随着当代科学技术的迅猛发展和物料包装技术水平的日益提高，对散装物料的包装提出了更高的要求。不仅要求称量速度快、精度高，而且要求自动化，甚至对包装的形式也提出了各种不同的要求。DCS 系列智能型定量包装称重系统能够满足以上要求，被广泛应用在轻工、化工、冶金、建材、港口、矿山、食品、粮食等行业，深受用户的好评。

1 系统的组成与特点

1.1 组成

DCS 系列智能型定量包装称重系统主要由给料装置、秤斗、秤体、气动控制系统、传感器和控制仪表等组成。

该系统的工作过程是秤斗通过吊挂装置直接挂在两只悬臂梁式传感器上，传感器将重量信号传输给智能型控制仪表进行自动控制定量称重。

 

1.2 系统主要性能与特点

1 ） 最大秤量：25kg、50kg等。

2 ） 称量速度：最大秤量 25kg 时为 （200～400 ） 包 / 时，最大秤量 50kg 时为 （ 180～240 ） 包/ 时。

3 ） 最大允许误差：±0.2%。

4 ） 适用范围：用于面粉、淀粉、饲料以及食品、化工、轻工、建材、冶金等行业粉状物料的自动定量包装。

5 ） 该系统具有精度高、整体性好、速度可调、环保操作和结构合理等特点。

2 称重传感器的选择

2.1 称重传感器的选择原则

1 ） 要满足使用场所的环境温度要求

如果电子衡器设备所处的现场环境温度超出50℃及以上，首先应选用耐高温称重传感器，其它环境和使用场合可选用普通称重传感器。

2 ） 传感器型式的选择

传感器型式的选择主要取决于秤量系统的类型和安装空间。当然也要兼顾考虑其它方面，诸如周围环境，加载类型等。对于智能型定量包装称重系统可选用悬臂梁式的称重传感器。

3 ） 传感器量限的选择

秤量系统的称量值越接近传感器的额定容量，其称量准确度就越高。但在实际使用时，由于传感器的载荷除被称物以外，还存在秤体自重、皮重 （ 如料斗 ） 以及振动冲击等载荷的存在。因而不同的称量系统选用传感器的量限原则差异极大。根据经验，一般选用时应使传感器工作在该传感器的 30%- 70%额定容量范围内。这样既提高了系统的可靠性，又延长了传感器的使用寿命。

4 ） 传感器准确度的选择

传感器准确度等级的选择，既要满足电子秤对准确度级别的要求，又要考虑到价格的低廉。

当用几只相同形式和相同额定量限传感器时，根据误差分析知道其综合误差为：

式中：△'——由 n 个传感器组成的秤量系统综合误差；

△     ——单个传感器的综合误差；

n——传感器个数。

由此可见，当用两只准确度和容量相同的传感器组成一个定量称量系统时的误差为使用一个传感器的 1/ ，当然，这是仅考虑传感器这一项误差得到的结果，实际使用中还要考虑有关秤的各项误差分配等。

 

3 智能称重控制仪的设计

智能型定量称重控制仪是自动定量包装称重系统的控制中心，它以微电脑为中心，配备高性能放大器、滤波器以及 A/D 转换器，组成一个具有体积小、精度优越、可靠性高、功能齐全和调试方便的测控系统。

3.1 称重控制仪的硬件结构设计

智能型称重控制仪的工作原理是当传感器承受到物料的重量时，将重量信息转变为毫伏级的电压信号，并输出给仪表，经放大器放大后再通过 A/D 交换器转换成供计算机用的数字量，计算机读到数据后进行一系列的数据处理及分析，然后发出各种控制信号，这些信号经过多级驱动。最后控制电磁阀，由此实现了控制过程。

3.2 称重控制仪的软件设计与功能

从功能上考虑，智能型定量称重系统的软件设计应包括监拴程序、初始化及功能判断程序、自校程序和计量程序四个部分。其中监控为调试用程序，它不参与仪表的控制。其它三部分程序应考虑如下几个方面：

①初始化及功能判断程序，该程序的目的是完成输入、输出口的设置、中断向量的设置以及特定内存的设置，并通过此程序决定下一步工作是执行自校还是计量。

②自校程序，其功能是不断对标准值进行采样并显示，以便调整仪表和称重传感器的零点及灵敏度。

③计量程序，计量程序可根据图 3 所示时序和功能进行设计。图中 t ₀ t ₁ ′为粗喂料阶段，t ₁ 为关粗喂料时刻；t ₁ t ₂ ′为细喂料阶段，t ₂ 为关细喂料时刻；t ₂ t ₃ 为等待空间落料和称重显示阶段；t ₃ t ₄ 为排放物料阶段。图中 W ₁ 为关粗喂料的重量设定值，W ₂ 为关细喂料的重量设定值，W 为实际物料重量。

 

4 气动控制系统设计

气动控制系统由分水滤气器、调压阀、油雾器、电磁换向阀、单向节流阀、气缸和气流振动器组成，在定量包装称重系统中起着控制执行机构的作用。

气动控制原理是当开底放料、料斗内物料放空时，高压气流通入气流振动器，产生高频振动，清除振落粘附在料斗内壁上的积粉，有利于提高称量准确度。

DCS 系列智能型定量包装称重系统配备的气源为 （ 0.4～0.6 ） MPa，0.1m 3 /min。

 

5 智能型定量包装称重系统的应用与误差分析

DCS 智能型定量包装称重系统在轻工、化工、冶金、建材、港口、矿山、食品、粮食等行业得到了广泛的应用，因此，弄清该系统在自动称量中的计量精度及误差分布很有必要。

5.1 试验定量秤的性能规格

1 ） 最大秤量：25kg/ 每次。

2 ） 计量准确度：静态±0.1%，动态±0.2%。

3 ） 包装准确度：十次称量平均值的允差±1.6‰，单次称量的允差±4‰。

4 ） 称量速度：240～320 次 / 时。

5.2 试验条件

1 ） 试验用物料

① 标准粉，含水分 14%。

② 生产流程中的粉料，流量波动较大。

2 ） 试验设备

① 三倍于自动称量准确度的检验衡器一台；

② 分度为 1/10s 的秒表一只；

③ 四等砝码按需要数量准备。

3 ） 气源

气源为面粉厂集中供气，秤上调压到 0.35MPa。

5.3 试验内容

试验中对样机称量准确度作了实测记录。记录仪表显示值，并在校验秤上测出对应面粉包的实际重量。

1 ） 仪表显示值共记录 1600 次。

2 ） 校验秤共校验称重对应的 1600 个面粉包的重量。

5.4 误差分布

1 ） 以每次称重显示的重量值为纵坐标，称重次数按比例在横坐标上作图，得到称重显示值的误差分布。

2 ） 以面粉包在校验秤上称重的偏差值为纵坐标，校验称重次数按比例在横坐标上作图，得到1600 个面粉包校验值的误差分布。

5.5 误差分析

1 ） 秤的动态称量精度，即仪表显示值的准确度，在±0.2%以内的为 1596 次，占全部次数的99.13%。

2 ） 包装精度，即校验秤校验称重值的准确度，在±0.1%以内的包数为 1156 次，占全部次数的 72.25%，在±0.2%以内的包数为 1548 次，占全部次数的 96.75%；其余占总数 3.25%的 52 次超过±50g，但均不超过±100g，即单次称量误差在±4‰以内。

3 ） 每 10 次称量为一组，每组平均值的误差在±1.6‰以内。

4 ） 包装物称量平均值的误差接近于 0。

5 ） 仪表显示值和校验秤校验称量值的离散情况均按正态分布。

6 结语

如上所述，DCS 智能型定量包装称重系统无论是在计量性能上，还是在包装功能上都能满足现代工业自动化生产的要求，在生产流水线中实现自动称重和定量包装，具有广阔的应用前景。

 
参考文献：

[1] 施汉谦,宋文敏.电子秤技术[M].中国计量出版社,1991.9.

[2] 顾水根.定量秤[M].中国计量出版社,1994.5.

 

随着当代科学技术的迅猛发展和物料包装技术水平的日益提高，对散装物料的包装提出了更高的要求。不仅要求称量速度快、精度高，而且要求自动化，甚至对包装的形式也提出了各种不同的要求。DCS 系列智能型定量包装称重系统能够满足以上要求，被广泛应用在轻工、化工、冶金、建材、港口、矿山、食品、粮食等行业，深受用户的好评。

1 系统的组成与特点

1.1 组成

DCS 系列智能型定量包装称重系统主要由给料装置、秤斗、秤体、气动控制系统、传感器和控制仪表等组成，如图 1 所示。

该系统的工作过程是秤斗通过吊挂装置直接挂在两只悬臂梁式传感器上，传感器将重量信号传输给智能型控制仪表进行自动控制定量称重。

 

1.2 系统主要性能与特点

1 ） 最大秤量：25kg、50kg等。

2 ） 称量速度：最大秤量 25kg 时为 （200～400 ） 包 / 时，最大秤量 50kg 时为 （ 180～240 ） 包/ 时。

3 ） 最大允许误差：±0.2%。

4 ） 适用范围：用于面粉、淀粉、饲料以及食品、化工、轻工、建材、冶金等行业粉状物料的自动定量包装。

5 ） 该系统具有精度高、整体性好、速度可调、环保操作和结构合理等特点。

2 称重传感器的选择

2.1 称重传感器的选择原则

1 ） 要满足使用场所的环境温度要求

如果电子衡器设备所处的现场环境温度超出50℃及以上，首先应选用耐高温称重传感器，其它环境和使用场合可选用普通称重传感器。

2 ） 传感器型式的选择

传感器型式的选择主要取决于秤量系统的类型和安装空间。当然也要兼顾考虑其它方面，诸如周围环境，加载类型等。对于智能型定量包装称重系统可选用悬臂梁式的称重传感器。

3 ） 传感器量限的选择

秤量系统的称量值越接近传感器的额定容量，其称量准确度就越高。但在实际使用时，由于传感器的载荷除被称物以外，还存在秤体自重、皮重 （ 如料斗 ） 以及振动冲击等载荷的存在。因而不同的称量系统选用传感器的量限原则差异极大。根据经验，一般选用时应使传感器工作在该传感器的 30%- 70%额定容量范围内。这样既提高了系统的可靠性，又延长了传感器的使用寿命。

4 ） 传感器准确度的选择

传感器准确度等级的选择，既要满足电子秤对准确度级别的要求，又要考虑到价格的低廉。

当用几只相同形式和相同额定量限传感器时，根据误差分析知道其综合误差为：

式中：△'——由 n 个传感器组成的秤量系统综合误差；

△     ——单个传感器的综合误差；

n——传感器个数。

由此可见，当用两只准确度和容量相同的传感器组成一个定量称量系统时的误差为使用一个传感器的 1/ ，当然，这是仅考虑传感器这一项误差得到的结果，实际使用中还要考虑有关秤的各项误差分配等。

 

3 智能称重控制仪的设计

智能型定量称重控制仪是自动定量包装称重系统的控制中心，它以微电脑为中心，配备高性能放大器、滤波器以及 A/D 转换器，组成一个具有体积小、精度优越、可靠性高、功能齐全和调试方便的测控系统。

3.1 称重控制仪的硬件结构设计

智能型称重控制仪的工作原理是当传感器承受到物料的重量时，将重量信息转变为毫伏级的电压信号，并输出给仪表，经放大器放大后再通过 A/D 交换器转换成供计算机用的数字量，计算机读到数据后进行一系列的数据处理及分析，然后发出各种控制信号，这些信号经过多级驱动。最后控制电磁阀，由此实现了控制过程。

3.2 称重控制仪的软件设计与功能

从功能上考虑，智能型定量称重系统的软件设计应包括监拴程序、初始化及功能判断程序、自校程序和计量程序四个部分。其中监控为调试用程序，它不参与仪表的控制。其它三部分程序应考虑如下几个方面：

①初始化及功能判断程序，该程序的目的是完成输入、输出口的设置、中断向量的设置以及特定内存的设置，并通过此程序决定下一步工作是执行自校还是计量。

②自校程序，其功能是不断对标准值进行采样并显示，以便调整仪表和称重传感器的零点及灵敏度。

③计量程序，计量程序可根据图 3 所示时序和功能进行设计。图中 t ₀ t ₁ ′为粗喂料阶段，t ₁ 为关粗喂料时刻；t ₁ t ₂ ′为细喂料阶段，t ₂ 为关细喂料时刻；t ₂ t ₃ 为等待空间落料和称重显示阶段；t ₃ t ₄ 为排放物料阶段。图中 W ₁ 为关粗喂料的重量设定值，W ₂ 为关细喂料的重量设定值，W 为实际物料重量。系统软件设计框图如图 4、图 5 所示。

 

 

4 气动控制系统设计

气动控制系统由分水滤气器、调压阀、油雾器、电磁换向阀、单向节流阀、气缸和气流振动器组成，在定量包装称重系统中起着控制执行机构的作用，其组成结构如图 6 所示。

气动控制原理是当开底放料、料斗内物料放空时，高压气流通入气流振动器，产生高频振动，清除振落粘附在料斗内壁上的积粉，有利于提高称量准确度。

DCS 系列智能型定量包装称重系统配备的气源为 （ 0.4～0.6 ） MPa，0.1m 3 /min。

 

5 智能型定量包装称重系统的应用与误差分析

DCS 智能型定量包装称重系统在轻工、化工、冶金、建材、港口、矿山、食品、粮食等行业得到了广泛的应用，因此，弄清该系统在自动称量中的计量精度及误差分布很有必要。

5.1 试验定量秤的性能规格

1 ） 最大秤量：25kg/ 每次。

2 ） 计量准确度：静态±0.1%，动态±0.2%。

3 ） 包装准确度：十次称量平均值的允差±1.6‰，单次称量的允差±4‰。

4 ） 称量速度：240～320 次 / 时。

5.2 试验条件

1 ） 试验用物料

① 标准粉，含水分 14%。

② 生产流程中的粉料，流量波动较大。

2 ） 试验设备

① 三倍于自动称量准确度的检验衡器一台；

② 分度为 1/10s 的秒表一只；

③ 四等砝码按需要数量准备。

3 ） 气源

气源为面粉厂集中供气，秤上调压到 0.35MPa。

5.3 试验内容

试验中对样机称量准确度作了实测记录。记录仪表显示值，并在校验秤上测出对应面粉包的实际重量。

1 ） 仪表显示值共记录 1600 次。

2 ） 校验秤共校验称重对应的 1600 个面粉包的重量。

5.4 误差分布

1 ） 以每次称重显示的重量值为纵坐标，称重次数按比例在横坐标上作图，得到称重显示值的误差分布，如图 7 所示。

2 ） 以面粉包在校验秤上称重的偏差值为纵坐标，校验称重次数按比例在横坐标上作图，得到1600 个面粉包校验值的误差分布，如图 8 所示。

5.5 误差分析

1 ） 秤的动态称量精度，即仪表显示值的准确度，在±0.2%以内的为 1596 次，占全部次数的99.13%。

2 ） 包装精度，即校验秤校验称重值的准确度，在±0.1%以内的包数为 1156 次，占全部次数的 72.25%，在±0.2%以内的包数为 1548 次，占全部次数的 96.75%；其余占总数 3.25%的 52 次超过±50g，但均不超过±100g，即单次称量误差在±4‰以内。

3 ） 每 10 次称量为一组，每组平均值的误差在±1.6‰以内。

4 ） 包装物称量平均值的误差接近于 0。

5 ） 仪表显示值和校验秤校验称量值的离散情况均按正态分布。

6 结语

如上所述，DCS 智能型定量包装称重系统无论是在计量性能上，还是在包装功能上都能满足现代工业自动化生产的要求，在生产流水线中实现自动称重和定量包装，具有广阔的应用前景。

 

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