过对绞龙电机的变频改变转速在粗喂料时绞龙电机以高速运转在细喂料时则以较低的速度运转。由于变频器有一定的调速范围对改变粗、细喂料的分配比例、提高称重精度十分有利。
影响绞龙喂料称重精度的主要因素是：当称重停止后靠近下料口的最后一个绞龙叶片停止位置不同使落差量有很大差异而产生误差。图3为绞龙叶片终端停留在最高和最低两种极限位置时其落差量的差异为最大。在改进落差量差异方面采取了3种措施：①将靠近出料口的绞龙叶片远离出料口60～80mm改变后的绞龙叶片如图4这样当绞龙叶片停留在任何一个角度时使落差量基本接近。
②将距出料口最近的叶片的对称方向再加一片叶片从理论上讲可以使落差量减少一半误差。③在绞龙出料口加上一个断料门能最大限度地减少落差量。
由于喂料机构的出料口至秤斗有一段距离在称量过程中形成一个“空中料粒”。当称重结束后它就成为称量之外的后加量或空中量这就叫落差量。它是称量过程中不可避免的误差源之一。
5∙2皮带输送喂料装置
皮带输送喂料装置适用于粉料及粒料的输送喂料和称重。比起绞龙喂料装置它在输送喂料中不存在物料的破碎问题故也能适用于粒状物料的称重。在称重过程中实现粗喂料和细喂料之间的转换有两种方式。①在出料口之前安一个闸门靠闸门控制料层厚度改变物料的流量粗喂料时闸门偏高料层厚物料流量大细喂料时闸门偏低料层薄物料流量小。②用双速电机改变皮带输送速度实现物料流量的变化。图5所示为控制闸门的偏高和偏低来改变物料层厚度从而改变物料流量的一种方式。采用皮带喂料装置的电子秤应用范围较广对物料粒度及其流动性的要求不高。皮带输送喂料较平稳称重精度较高。主要缺点是送料通道的密封性不如绞龙喂料那样好输送带两侧和两墙壁内侧之间的间隙产生漏料现象必须有专门机构回收。若被称重物料粘性大容易粘连在输送带内侧及输送辊上不易清理。
5∙3直流式喂料装置
直流式喂料装置如图6所示不需用复杂的喂料机构由料仓直接喂料采用圆弧门机构控制粗、细喂料粗喂料时圆弧门全打开实现物料大流量进料；细喂料时圆弧门关闭靠圆弧门中几个小孔实现小流量进料。直流式喂料使机械结构大为简化。但称重的精度与料仓料位高度及物料流动的均匀性与平衡性有密切的关系。如料位高度不一样使物料产生的压力和流速也不一样在计量时造成物料流动不稳定直接影响称重精度。但是采用直流式喂料装置称重速度较快克服上述缺陷很有发展前途。
为了提高直流式电子秤的称重精度如图7所示我们主要措施如下：在喂料装置上方安装了一套物料流量控制器当被称重物料的比重和流动性有所改变时适当改变挡板的角度可以得到物料所需的流量。挡板还可起缓冲作用可以使料仓流下的物料减少冲击并使流速均匀在喂料装置的出料口上面装一套搅拌器当细喂料时一些物料易堵塞结拱搅拌器能破拱此外搅拌器也能起阻尼作用使物料的冲击力得到缓解从而提高了称重精度增加了流量控制器和搅拌器后直流式电子秤的称重精度与绞龙喂料和皮带喂料的电子秤相比能达到同一指标但它的称重速度却比后两者快标准包按计算可达到包而绞龙喂料和皮带喂料的称重速度只能达到包我厂开发的直流式电子秤电控系统及机械结构有独特之处性能有所提高195年获北京市科技进步奖并获得196年度国家级新产品奖。
6电控系统对称重精度和速度的影响
早期的控制电路包括CPU 板驱动板、显示板等分离的部件组成控制系统线路复杂元器件、接插件多系统的可靠性差。我们在保证控制系统性能的基础上经过改型由智能化显示器和一块比较板电路组成控制系统使结构大为简化不但提高了系统的可靠性也提高了运算速度和称重速度。图8为控制系统原理框图主要部分包括称重传感器、智能化重量显示器及比较接口板组成。
6∙1称重传感器
称重传感器的作用是物料重量经称重传感器测量后变为电压信号输出。称重传感器一般采用电阻应变片为转换元件它的制造精度直接影响称重精度。故对传感器的非差偏载误差等有严格的要求.称重传感器的结构及吊挂方式以拉式及悬臂式较多可以采用两支或三支传感器进行称重。安装时注意各传感器受力要相等安装基础如图9的机架应有足够的刚性和强度安装基面应垂直于载荷方向各传感器的轴线应与载荷方向一致不平度小于3°。吊挂传感器时一般加关节轴承以保证传感器轴线与载荷方向一致提高称重精度与灵敏度
6∙2智能化称重显示器
智能化称重显示器包括单片机系统、模／数（A／D）转换器、7段6位数字显示器固化软件以及输入、输出接口。既有硬件又有软件作为商品化的控制仪表有较高的精度和可靠性。最大显示精度1／1200转换速率为4次／s。它的作用是将传感器的输出电压信号送入A／D转换器A／D转换器将模拟信号转换为数字信号送单片机系统进行处理并对全部称量过程进行程序控制。称重数据经处理后送数字显示器将称重的数量直观地显示出来。
智能化称重显示器具有多种功能如净重和毛重的转换去皮重、自动零点跟踪不稳定检测自动校准功能等。此外还备有供用户选择的接口如串行接口打印机接口大屏幕显示器接口等
6∙3比较板电路
比较板电路主要由运算电路和驱动电路两部分组成。称重数据经A／D板及计算机处理后由运算电路进行十进制数的BCD码运算。在整个控制电路进行粗、细喂料的过程中比较板电路将称重的设定值与实际值进行比较运算若二者相等则产生触8发信号经光电隔离、继电器等驱动电路部分输出给执行元件如电磁换向阀接触器等控制气缸或电机的运动。由于比较板电路直接处理数字信号所以运算精度高处理速度快数据可靠无误。
在安装电控装置时要注意周围环境的影响如电源干扰电磁干扰以及粉碎机、制粒机、大功率电机的振动将影响称重的精度和速度。
7气动装置对称重精度和速度的影响
气动装置是实现称重自动化和半自动化的重要手段。使用气动装置的各执行机构动作敏捷速度快并能使机械结构大大简化提高设备的可靠性。图10为回路气源的原理图。主要元件有气泵、三联体、电磁换向阀、单向节流阀、气缸及管路、管接头等。气动装置一般控制喂料门的启闭或闸门的上下移动以实现粗、细喂料的转换或者控制秤斗门的开、关以及实现自动夹袋和松袋等功能。
气动装置动作的灵敏性和平稳性也是影响计量精度的重要因素。因此在设计气路和选用气动元件时要注意必须有流量调节元件。一般气源流量源流量太小造成执行机构动作缓慢而降低计量速度。当选用合适的气管通径时可防止气流偏小。一般情况应在气动回路中加单向节流阀或消声节流阀可使气源调节到所需流量。要求在称量过程中气压相对稳定才能保证称重设备的稳定。首先要保证气路的密封其次是在回路前加减压阀以防气压波动。压缩空气中含有水分须将水分分离出去冬天在北方尤为重要。同时用油雾喷入气管内防止元件锈蚀。可在气动回路前安装三联体得到解决。
8粗、细喂料比例的分配和调整
综上所述粗喂料时流量大侧重缩短称重周期保证称重速度。而细喂料时流量小侧重保证称重精度。若采用三段喂料精度更高但对称重速度影响很大。三段喂料可以采用粗—细—精3种喂料方式实现精喂料可以采取点动喂料或其他方式。图1是两段喂料和三段喂料称重的动态曲线。从图中可以看出各阶段加载量值和时间的比例关系以及物料冲击对称重精度的影响。一般情况下粗、细喂料各阶段称重量值的比例为9∶1较为理想粗、细喂料的量值可以预先设定。实际上各阶段喂料流量和喂料时间的选择需要根据喂料装置的结构和被称物料的物理性质。并经现场调试后才能确定。
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