智能型定量包装秤的设计及其计量性能验证

顾娜琴

宜兴市产品质量和食品安全检验检测中心 江苏宜兴 214200

1 智能型定量包装秤的组成与特点

1.1 组成

智能型定量包装秤主要由给料装置、秤斗、秤体、气动控制系统、传感器、智能控制仪表等组成，如图1所示。

其工作过程是秤斗通过吊挂装置直接挂在两只悬臂梁式数字传感器上，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。

图1 智能型定量包装秤机械结构示意图

1.2 特点

智能型定量包装秤主要有以下特点：

（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 智能型定量包装秤的设计

2.1 系统的主要技术指标与特点

（1）最大秤量范围：可进行多秤量选择，25kg、50kg等均可。（2）称量速度：最大秤量为25kg时，可以达到每小时计量包装（200-400）包/袋；最大秤量为50kg时，则可达到每小时计量包装（180-240）包/袋。（3）计量准确度等级：X（0.2）级，动态测试时最大允许误差：±0.2%（参照《JJG564-2002重力式自动装料衡器》国家计量检定规程）。（4）适用范围：用于淀粉、面粉、饲料以及食品等粉状物料，进行自动定量包装。（5）系统特点：计量精度高、可以调整包装称量的速度、结构合理、整体性好和环保操作等特点[1]。

2.2 智能称重控制仪的设计要点

智能型定量称重控制仪是自动定量包装称重系统的主控部分，核心部件为微电脑，组合滤波器、高性能放大器以及A/D转换器，结合为一体化的测控系统，它有以下优点：①体积小；②精度高；③可靠性好；④调试方便和；⑤功能齐全。

2.3 称重控制仪的硬件结构设计

当称重传感器承受到物料的重量时，传感器将重量信息转化为毫伏级的电压信号，并输出给仪表，由信号放大器放大后，再经过A/D交换器转换成计算机可识别的数字量，计算机接收到数据后会根据设定的指令进行处理及分析，然后发出各类的控制信号，这些信号经过多级驱动，控制电磁阀工作，从而完成整个控制过程。

2.4 称重控制仪的软件设计与功能

（1）监控程序：用于调试，不控制仪表；（2）初始化及功能判断程序：设置输入、输出口、中断向量以及特定内存等，此程序还有一个功能是判断下一步的工作流程是计量或者自校；（3）自校程序：持续地对标准值进行采样、显示，调校称重传感器的零点及仪表灵敏度，作为判断指标使用；（4）计量程序：本例中，根据图3所示的编制，设计计量程序的功能和时序如下，粗喂料的过程经历t0-t1’时间段，到达t1时，系统关闭粗喂料；细喂料过程经历t1-t2’时间段，到达t2时，系统关闭细喂料；等待空间落料和显示称重这段时间为t2-t3；排放物料为t3-t4时间段。关粗喂料的重量控制值设定为W1，关细喂料的重量控制值设定值为W2，实际物料重量控制值设定为W。

3 智能型定量包装秤的误差分析

3.1 试验定量秤的性能规格

最大秤量：25kg/次；计量准确度：静态±0.1%，动态±0.2%；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‰；称量速度：240次/时-320次/时。

3.2 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。

3.3 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。

3.4 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。

3.5 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[2]。

总之，提高智能化程度，降低对操作者的要求，提高效率是包装行业发展的趋势。智能定量包装秤引入了自学习、自适应的功能，在保证包装精度的前提下可达到最佳包装速度，具有较好的发展前景。