随着市场对粮食包装计量要求的提高 , 计量精度高、功能强大、 操作简单、 性能稳定的粮食定量包装秤已成为许多粮食加工企业的首选。怎样减少计量误差、 提高计量精度是摆在我们面前的新课题。
一、 计量误差的种类及形成原因
计量过程中产生的计量误差主要有:
1. 机械动作误差。 由于机械结构是在控制系统指令下执行动作 , 因此 , 从下达指令到机械动作完成就存在一个动作延时 , 在这个时间段内就会多出一计量值而产生误差 , 影响定量包装计量的准确性。
已知 , 在时间 t和物料流速 V一定时 , 物料通过一个截面积 F 的容器时的物量 Q 为:
Q= F V t ①
其中: Q—— 物料量 (kg)
F—— 截面积 ( m 2 )
V —— 物料的流速 ( kg / m 2 · s )
t—— 时间 (s)
设进料门从开启到完全关闭时 , 所需要的时间为 Δt,即动作延长时间 , 则下料量 ΔQ 为ΔQ = F · V · Δt
ΔQ 即为机械动作延时所引起的偏差量。
2. 物料落差产生的误差。 物料落差是指进料门关闭后 ,从进料门到计量斗物料表面空间的残余物料量产生的计量偏差。因为该空间中所含的物料量在理论上是一个很复杂的推导计算过程 , 为了分析的简便 , 可以近似认为:
Q 落差 = F h r ②
其中: Q 落差 —— 落差量 ( kg )
F—— 出料口的截面积 (m 2 )
h—— 出料口到料面的高度 (m)
r —— 物料的容重 ( kg / m 3 )
从式②中可推论出 ,落差量与出料口的面积和落差高度成正比关系 , 即出料口面积越大 , 落差高度越高 , 物料的落差量越大 , 反之亦反。因此 , 在设计中应尽量减少出料口的截面积和落差高度。
3.物料过冲量引起的过冲误差。当物料从高处落到物体表面时 , 由于动量的存在 , 物料对物体会产生一个冲击力。在计量过程中 , 物料从进料斗落到计量斗时 , 就会对计量秤斗产生一个冲击力 , 而使计量值发生改变 , 由此产生了过冲误差。
从理论力学公式可计算出物料下落时对物体表面产生的冲击力 N:
其中: N—— 物料的冲击力
m—— 某一时刻物料的质量 (kg)
g —— 重力加速度 ( m / s 2 )
h —— 出料口到秤斗料面的高度 ( m )
f —— 冲击作用时间 (s)
由于冲击力的存在 , 设计时 , 就应尽量减小出料口到计量斗的高度 , 同时在设计电脑控制软件程序时 , 必须考虑机构的稳定时间 , 使计量避免冲击力的影响。
4. 电气干扰产生的误差。 设备在使用时 , 由于现场环境的干扰 , 会使数据传输产生偏差而造成计量上的偏差。这些干扰主要来源于: 静电干扰、 电源电压干扰和电磁波干扰。 通常的办法是使控制软件和硬件相结合来排除这些干扰 , 如在信号传输线路采用屏蔽电缆 , 软件上采用软件滤波等方式。
二、 在电子定量包装秤设计中控制计量误差的具体措施
在实际设计中 , 主要是从进料机构和控制系统二个方面解决。
1. 进料机构的设计。 电子定量包装秤的进料机构是保证计量准确的关键机构。根据以上分析 , 进料机构的设计必须首先考虑下料的准确 , 有效地减少机械动作误差、物料落差和过冲量误差。目前 , 国内市场上同类产品大都采用了多级给料方式 , 通过对气缸动作的控制 , 实现大、中、 小开门 , 从而完成物料的快、 中、 慢三级给料 , 或快、慢二级给料。 我省中冠电子公司生产的 TKZB 系列定量包装秤采用了快、 中、 慢三档进料方式 , 通过公式①我们可以清楚地比较采用一档给料和三档给料的机械延时误差的优劣。 采用三档给料方式中慢料给料时的出料口截面积 F 慢 设定值是快速给料 F 快 的 1/16, 而给料时间 t 慢是快速给速时间 t 快 的 1/3, 则
　 ΔQ 慢 = F 慢 · V· t 慢 = 1/16F 快 · V· 1/3t 快= 1/48F 快 · V· t 快
也就是说 , 机械动作的延时误差 , 三档给料方式只有一档快速给料方式的 1/48, 大大地提高了定量控制精度。
同时, 在进料机构设计时 , 采用小开门慢速给料也可以有效地减少物料的落差量和过冲量, 从而提高计量精度。
2. 自动控制系统的精度控制。 一般控制系统设置了自动控制和手动控制 2种控制方式。 手动控制方式主要是用于设备的调试和检修 , 自动控制方式主要用于正常称量过程的自动控制。
在设计自动控制系统软件时 , 为了控制计量过程中的诸多误差因素 , 在程序中设置了以下功能: ①自动落差修正。由于在实际应用中落差是随机的 , 所以在控制软件设计时采用自动落差修正 , 动态跟踪并自动修正 , 大大地提高了计量精度。②过冲量的抑制。控制系统设计时 , 可采用时缓时采样方式 , 以避开最大料流冲击产生的最大过冲量 , 有效地降低其过冲误差。③自动校零。设置该功能可在允许的清零范围内对计量斗中的残留量进行补偿。若残留物重量超出清零范围则报警 , 操作者则可及时地解决。④超量与欠量报警。即每秤计量完毕 , 计算机将实际重量与目标重量进行比较。 若实际重量> 目标值+允差 , 则发出超量报警 ; 若实际重量 <目标值 - 允差 , 则发出欠量报警 , 操作者可及时解决问题 , 不会将超差产品混入包装成品之中。
自动控制程序为: 首先启动大投 , 中投及小投信号 ,进行快速加料 , 当称重值> 大投值时 , 关闭大投信号进行中速加料 ; 当称量值 > 中投值时 , 关闭中投信号 , 进行慢速加料 ; 当称重值 > 目标值- 落差值时 , 停止加料 , 输出定值 ; 此时 , 若收到夹袋信号 , 则输出卸料信号 , 反之则等待夹袋; 当称重信号 <近零值时 , 则发出关闭卸料信号 , 延长一定时间 , 发出松袋信号 , 并启动下一个计量循环。
经过长时间的实际生产考核和省计量检测站测试表明 , 该控制系统功能强大、 可靠 , 计量精度、 各项技术指标都达到或超过国家计量规程和有关计量标准的要求 ,在控制计量误差上采用的各种措施是行之有效的。

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