智能型定量包裝秤的設計及其計量性能驗證

顧娜琴

宜興市產品質量和食品安全檢驗檢測中心 江蘇宜興 214200

1 智能型定量包裝秤的組成與特點

1.1 組成

智能型定量包裝秤主要由給料裝置、秤斗、秤體、氣動控制系統、傳感器、智能控制儀表等組成，如圖1所示。

其工作過程是秤斗通過吊掛裝置直接掛在兩只懸臂梁式數字傳感器上，傳感器將重量信號傳輸給智能型控制儀表進行自動控制定量稱重。

圖1 智能型定量包裝秤機械結構示意圖

1.2 特點

智能型定量包裝秤主要有以下特點：

（1）最大秤量：25kg、50kg等。（2）稱量速度：最大秤量25kg時為（200-400）包/時，最大秤量50kg時為（180-240）包/時。（3）最大允許誤差：±0.2%。（4）適用范圍：用于面粉、淀粉、飼料以及食品、化工、輕工、建材、冶金等行業粉狀物料的自動定量包裝。（5）該系統具有精度高、整體性好、速度可調、環保操作和結構合理等特點。

2 智能型定量包裝秤的設計

2.1 系統的主要技術指標與特點

（1）最大秤量范圍：可進行多秤量選擇，25kg、50kg等均可。（2）稱量速度：最大秤量為25kg時，可以達到每小時計量包裝（200-400）包/袋；最大秤量為50kg時，則可達到每小時計量包裝（180-240）包/袋。（3）計量準確度等級：X（0.2）級，動態測試時最大允許誤差：±0.2%（參照《JJG564-2002重力式自動裝料衡器》國家計量檢定規程）。（4）適用范圍：用于淀粉、面粉、飼料以及食品等粉狀物料，進行自動定量包裝。（5）系統特點：計量精度高、可以調整包裝稱量的速度、結構合理、整體性好和環保操作等特點[1]。

2.2 智能稱重控制儀的設計要點

智能型定量稱重控制儀是自動定量包裝稱重系統的主控部分，核心部件為微電腦，組合濾波器、高性能放大器以及A/D轉換器，結合為一體化的測控系統，它有以下優點：①體積??；②精度高；③可靠性好；④調試方便和；⑤功能齊全。

2.3 稱重控制儀的硬件結構設計

當稱重傳感器承受到物料的重量時，傳感器將重量信息轉化為毫伏級的電壓信號，并輸出給儀表，由信號放大器放大后，再經過A/D交換器轉換成計算機可識別的數字量，計算機接收到數據后會根據設定的指令進行處理及分析，然后發出各類的控制信號，這些信號經過多級驅動，控制電磁閥工作，從而完成整個控制過程。

2.4 稱重控制儀的軟件設計與功能

（1）監控程序：用于調試，不控制儀表；（2）初始化及功能判斷程序：設置輸入、輸出口、中斷向量以及特定內存等，此程序還有一個功能是判斷下一步的工作流程是計量或者自校；（3）自校程序：持續地對標準值進行采樣、顯示，調校稱重傳感器的零點及儀表靈敏度，作為判斷指標使用；（4）計量程序：本例中，根據圖3所示的編制，設計計量程序的功能和時序如下，粗喂料的過程經歷t0-t1’時間段，到達t1時，系統關閉粗喂料；細喂料過程經歷t1-t2’時間段，到達t2時，系統關閉細喂料；等待空間落料和顯示稱重這段時間為t2-t3；排放物料為t3-t4時間段。關粗喂料的重量控制值設定為W1，關細喂料的重量控制值設定值為W2，實際物料重量控制值設定為W。

3 智能型定量包裝秤的誤差分析

3.1 試驗定量秤的性能規格

最大秤量：25kg/次；計量準確度：靜態±0.1%，動態±0.2%；包裝準確度：十次稱量平均值的允差±1.6‰；單次稱量的允差±4‰；稱量速度：240次/時-320次/時。

3.2 試驗條件

（1）試驗用物料。①標準粉，含水分14%；②生產流程中的粉料，流量波動較大。

（2）試驗設備。①三倍于自動稱量準確度的檢驗衡器一臺；②分度為1/10s的秒表一只；③四等砝碼按需要數量準備。

（3）氣源。氣源為面粉廠集中供氣，秤上調壓到0.35MPa。

3.3 試驗內容

試驗中對樣機稱量準確度作了實測記錄。記錄儀表顯示值，并在校驗秤上測出對應面粉包的實際重量。（1）儀表顯示值共記錄1600次。（2）校驗秤共校驗稱重對應的1600個面粉包的重量。

3.4 誤差分布

（1）以每次稱重顯示的重量值為縱坐標，稱重次數按比例在橫坐標上作圖，得到稱重顯示值的誤差分布。（2）以面粉包在校驗秤上稱重的偏差值為縱坐標，校驗稱重次數按比例在橫坐標上作圖，得到1600個面粉包校驗值的誤差分布。

3.5 誤差分析

（1）秤的動態稱量精度，即儀表顯示值的準確度，在±0.2%以內的為1596次，占全部次數的99.13%。（2）包裝精度，即校驗秤校驗稱重值的準確度，在±0.1%以內的包數為1156次，占全部次數的72.25%，在±0.2%以內的包數為1548次，占全部次數的96.75%；其余占總數3.25%的52次超過±50g，但均不超過±100g，即單次稱量誤差在±4‰以內。（3）每10次稱量為一組，每組平均值的誤差在±1.6‰以內。（4）包裝物稱量平均值的誤差接近于0。（5）儀表顯示值和校驗秤校驗稱量值的離散情況均按正態分布[2]。

總之，提高智能化程度，降低對操作者的要求，提高效率是包裝行業發展的趨勢。智能定量包裝秤引入了自學習、自適應的功能，在保證包裝精度的前提下可達到最佳包裝速度，具有較好的發展前景。