定量包装秤是根据预先设定的量值，通过自动称量，把散状物料等量分半的称量装置。它作为生产过程中的主要环节之一，已广泛应用于化工、粮食、食品等各种行业中。随着经济和技术的发展，人们对定量包装技术提出了更高的要求。定量包装秤也迅速地朝向智能化、高级自动化、高效能及节约的方向发展。基于现代电子称量技术和PLC可编程控制技术，在吸收国内外先进经验及充分的市场调研基础上,开发了系列小量程定量包装秤，采用粗、细两级给料方式，型式分为单头、双头、四头等，称量范围从15g～2000g不等，计量能力（四头>:40～60袋/分，计量精度可达±0.20%～±1%。它适用于粮食、种子等颗粒物料，虾条、玉米等膨化食品，饲料、肥料等粉粒体的中袋包装。

 

1基本结构及特点

 

小量程定量包装秤由机械秤体和电子称量控制系统两部分组成。秤体部分又由储料斗、电振给料机、分料机构、料口开闭机构、计量单元和过渡装置等组成>称量稳定系统由称重传感器、称重控制仪表和动作执行元件等组成。以双头秤为例，其结构简图如图1。

 

 

上述部件中.除储料斗及过渡装置外,其余都是左右对称各一套。储料斗采用特殊的裤衩式结构，分成两路供料。过渡装置是秤体与包装机的过渡。

 

2.1秤体的机械结构特点

 

秤体的机械结构由两部分组成,即由储料斗、电振给料机、分料机构和料口开闭机构等组成的给料装置和由计量斗、称重传感器等组成的称量装置。机械结构有如下特点：

 

(1)采用电磁振动给料方式和电子称重计量方式，快速、准确。

 

(2)使用挡料刷区别粗细给料.结构简单、调节方便。

 

(3)执行机械都采用气动元件。利用关节轴承连接转轴、气缸驱动方式，可以使分料槽和料口挡料刷有一定的旋转角度，完成给料。同时，利用气缸冲程和连杆机构也可以实现料门的开闭。

 

(4)在储料斗和给料槽中设料位探测器，对料位状态进行实时控制。

 

(5)独特的计量单元结构。

 

在包装秤中，称重传感器的量程选择为：

 

Cr=k*（Wnmax+W)/N

 

式中:C——称重传感器量程

 

Wnmax——被称物料净重的最大值

 

W——料斗的自重

 

N——料斗秤所采用支承点的个数（多数情况下为称重传感器的个数）

 

k----影响系统

 

由于小量程包装秤量程小，只有2kg,即Wnmax=2kg,而料斗自重W也只有4kg左右，即使考虑其它因素的影响，称重传感器的量程也很小（在10kg以内）.因此该结构选取了一只0.02级双孔平行悬臂梁式小量程称重传感器作为单点支承,结构如图2所示。

 

 

计量斗和承重座焊接成一体，与称重传感器相连。为了保证承重座水平面能有效固定称重传感器,采用了计算机辅助设计,并辅以良好的加工工艺。同时,通过计算，使称重传感器的安装平面在称重系统重心位置之上,加强了称重系统的稳定性。对传感器进行了全密封处理,尽量避免外界干扰因素的影响。

 

2.2称量控制装置的组成及厣理概述

 

称量控制装置由称重传感器、称重仪表、PLC可编程控制器、状态传感器等组成，其电子称量控制原理框如图3所示。

 

 

物料重量信号经称重传感器转化为电信号后送称重显示控制器,经前置放大、A/D转换为相应的数字信号,送可编程控制器处理,称重数据送称重仪表数字显示,控制信号则驱动振动给料机和气阀,控制执行机构动作，完成称重控制工作。

 

3称量控制过程简述

 

(1)给料:系统启动，给料机将物料送入储料斗。

 

(2)粗给料:初级电振给料机振动给料,分料机构转向粗给料机进行粗给料,到达设定值时,料口开闭机构关团，停止粗给料。粗料斗卸料至细料斗。

 

(3)细给料:分料机构转向垂直落料斗.物料进入细给料机进行细给料。由于细给料物料所占比例小(一般可设定为总给料量的5%～10%).因而分料机构很快又转向粗给料机,在进行细给料的同时.进行下一轮的粗给料。

 

(4)落料：细给料结束，物料卸入过渡装置.进入包装部分。包装后，由输送机运走。

 

(5)从(2)开始循环。

 

双头秤的两组给料装置称重原理完全相同.但由于共用一台包装机,在一组装置落料包装时，另一组细料斗要延长一段时间。两组装置各自独立又相互影响地完成称重计量工作。与单斗秤相比，大大提高了计量效率。

 

4称重过程误差分析及改善措施

 

4.1误差分析

 

小量程定量包装秤是集电子称重计童和控制为一体的自动测量控制系统，其系统误差由以下几方面组成。

 

4.1.1控制误差△1

 

控制系统通过控制进料器而达到控制进入称量斗的物料重量，物料的重量相对于用户设定重量的误差，称之为控制误差。为了做到高效准确，定量秤一般采用多组给料，该定量秤采用粗、细两组料方式，粗给料流量大.主要用于缩短给料时间，保证称量速度。而细给料用去整个周期的1/2～1/3的时间，仅加入额定重量的5%～10%.重在保证称量精度。当粗给料结束时.粗计量斗卸料至细计量斗,细计量斗继续加料，直至达到目标值。这样，对于包装秤的控制误差，主要是细给料的控制误差。控制误差主要由L/C的输出误差、仪表的动态检测误差及控制机构的动作误差组成。上述三种误差也即是由于控制元件响应时间的变化以及执行机构行程时间的变化所造成的误差。也就是说,这三个误差因素是通过改变实际进料时间而影响定量秤的精度,从而使定量秤每次进料过程中,各级速度的实际进料时间产生随机误差么。则控制误差：

 

△1=q*f*△t

 

式中：q——细电振机每次振动给料量，kg/次

 

f——电振机振动频率，Hz，取f=50Hz

 

从上面的计算可以看出，控制误差△l与细给料流量值q*f成正比。也即在一定范围内.控制误差与进料速度成正比,速度越慢，误差越小,控制精度赵高。但对于动态秤来说,影响系统精度的因素太多.并非只和速度有关。假定由于控制元件及执行机构响应时间的提前或滞后而造成细振动给料机少或多振动一次加料，则：

 

△l=q*f/ε

 

式中：ε一仪表的A/D转换速度，本装置采用AD4325仪表，ε=70次/秒

 

当ε>/时,应取ε=/进行计算,则△l=q，即控制误差为细给料一次振动给料量。但上述的计算只是在单粒物料的质量小于或等于细电振机每次的振动给料量时才成立。若颗粒物料质量大于q时,则应以单粒物料的质童值作为控制误差值。

 

由此可见，系统的控制精度除了和系统的响应时间及执行机构的响应特性有关外，还受称量物料物理性质的影响。物料的流动性好坏、颗粒大小、密度等对控制误差均有较大的影响。

 

4.1.2电子称量误差△2

 

包装秤的电子称量系统由L/C、称重控制仪表、机械传力系统等几部分组成，它们本身的固有误差构成了系统的电子称量误差。其中，L/C和仪表的误差取决于本身的精度，通过选取高品质的L/C和称重控制仪表,就可获得较高的精度。而机械秤体传力系统误差所占比重较大,也是较难消除的误差。只有通过提高设计与制造工艺水平来减少这一部分的误差。

 

4.1.3其它干扰误差△3

 

(1)振动冲击误差，主要由斗体振动及物料冲击所产生；

 

(2)料流变化误差，取决于料柱密度变化及物料流动性变化;

 

(3)动力源的干扰对执行元件动作的影响产生的误差;

 

(4)其它随机误差，主要由外界系列因素随机干扰造成的误差。

 

总误差:△=△1+△2+△3

 

4.2改善措施'

 

系统的误差不可能完全消除,但可以采取以下一些措施以减小误差的不利影响：

 

(1)由于结构较复杂，设计过程中运用CAD进行精确的设计。同时.生产过程中严格控制机械加工的加工精度及装配精度.避免了工艺性不好造成诸如转动不灵活、配合不紧密等问题所引起的误差。

 

(2)在计量过程中.计量斗的振动及稳定时间长短影响很大。调整挡料刷，使给料稳定均匀.避免忽多忽少。同时在料门与计量斗接触的部位加上一层橡胶板,避免料门与料斗的刚性碰撞，减小振动，缩短稳定时间。

 

(3)当给料结束,料口开闭机构关闭时，空中仍有一些飞料。对飞料的影响，一方面要选择响应快的动作执行元件,接到信号后，立即关闭料口开闭机构，减少飞料量；另一方面,仪表可采用落差补偿功能消除飞料的影响。

 

(4)选用高精度的称重传感器,采用高速采样的动态称重显示器、先进的PLC可编程控制器等。选择功能稳定的气动元件等。

 

(5)消除外界环境的不利影响，如减小振动，降低污染等。

 

当然，减小误差的措施很多，不能一一枚举。在应用过程中,要根据具体情况而定。

 

5结束语

 

定量秤机械结构的设计、物料的选择、目标值的大小、元器件的选用等各因素都对定量秤的速度及精度有一定的影响。同时，在一定范围内速度及精度也有一个反比例的关系。但速度与精度并非是两个相互对立的因素，也不是成简单比例关系的两个因素。要想设计一台速度及精度均很髙的包装秤应充分考虑前面所讨论的各种因素。通过选取高品质的元器件、改善秤体的设计及定量秤工作的外部条件、采用先进的软件设计技术等,充分权衡精度与速度之间的关系，采取相应的措施，使定童秤的精度和速度达到最佳。

 

 

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