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重力式自動裝料衡器（定量秤）技術及其發(fā)展
重力式自動裝料衡器作為貿易結算的重要計量設備,，在種子，糧食,，飼料,，化工，建材等國民經濟各個域中都有廣泛的應用,，近年來,，由于微電子技術和軟件技術的高速發(fā)展，定量秤在操作界面,、控制方法,、可靠性等方面都有較大發(fā)展，本文將就相關技術進行討論,，后還將闡述定量秤的發(fā)展趨勢,。
在法制計量組織(OIML)R61號建議和我國相關的或行業(yè)標準中是這樣定義重力式自動裝料衡器(定量秤)的：“把散狀的物料分成預先設定的且實際上恒定質量的裝料，并將裝料裝入容器的自動衡器”(《重力式自動裝料衡器(定量秤)檢定規(guī)程》JJG564-2002T1.3),。由此可見,，定量秤包含兩個基本功能，其 ,，將散狀的物料分成預先設定的,，恒定的載荷：其二，將個或多個載荷裝入容器,。
定量秤的性能采用準確度等進行評價,，在評價準確度等時，物料的顆粒度等因素作為影響因子并進行了考慮,。
除常見的增量型重力式自動裝料衡器外,，還包括以下三種類型的重力式自動裝料衡器：
組合型衡器：該型衡器有多個稱重單元，通過對多個稱重單元的載荷進行計算,，將載荷的組合作為次裝料輸出的重力式自動裝料衡器,。計算載荷是以每次裝料的準確度高為優(yōu)化目標的，完成每次裝料的稱重單元數量可以是相同的,，也可以是不同的,。
累加型衡器：只有個稱重單元，通過多個給料裝置和多個稱量周期,，控制每次輸出的裝料質量的重力式自動裝料衡器,。在飼料，冶金,，建材等行業(yè)使用的配料秤就是典型的累加衡器,。
減量型衡器：通過控制稱重料斗內的重量輸出,，來確定裝料質量的自動裝料衡器。在減量重力式自動裝料衡器中,，料斗中物料重量的減少量就是減量秤的裝料重量,。
本文重點討論增量型重力式自動裝料衡器。
,、定量秤的工作原理
a)組成部分
定量秤通常由給料裝置,，承載裝置、灌裝裝置和機架等組成,。
給料裝置：由于物料的流動性不同,，給料裝置的設計也有很大差別，對于流動性好的顆粒狀物料,，可以選擇弧形活門給料,，當活門打開后，由于重力的作用,，物料自動從活門口流出,，也可采用振動料槽方式，通過控制料槽的振動頻率和幅度,，使得料槽中的物料沿著料槽前進,，達到控制給料的目的;對于流動性比較差的粉狀物料，通常采用螺旋(絞龍)推進方式強制給料;對于顆粒和粉狀混合的物料(比如：畜禽飼料)通常采用小型皮帶輸送給料,。
為了保證計量的準確性和適當的工作效率,，通常采用快、慢兩給料形式向承載裝置添加物料,。
承載裝置：承載裝置連接傳感部件,，以此來控制給料裝置的加料過程，承載裝置同時還必須具備已經計量完成的物料的自動卸料(卸載)功能,。
灌裝裝置：稱重結束后,，承載裝置自動卸料，通過灌裝裝置將物料裝入容器,，小型定量秤的罐裝裝置為簡單的錐形斗,，大型定量秤的罐裝裝置的錐形斗處設有夾袋部件，灌裝時可以將口袋夾在處,，粉狀物料的罐裝裝置還應設有回風口，提口袋中空氣的回流通道,，減少粉塵通過袋口外溢,。
b)工作原理
定量秤工作時，通常采用快加料迅速向承載裝置中添加物料,，當承載裝置中的物料達到定重量時,，快加料停止工作,，系統確定承載裝置中的物料真實重量，調整下個稱重周期的給料參數,，后打開卸料裝置,，將物料裝入容器。
由上圖可見,，由于快加料的給料速度較快,，快加料的停止點往往高于包裝重量，經過快加料穩(wěn)定周期重量回落到真實值,，細給料器繼續(xù)工作,，直到重量達到設定值停止，再由穩(wěn)定稱重周期取得稱重的真實重量,。
二,、早期的定量秤
60～70年代，定量秤多采用杠桿稱重原理工作,，通過對系統中的杠桿的位置檢測確定稱重重量,，進而通過繼電器聯鎖控制喂料過程，系統稱重精度低,，速度慢,。隨著電子技術的發(fā)展，種通過稱重傳感器測量重量,，電腦控制系統進行重量分析與控制的新型電腦定量秤已經取代了老式的定量秤系統,。
三、現代定量秤技術
a)傳感器技術
電阻應變片式稱重傳感器技術的不斷進步,，為定量秤的技術進步提了前提和保障,。稱重傳感器實際上是將四只電阻應變片按照需要粘貼到稱重傳感器的彈性體上，并組成惠斯通電橋,，當稱重傳感器彈性體受力變形時,，電橋失去平衡而產生信號輸出。稱重傳感器的輸出特性由輸出靈敏度進行評價,，單位是mV/V,，稱重傳感器的輸出靈敏度通常是2.0mV/V左右，稱重傳感器的準確度通常為滿量程的萬分之二,，也就是0.02%(FS),。
b)稱重信號前置放大及預處理
信號前置放大：由于稱重傳感器的輸出靈敏度～般為2.0mV/V，稱重傳感器的滿量程輸出也僅僅為1 0mV左右,，而模擬/數字轉換(A/D)器件的模擬輸入信號般要求在“伏”的量上,，如果模擬/數字(A/D)轉換器件內部沒有設計模擬信號的前置放大電路，就必須通過設計前置放大電路對稱重傳感器的輸出信號進行多、數百倍甚至數千倍放大,，以滿足A/D轉換器件對輸入信號幅度的要求,。定量秤有些情況下安裝在戶外，工作環(huán)境相對比較惡劣(溫度變化大,，電磁干擾強),，因此，稱重儀表所使用的放大器必須是低漂移(低溫度漂移,，低時間漂移),、低噪聲、低失調的高性能放大器,。
濾波：濾波是對信號進行調理的種常用技術手段,，通過濾波技術大限度的抑制噪聲信號，現代稱重控制儀表中所使用的濾波可以分為硬件濾波和軟件濾波兩種,，在很多稱重儀表中既使用硬件濾波方式,，又使用軟件濾波方式。
硬件濾波般可以分為有源濾波和無源濾波兩種,，可以采取或多濾波形式,，軟件濾波通過用的數學模型，抑制和降低信號中的噪聲分量,，通?？刹捎闷交禐V波，加權中值濾波等計算方法,。
C)模擬/數值轉換(A/D轉換)
隨著微電子技術的不斷發(fā)展,，A/D轉換器件的工作原理也發(fā)生了巨大的變化，A/D轉換方式由雙積分方式,、三積分方式,、逐次逼近方式發(fā)展到的△方式。數據總線也由原來的并聯方式發(fā)展到現在的12C總線方式,，使得A/D轉換器件的引腳越來越少,，體積越來越小，功能卻越來越強大,。
雙積分方式：雙積分型A/D轉換器,，屬于早期經典的A/D轉換器形式之，工作穩(wěn)定可靠,，典型的器件如：ICL7109(124,~A/D轉換器),，ICL7104(16位 A/D轉換器)等。雙積分式A/D轉換器件轉換時間般在lOOmS以上,，A/D轉換的速度偏低,。
逐次逼近方式：逐次逼近式A/D轉換器件也是較經典的A/D轉換器件,，轉換速度快，工作穩(wěn)定可靠,，典型的器件如：AD574A(12位A/D轉換器)，ADCI 143(161',~A/D轉換器)等,，A/D轉換速度多在lOOuS以下,，有些逐次逼近型A/D轉換器件的轉換時間甚至達到納秒，A/D轉換速度非常高,。
Sigma-Delta(∑△)方式：Sigma-Delta(∑△)方式A/D轉換器件,，采用電荷平衡原理工作，通過過采樣技術和器件內部的數字濾波技術,，達到輸出穩(wěn)定的,、高精度的轉換結果的目的。典型的器件如：MAXl400(18位A/D轉換器),，CS5532(24位A/D轉換器),，AD7730(24位A/D轉換器1。
Sigma-Delta方式A/D轉換器件內部般設有可編程的前置放大器件(PGA),，可以通過軟件設定片內前置放大器的放大倍率,，省去了外部的模擬放大器件。同時,，A/D轉換數據輸出采用12C總線方式,，使得A/D轉換器件的引腳減少，A/D轉換器件的體積也大大縮小,。
d)變頻控制技術
早些年,，需要由電機驅動的給料裝置均選用帶有制動功能的雙速電機，電機體積較大,，控制調節(jié)也不夠方便,，近年發(fā)展起來的變頻技術，為電機驅動設備的設計提了大的靈活性和方便性,。很多情況下,，電機驅動的喂料絞龍或喂料皮帶均使用了變頻器，大大方便了設計和使用,。
e)稱重控制軟件技術
稱重控制軟件是稱重控制儀表中的重要部分,，除按照控制要求進行執(zhí)行部件的順序控制外，還需要實現A/D轉換數據的處理,，工作參數修正,，生產數據統計，數據上傳等功能,。
的智能稱重控制儀表,，可以根據物料的比重,，稱重量程，流動性等特性實現系統工作參數的自適應調整,，可以自動消除喂料結束瞬間“空中懸浮物料”對定量秤精度的影響,。四、定量秤的現狀
現代定量秤多采用智能稱重控制儀表進行系統控制,，稱重儀表本身具備智能稱重和執(zhí)行部件的控制能力,，儀表的分度數可以高達萬以上。小型定量秤(定量范圍小于5公斤)多采用雙秤甚至多秤結構,，以提高稱重效能;大型定量秤(定量范圍在大于5公斤)多采用雙秤結構,。
定量秤的計量準確度可以達到x(0.2)，有些甚至高達x(0.1),，單秤的計量速度也在350包/小時以上,。
定量秤的操作界面已經由簡單的LED顯示加按鍵的傳統向觸摸屏形式轉變，可以顯示中文菜單,，中文在線幫助,，大大地方便了用戶的使用。
五,、定量秤的發(fā)展趨勢
a)提高系統中的自動化程度
以電腦定量秤為核心,，構成全自動定量稱重包裝系統。
對于小量程包裝系統,，可以配置卷模式制袋系統構成包含稱重,，制袋，封口功能在內的全自動稱重包裝生產線,。也可以配置抓袋式自動上袋機,，構成同樣功能的全自動定量包裝系統。
對于大型定量系統,，通常只配置抓袋式自動上袋系統構成全自動包裝生產線,，由于包裝袋有枕型袋和自立袋(M型袋口)之分，自動上袋系統中取袋裝置和袋夾也有定差別,。
b)融合現代網絡技術
通過局域網技術,，現場總線技術(PROFIBUS)，RS485總線技術將定量秤的定量結果數據上傳,，同生產企業(yè)內部的企業(yè)資源計劃系統(ERP-Enterprise Resource Planning)無縫連接,，為企業(yè)的信息化管理自動傳輸必要的基礎數據和信息。
c)遠程控制技術
結合現代互聯網技術為用戶定量秤實行遠程故障診斷,，系統軟件下載和軟件升,。
作者：張曉傳 來源：農業(yè)工程技術·農產品加工 2010年2期