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3強(qiáng)制給料定量包裝機(jī)包裝精度研究
前面主要對(duì)強(qiáng)制定量給料包裝機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)的整體分析、設(shè)計(jì)做了簡(jiǎn)要的敘述，可以知道，在整個(gè)系統(tǒng)中，稱量系統(tǒng)是決定整體精度的主要因素。所以稱量系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)在整體的設(shè)計(jì)中所占用的比例是很大。本章對(duì)稱量系統(tǒng)進(jìn)行分析，并討論稱量系統(tǒng)的稱量精度問題。
3.1稱量系統(tǒng)簡(jiǎn)介
稱重系統(tǒng)是定量包裝機(jī)的核心。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，稱重技術(shù)也隨之不斷的向前發(fā)展，稱重模式的發(fā)展經(jīng)歷了傳統(tǒng)的杠桿機(jī)械秤、機(jī)電結(jié)合式電子秤和傳感器式電子秤、電腦秤和微機(jī)控制秤等階段。
杠桿機(jī)械秤是指包含顯示功能在內(nèi)的所有功能都能通過機(jī)械手段實(shí)現(xiàn)的秤。它主要由秤斗和杠桿系統(tǒng)組成，其稱重速度慢、效率低、受人為因素影響比較大，不能適應(yīng)生產(chǎn)自動(dòng)化的要求。
電子秤釆用現(xiàn)代傳感器技術(shù)、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)一體化的電子裝置，能滿足并解決現(xiàn)實(shí)生活中提出的“快速、準(zhǔn)確、連續(xù)、自動(dòng)"稱量要求，同時(shí)有效的消除人為誤差，使之更符合法制計(jì)量管理和生產(chǎn)過程控制的應(yīng)用要求。電子秤具有一個(gè)能將反力部分產(chǎn)生的變化轉(zhuǎn)換成電量的傳感器，還具有一個(gè)能處理電信號(hào)以獲得測(cè)量值的信號(hào)處理裝置。它主要由稱重、傳力復(fù)位系統(tǒng)（如機(jī)械計(jì)量斗）、稱重傳感器以及稱重儀表等組成。稱重、傳力復(fù)位系統(tǒng)是被稱物體與轉(zhuǎn)換原件之間的機(jī)械、傳力復(fù)位系統(tǒng),又稱電子秤的秤體。稱重傳感器是將非電量（質(zhì)量）轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換原件。它是把支承力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或者其它形式的適合計(jì)量求值信號(hào)所用的一種輔助手段。在傳感器式電子秤中，最常用的傳感器仍然是電阻應(yīng)變式稱重傳感器，稱重儀表包括處理稱重傳感器信號(hào)的電子線路（包括放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換、電源、調(diào)節(jié)器、補(bǔ)償元件、保護(hù)線路）和知識(shí)部件（如顯示、打印。數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)器件等），習(xí)慣上稱載荷測(cè)量裝置或者二次儀表。
現(xiàn)在稱量的方式有很多，而稱量系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞將直接影響整個(gè)包裝機(jī)的性能。根據(jù)計(jì)量原理的不同大致可以分為容積式、稱重式、計(jì)數(shù)式三種計(jì)量方式。
(1)容積式計(jì)量方式容積式計(jì)量是按照計(jì)量物料的容積的比例大小進(jìn)行計(jì)量。目前多釆用螺旋式、固定量杯式和可變量杯式。量杯通常采用葉輪和圓盤等容積計(jì)量方法。它是集給料機(jī)與配料設(shè)備為一體的設(shè)備。缺點(diǎn)是由于料倉(cāng)內(nèi)物料密度的變化，物料流動(dòng)不穩(wěn)定，導(dǎo)致容積式供料穩(wěn)定性差，計(jì)量精度不高。優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便。適用于各種粉料混配的場(chǎng)合，在對(duì)配料或者稱量精度要求高的場(chǎng)合不適用。
(2)稱重式計(jì)量方式對(duì)于流動(dòng)性差、比重變化較大或容易結(jié)塊的物料的計(jì)量往往用稱重式計(jì)量方式。主要通過稱重傳感器，利用數(shù)字式技術(shù)，能夠精確控制產(chǎn)品質(zhì)量,提高包裝精度。同時(shí)由于該計(jì)量方式稱量準(zhǔn)確，操作維護(hù)方便，自動(dòng)化程度高，但是設(shè)備復(fù)雜，投資大，常用對(duì)產(chǎn)品要求比較高的場(chǎng)合。增量式計(jì)量的精度較高，是一種
理想的稱重方式，其缺點(diǎn)是投資比較高。我們?cè)O(shè)計(jì)的強(qiáng)制定量給料包裝機(jī)就釆用這種方式，保證稱量的精度要求。
(3)計(jì)數(shù)式計(jì)量方式對(duì)于顆粒狀物品，常釆用轉(zhuǎn)盤計(jì)數(shù)式計(jì)量方法進(jìn)行計(jì)量。轉(zhuǎn)盤計(jì)數(shù)式計(jì)量裝置是利用轉(zhuǎn)盤上的計(jì)數(shù)板對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)。
容積式計(jì)量裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，適應(yīng)性廣泛，對(duì)于計(jì)量不要求很精確時(shí)，是首選方式。相對(duì)容積式計(jì)量來說，稱重式計(jì)量方法生產(chǎn)效率高，精度也較高，適用于比重變化比較大的物料。計(jì)數(shù)式計(jì)量，適用于有固定形狀的塊狀或顆粒狀物料。[38]

3.2稱量系統(tǒng)的組成
我們?cè)O(shè)計(jì)的強(qiáng)制給料定量包裝機(jī)釆用增量式稱重系統(tǒng)作為設(shè)備稱重系統(tǒng)，首先要建立增重式電子秤的力學(xué)模型，分析影響稱量精度的一些基本因素并提岀相應(yīng)的解決方法。稱重機(jī)構(gòu)是定量包裝機(jī)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是保證物料包裝精度的關(guān)鍵所在。
此增重式稱重系統(tǒng)主要包括包裝袋、稱重傳感器以及稱重顯示儀表組成。料袋夾在楔形收料機(jī)構(gòu)上，料袋內(nèi)的物料的重量有收料機(jī)構(gòu)傳給稱重傳感器，料袋內(nèi)的物料的重量有傳感器經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器傳送到稱重顯示儀表。始稱量時(shí)，首先啟動(dòng)螺旋輸送器的電機(jī)，料倉(cāng)中的物料隨著螺旋軸的旋轉(zhuǎn)進(jìn)入輸送器中，然后經(jīng)過螺旋輸送器的旋轉(zhuǎn)軸將物料源源不斷的輸送到料袋中。當(dāng)傳感器檢測(cè)到物料的實(shí)際重量滿足設(shè)定重量要求值時(shí)，關(guān)閉螺旋輸送器的電機(jī)停止下料。然后，當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定后，控制電路使電磁閥通電，氣路得以導(dǎo)通，推動(dòng)汽缸工作，夾袋機(jī)構(gòu)松開料袋。料袋取走后，儀表自動(dòng)歸零。
對(duì)稱量系統(tǒng)模型的研究，對(duì)研究稱量系統(tǒng)的特性是十分重要的。在這個(gè)工作過中稱量系統(tǒng)可以看做由"物料一收料袋機(jī)構(gòu)一稱重傳感器一基礎(chǔ)”組成的一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng),同時(shí)基礎(chǔ)的剛性遠(yuǎn)大于其他結(jié)構(gòu)的剛性，基礎(chǔ)對(duì)稱重系統(tǒng)的影響可以忽略不記，這樣稱重系統(tǒng)可以簡(jiǎn)化為圖3-1這樣的結(jié)構(gòu)：

圖3-1稱重系統(tǒng)簡(jiǎn)圖
Fig.3-1Weighingsystemdiagram
根據(jù)動(dòng)力學(xué)分析，得出稱重的稱量系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型：
[A/（r）+m]x+Gx+Cox=F（t）+    +m    式（3-1）
式中：m    收料機(jī)構(gòu)重量（m）
M（t）—料袋中物料的重量（刀）
Co—稱重傳感器的剛度（N/m）
G—阻尼系數(shù)（Kg/s）
F（t）——料下落的沖擊力（N）
式（3.1）是位移x與重量[M（f）+%]的關(guān)系模型。由上式知，系統(tǒng)是一個(gè)時(shí)變非線性系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)質(zhì)量不變時(shí)，上式是典型的二階線性系統(tǒng)。
3.2.1稱重傳感器
稱重傳感器技術(shù)是電子稱重技術(shù)的重要基礎(chǔ)，稱重傳感器是電子稱重系統(tǒng)的核心部件。現(xiàn)代傳感器技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了稱重技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代制造技術(shù)、防護(hù)密封技術(shù)、微電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，又為開發(fā)新型傳感器提供了技術(shù)和物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，要實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的準(zhǔn)確、快速、方便的稱量，稱重傳感器起著至關(guān)重要的作用?，F(xiàn)在，傳感器幾乎運(yùn)用到了社會(huì)所有領(lǐng)域。特別是現(xiàn)代自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，如果沒有傳感器，就無(wú)法檢測(cè)和控制生產(chǎn)過程中各個(gè)環(huán)節(jié)的各種參量，也就無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和檢測(cè)。在現(xiàn)代稱量技術(shù)中，傳感器實(shí)際上是現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)。因此，稱重傳感器被稱為電子秤的心臟部件，他的性能很大程度上決定了電子秤的稱量精度。所以在選擇傳感器時(shí)應(yīng)慎重，主要從以下幾個(gè)方面考慮：網(wǎng)綱
1）    要考慮傳感器所處的工作環(huán)境。
電子秤所在的工作環(huán)境對(duì)傳感器的選擇是至關(guān)重要的，它關(guān)系到傳感器能否正常工作，使用壽命，在一定的程度上來說關(guān)系到整個(gè)電子秤的可靠性和安全性。
a）    在高溫環(huán)境下工作的設(shè)備，需要選用耐高溫的傳感器，另外必須加有隔熱、水冷或氣冷等裝置及溫度補(bǔ)償措施。
b）    在易燃易爆的環(huán)境下必須選擇防爆的傳感器，這種傳感器的密封外罩不僅要考慮其密封性，還要考慮防爆強(qiáng)度，以及電纜線引出頭的防水、防潮、防爆性
c）    在粉塵、潮濕的環(huán)境下應(yīng)選擇封密性好的傳感器，從封密效果來看，焊接的封密為最好，充填涂覆密封膠為最差。對(duì)于室內(nèi)干凈、干燥環(huán)境下工作的傳感器，可選擇涂膠密封的傳感器，而對(duì)于一些潮濕、粉塵性較高的環(huán)境下，選擇膜片熱套密封或膜片焊接密封、抽真空充氮的傳感器。在腐蝕的條件下選擇外表進(jìn)行過噴塑或有不銹鋼外罩，抗腐蝕性能好且密封性好的傳感器。
d）    電磁場(chǎng)對(duì)傳感器輸出信號(hào)干擾的影響，在此情況下，應(yīng)對(duì)傳感器的屏蔽性能進(jìn)行嚴(yán)格的檢査，看是否有良好的抗電子輻射能力。
2）    對(duì)傳感器數(shù)量和量程的選擇
a）    傳感器量程的選擇是依據(jù)秤的最大量程，選用傳感器的個(gè)數(shù)、可能產(chǎn)生的最大偏載及動(dòng)態(tài)等因素綜合評(píng)價(jià)來確定傳感器的量程。一般來說，傳感器量程與所受最大載荷越接近，其稱量的精度就越高。但是在實(shí)際使用時(shí)，由于加在傳感器上的載荷除被稱量的物體外，還有秤體的自重、皮重、偏載及振動(dòng)沖擊等載荷的存在，因此在選用傳感器量程的時(shí)候，要考慮諸多方面的因素，不僅保證精度，同時(shí)還要保證傳感器的安全和壽命。
b）    感器的數(shù)量的選擇是根據(jù)電子秤的用途、秤體需要支撐的點(diǎn)數(shù)（支撐點(diǎn)數(shù)應(yīng)以秤體的幾何重心和實(shí)際重心重合為原則）而定。一般來說，秤體有幾個(gè)支撐點(diǎn)就有幾個(gè)傳感器，但是對(duì)于一些特殊的秤體，如電子釣鉤秤，就只能用一個(gè)傳感器，一些機(jī)電結(jié)合秤就應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來確定選用傳感器的個(gè)數(shù)。
3）    傳感器準(zhǔn)精度等級(jí)的選擇
傳感器的準(zhǔn)確度等級(jí)用非線性、滯后性誤差、重復(fù)性誤差、蠕變、零點(diǎn)溫度附加誤差以及額定輸出溫度附加誤差6項(xiàng)指標(biāo)中的最大誤差，來確定稱重傳感器準(zhǔn)確度等級(jí)，分別用0.02、0.03、0.05……1.0表示。稱重傳感器的性能指標(biāo)主要有線性誤差、滯后誤差、重復(fù)性誤差、蠕變、零點(diǎn)溫度特性和靈敏度溫度特性等。對(duì)傳感器準(zhǔn)確度等級(jí)的選擇必須滿足下列兩個(gè)條件；
a）    滿足模擬量處理模塊的輸入要求。其對(duì)傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)過放大、A/D轉(zhuǎn)換等處理之后顯示稱量結(jié)果的。因此，傳感器的輸出信號(hào)必須大于或等于模塊要求的輸入信號(hào)大小，即將傳感器的輸出靈敏度代入傳感器和處理模塊的匹配公式，計(jì)算結(jié)果必須大于或等于處理模塊要求的輸入靈敏度。
b）    滿足整臺(tái)電子秤準(zhǔn)確度的要求。在對(duì)傳感器準(zhǔn)確度選擇的時(shí)候，應(yīng)使傳感器的準(zhǔn)確度略高于理論計(jì)算值，因?yàn)槔碚撏艿娇陀^條件的限制，如秤體的強(qiáng)度差一點(diǎn)，模擬量處理模塊的性能不是很好，秤的工作環(huán)境比較惡劣等因素都直接影響到秤的準(zhǔn)確度要求，因此要從各方面提高要求，又要考慮經(jīng)濟(jì)效益，確保達(dá)到目的。
4）    稱重顯示儀表是對(duì)傳感器的輸岀信號(hào)經(jīng)過放大、A/D轉(zhuǎn)換等處理之后顯示稱量結(jié)果。所以，釆用的傳感器滿足儀表輸入靈敏度的要求，能夠與所選儀表匹配。而一臺(tái)電子秤主要由秤體、傳感器、儀表三部分組成，在對(duì)傳感器的選擇的時(shí)候，應(yīng)使傳感器的準(zhǔn)確度高于理論計(jì)算值，因?yàn)槔碚撝低艿娇陀^條件的限制，如秤體強(qiáng)度稍差、儀表性能不太好、電子秤的工作環(huán)境惡劣等因素直接影響到秤的準(zhǔn)確度要求，因此要從各個(gè)方面提高要求，又要考慮經(jīng)濟(jì)效益，確保達(dá)到目的【4七
稱重傳感器從按轉(zhuǎn)換方法分為光電式、液壓式、電磁力式、電容式、磁極變形式、振動(dòng)式。陀螺儀式、電阻應(yīng)變式等，其中以電阻應(yīng)變式使用最廣。本系統(tǒng)選用電阻應(yīng)變片式稱重傳感器。
3.2.2電阻應(yīng)變片式稱重傳感器
電阻應(yīng)變片式稱重傳感器的工作原理為：彈性體在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使黏貼在它表面的電阻應(yīng)變片也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變
化（增大或減?。俳?jīng)過相應(yīng)的檢測(cè)電路把這一電阻變?yōu)榛蜣D(zhuǎn)換為電信號(hào)（電壓或電流），從而使稱重系統(tǒng)完成將外力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的過程。彈性體、電阻應(yīng)變片和檢測(cè)電路是電阻應(yīng)變式稱重傳感器中不可缺少的幾個(gè)主要部分。
1）    彈性體
彈性體直接感受力、壓力和力矩等物理量，其輸出為彈性元件本身的變形（應(yīng)變、位移、轉(zhuǎn)角）。這種變形通常作為電阻式、電容式、電感式、霍爾式等元件的輸入量，以作進(jìn)一步的信號(hào)變換。通常以剛度、靈敏度、彈性滯后、彈性后效、溫度特性作為基本特性來衡量彈性體的性能。
2）    電阻應(yīng)變片
電阻應(yīng)變片又稱電阻應(yīng)變計(jì)，是將應(yīng)變變化變換威電阻變化的電阻元件。種類很多，常見的有箔式電阻應(yīng)變片、半導(dǎo)體應(yīng)變片和絲式電阻應(yīng)變片。以金屬材料為轉(zhuǎn)換元件的應(yīng)變片，其轉(zhuǎn)換原理是基于金屬電阻絲的電阻應(yīng)變效應(yīng)。
3）    檢測(cè)電路
在稱量過程中，要把稱重傳感器承載的重量信號(hào)轉(zhuǎn)換為人們能夠認(rèn)識(shí)、方便操作的電量信號(hào)，檢測(cè)電路的作用就是把電阻應(yīng)變片受承載產(chǎn)生的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵觥Ｒ驗(yàn)榛菟沟请姌蚓哂泻芏鄡?yōu)點(diǎn)，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側(cè)向力干擾，可以比較方便的解決稱重傳感器的補(bǔ)償問題等，所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用。圖3-2所示惠斯登電橋電路。

圖3-2電橋電路
Fig.3-2Electricbridgecircuit
如圖3-2所示的電橋電路中，當(dāng)&、&、&、&都為電阻應(yīng)變片時(shí)，該電橋稱為全橋；當(dāng)其中之一為電阻應(yīng)變片、其它為固定電阻時(shí)，則該電橋稱為單橋。全橋的靈敏度是單橋的四倍。當(dāng)&=&=&=&時(shí)，稱為全等臂電橋。因?yàn)槿缺垭姌虻撵`敏度最高，各臂參數(shù)一致，各種干擾的影響容易相互抵消，所以稱重傳感器均釆用全橋式等臂電橋。
在全等臂電橋中，&、&、&、&四個(gè)電阻依次接在A、B、C、D之間，構(gòu)成電橋的四橋臂。電橋的對(duì)角線AC兩端接電源，電源電壓為E；對(duì)角線BD兩端為電橋的輸出端，其輸出電壓用0酣表示?？梢宰C明U班與橋臂電阻有如式（2-22）關(guān)系
UDB=E(        —)    式(3—2)
DBR+L&+&
若4個(gè)橋臂電阻由貼在構(gòu)件上的4枚電阻片組成，而且初始電阻&=&=&=R，當(dāng)輸出電壓〃財(cái)=0時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài)。構(gòu)件變形時(shí)，各電阻的變化量分別為從|、場(chǎng)、A&、媽。輸出電壓的相應(yīng)變化為：

在小應(yīng)變M/RD1的條件下，可以證明橋路輸出電壓為:
如果M僅由機(jī)械變形引起、與溫度影響無(wú)關(guān)，而且4枚電阻片的靈敏系數(shù)&相等時(shí)，根據(jù)式(2-21)和(2-24)可以寫成
E
AUdb=~EK°(£]-勺+$3，4)
如果拱橋電壓E不變，那么構(gòu)件變形引起的電壓輸出AU°b與4個(gè)橋臂的應(yīng)變值勻、電、弓、&成線性關(guān)系。利用電橋的這一特性可將電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓的輸出。
3.3稱量誤差分析
由前邊的式3-1可知，稱量的力學(xué)模型是隨著下料過程變化而斷變化，而位移x作為非線性時(shí)變系統(tǒng)的輸出，受多種因素的影響，這其中包括給料的質(zhì)量、下料時(shí)物料對(duì)系統(tǒng)的沖擊力以及稱量系統(tǒng)本身的機(jī)械特性，同時(shí)還有送料系統(tǒng)停止后空中落料量以及螺旋送料過程的脈動(dòng)現(xiàn)象的影響。
下料時(shí)物料對(duì)稱重系統(tǒng)產(chǎn)生的沖擊力隨下料速度和物料沖擊系統(tǒng)的速度不同而改變，很難準(zhǔn)確的估計(jì)和計(jì)算?？罩形锪系馁|(zhì)量與物料的下落高度(螺旋輸送器的出料口到料袋中物料面之間的距離)差、給料速度和執(zhí)行機(jī)構(gòu)延時(shí)等因素有關(guān)，同樣也很難算出。
3.3.1加料誤差
送料生產(chǎn)中發(fā)生的周期性的變化我們稱為送料過程中的脈動(dòng)現(xiàn)象。螺旋機(jī)構(gòu)送料過程中，在一個(gè)螺距的送料過程中，產(chǎn)生物料流不均勻料現(xiàn)象稱為送料的“脈動(dòng)現(xiàn)象”。加料誤差主要是由螺旋輸送器的結(jié)構(gòu)狀況和物料的不均勻性引起，產(chǎn)生送料過程的脈動(dòng)現(xiàn)象。
3.3.1.1脈動(dòng)現(xiàn)象分析
螺旋輸送器作為一種強(qiáng)制給料的連續(xù)給料設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，價(jià)格低廉,系統(tǒng)封閉等特點(diǎn)，使其在物料的輸送中使用十分廣泛，特別是在粉狀物料和具有一定的粘性的物料的輸送中更是得到廣泛應(yīng)用。其基本原理是利用螺旋的旋轉(zhuǎn)將物料送出。
試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，螺旋機(jī)構(gòu)送料過程中，在一個(gè)螺距的送料過程中，會(huì)產(chǎn)生物料流量的不均勻現(xiàn)象，我們稱為螺旋送料的“脈動(dòng)現(xiàn)象”，分析其產(chǎn)生原因，主要是受螺旋終止端面的影響。由于在卸料口，螺旋葉片轉(zhuǎn)動(dòng)到不同的位置時(shí)，螺旋與料筒形成的存料空間不同，并且當(dāng)螺旋的端面運(yùn)動(dòng)到不同的位置時(shí)，物料受阻擋的情況不同，因此產(chǎn)生了落料的差異。由于自身的特點(diǎn)，在一個(gè)螺距的送料過程中產(chǎn)生送料多少不均的脈動(dòng)現(xiàn)象，脈動(dòng)現(xiàn)象主要由螺旋的螺距，直徑和物料的堆積密度的影響。
螺旋給料器的給料精度除了螺旋自身的因素外，還受物料本身的物理、化學(xué)性質(zhì)的影響。影響給料精度的主要物料性質(zhì)有：流散性、可壓縮性、比重、粘度、粘滯性等。
3.3.1.2提高給料精度措施
我們通過螺旋輸送器螺旋輸送某一物料的試驗(yàn)，來分析螺旋輸送的“脈動(dòng)現(xiàn)象”。其方法是螺旋每轉(zhuǎn)動(dòng)30°角，測(cè)量出流出的物料流量，順序做出0°—30°、30°-60。、60°-90°等，直至整個(gè)圓周的物料流量。再計(jì)算出每個(gè)測(cè)量單元的平均值，繪制了送料的曲線圖如圖3-4所示。

Fig.3-4Spiralsendblankinggraph

脈動(dòng)現(xiàn)象將不僅影響給料精度，同時(shí)影響給料的均勻性，使生產(chǎn)線上的設(shè)備不能均衡生產(chǎn)，特別是當(dāng)定量螺旋給料機(jī)尺寸大、能力大，而生產(chǎn)線生產(chǎn)量小的情況，影響更加明顯。另外，如果將定量螺旋給料機(jī)用于配料作業(yè)，或用于定量包裝機(jī)給料，影響將更大。如果在定量包裝機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)過程中，定量螺旋給料機(jī)旋轉(zhuǎn)次數(shù)越少，脈動(dòng)影響越大，給料誤差越大；反之，則給料誤差越小。因此，對(duì)于定量包裝機(jī)和自動(dòng)配料機(jī)，應(yīng)盡量提高在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)的螺旋旋轉(zhuǎn)給料次數(shù)。
我們通過將出料口處的螺旋設(shè)計(jì)成雙螺旋，這樣就相當(dāng)于在旋轉(zhuǎn)一個(gè)圓周有兩次送料機(jī)會(huì)，使給料次數(shù)增加了一倍。同時(shí)兩個(gè)螺旋送料的峰值和谷值可以互補(bǔ)，大大提高了給料的均勻性。圖3-5是我們使用出料口為雙螺旋結(jié)構(gòu)的給料機(jī)構(gòu)輸送同樣中物料的曲線圖。

圖3-5加有雙螺旋的送料機(jī)給料落料曲線圖
Fig.3-5Withthedoublespiralfeederofgraph
從圖3-4,3-5比較來看，采用雙頭螺旋給料機(jī)構(gòu)給料時(shí)，可以大大的降低螺旋給料的脈動(dòng)，提高給料的均勻性，應(yīng)用于定量包裝時(shí)可以提高包裝精度。
同時(shí)，使用螺旋給料機(jī)構(gòu)送料時(shí)，在物料性質(zhì)一定的情況下，通過以下幾個(gè)方面可以提高給料機(jī)構(gòu)的給料精度。
1）    電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定：
穩(wěn)定的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是螺旋給料機(jī)構(gòu)保證給料精度的首要方面。使用普通電機(jī)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速受電壓變化的影響比較大，一些未考慮電機(jī)轉(zhuǎn)速的影響的設(shè)備，送料的精度波動(dòng)比較大；采用穩(wěn)壓器的設(shè)備，可以降低電壓的波動(dòng)，從而降低電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，提高送料精度?，F(xiàn)在一些給料設(shè)備采用變頻電機(jī)或者伺服電機(jī)，結(jié)合閉環(huán)控制系統(tǒng)，可以很好的解決電壓變化對(duì)給料精度的影響。
2）    螺旋的填充系數(shù)穩(wěn)定
螺旋輸送機(jī)作為輸送設(shè)備在定量包裝機(jī)中應(yīng)用，與普通的螺旋輸送相比，主要是保證了送料時(shí)螺旋的填充系數(shù)為定值，這樣就保證螺旋在轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)螺距時(shí)流出的物料不變。同時(shí)，螺旋的填充系數(shù)越穩(wěn)定，在螺旋的一個(gè)螺距送料過程中產(chǎn)生的脈動(dòng)越小。因此，在設(shè)計(jì)給料設(shè)備料倉(cāng)時(shí)，應(yīng)選擇合理的料倉(cāng)形狀結(jié)構(gòu)，使螺旋的填充系數(shù)盡可能的穩(wěn)定。
3.3.2空中物料的誤差
電子秤的稱量精度還與喂料階段的軟件處理有較大的關(guān)系，特別是空中落差的處理，這是稱重系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
一般增量式稱重方式使用稱量斗接收物料，物料稱完后，將稱重顯示儀表內(nèi)部計(jì)數(shù)值清零。在料斗內(nèi)的物料重量達(dá)到定值時(shí)，給料設(shè)備停止給料，但是在給料機(jī)構(gòu)和料斗內(nèi)料面之間還有一部分物料以自由落體運(yùn)動(dòng)經(jīng)一段時(shí)間后才能落入稱量料斗內(nèi)，這部分料稱為空中落料差。由于空中落料差的影響，所以物料的重量的設(shè)定值應(yīng)為稱量目標(biāo)值減去物料落差值。
空中落差值是影響稱量精度的一個(gè)重要因素，必須對(duì)落料量進(jìn)行補(bǔ)償。落料量的積分公式為：
Wd=^+ha(t)dt    式(3-6)
其中，為送料機(jī)構(gòu)停止時(shí)間，匕為物料自由下落距離h的時(shí)間。設(shè)落差距離為方,落料的垂直初速度為0,則g為重力加速度，a(t)為物料的流量。a(f)可用下公式表示：
a(t)=\3AD2(/SYn(t)    式(3-7)
式中，«(/)    料流量(kg/s)
D—螺旋輸送器的直徑(m)
Y—料的容積(Kg/m3)
4>    填充系數(shù)
S    螺距(m)
n(t)    螺旋轉(zhuǎn)速(r/s)
令c^\3AD2(/SY則a(t}=cn(t}
假設(shè)螺旋機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速n不變，落料差高度為h,則物料落差量為：
Wd=-^^cn    式(3—8)
由上式可知，當(dāng)物料的落差高度h不變時(shí)，物料的落差量主要受螺旋下料機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速影響。降低螺旋機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速也就減少了物料的落差量。
同時(shí)，料袋內(nèi)料位的高低會(huì)產(chǎn)生下料受力不均的現(xiàn)象，料袋內(nèi)隨下料增多料位不斷的增加，從而h值不斷變化，下料的快慢也不斷變化，這些都會(huì)使空中落料差產(chǎn)生變化。另外，稱重儀表的反映速度，下料的平穩(wěn)性都會(huì)對(duì)稱重結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。
由上分析可知，螺旋給料機(jī)停止給料后，由高度落差(給料機(jī)與料斗之間)引起的空間物料的不確定性是影響最終物料稱量精度的直接原因。
設(shè)計(jì)中的料門可以減少物料的落差高度，減少空中落料量，提高包裝精度。
3.33沖擊力的誤差
沖擊力主要是因?yàn)槲锪蠌穆菪斔推鞯某隽峡谙铝蠒r(shí)，從卸料口到料袋內(nèi)料面有一定的距離h,從而產(chǎn)生的沖擊力。沖擊力對(duì)稱量的穩(wěn)定性和精度有一定的影響。
由動(dòng)量定理知：
F^t=mv    式(3—9)
式中，m為A/時(shí)間內(nèi)物料的下料量，設(shè)a(f)為物料的流量，所以可以改寫為：
m=a(t)xA/    式(3—10)
設(shè)v是物料恰好落到料袋內(nèi)料面時(shí)的垂直速度，有
v=朗=g［枠=式(3—11)
式(3—⑵
將a(t)=cn(t)代入得
F=cn(t)x麗    式(3-13)
由上式可以知，物料的沖擊力與螺旋給料機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速及物料落差高度有關(guān)。為減少?zèng)_擊力的影響，可以降低螺旋的轉(zhuǎn)速或者減少物料落差高度。
這樣物料的下料量就等于稱量傳感器的測(cè)量值加上落差量，然后減去物料的沖擊力，即：
W^Wc+Wd-F    式(3-14)
在設(shè)計(jì)時(shí)，釆用大小螺旋給料，同時(shí)小螺旋卸料口端設(shè)計(jì)成雙頭螺旋形式，這樣保證給料速度同時(shí)，在精給料時(shí)，保證了給料的均勻性，使物料的沖擊力更均勻，降低了沖擊力對(duì)稱量精度的影響。
3.3.4傳感器的遲滯性誤差
以圖3-4為模型介紹遲滯性的定義：縱軸為靈敏度輸出，橫軸為載荷，在測(cè)試傳感器的特性時(shí)一般將額定載荷等分成五份，從0到100%逐級(jí)加載并讀取相應(yīng)的輸出值，將五個(gè)讀數(shù)點(diǎn)連成光滑曲線，這條曲線如圖中粗實(shí)線，稱之為加載曲線，也叫進(jìn)程曲線。利用直線插入法計(jì)算75%點(diǎn)的相應(yīng)數(shù)據(jù)，以零點(diǎn)和75%點(diǎn)劃一條直線，圖中點(diǎn)線，這條直線稱為理想直線，加載曲線與理想直線的誤差稱之為非線性誤差。從100%到0分五等份逐級(jí)減載，并讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)，將這五組數(shù)據(jù)連成光滑曲線，如圖中粗虛線，稱之為減載曲線，也叫回程曲線，減載曲線與加載曲線之間的誤差稱之為遲滯性誤差。

圖3-4遲滯性曲線圖
Fig.3-6Hystereticcurvediagram
遲滯性誤差反映的是傳感器精度的主要指標(biāo)之一，誤差的大小直接影響計(jì)量精度,所以在傳感器的生產(chǎn)過程中必須嚴(yán)格控制影響遲滯性的各種因素。同時(shí)也要保證在安裝傳感器的不同條件下盡量避免影響遲滯性的因素存在。影響傳感器遲滯性的因素主要有以下幾個(gè)方面：
1）    傳感器本身結(jié)構(gòu),包括彈性體、應(yīng)變計(jì)、密封膠等因素的的影響。
2）    安裝條件的影響，主要是指稱重傳感器在使用現(xiàn)場(chǎng)的安裝條件，如表面狀況、安裝扭力、螺栓強(qiáng)度等均會(huì)影響稱重傳感器或者說是整機(jī)的遲滯性。
上述的影響因素，或多或少都會(huì)影響使用精度，在安裝過程中盡量避免，以保證系統(tǒng)的長(zhǎng)期使用的穩(wěn)定性能。
3.4隨機(jī)誤差
隨機(jī)誤差的產(chǎn)生取決于測(cè)量過程中一系列隨機(jī)性因素的影響。所謂隨機(jī)性因素是指試驗(yàn)者無(wú)法加以嚴(yán)格控制的因素。在測(cè)量過程中，盡管測(cè)量條件不變，但由于一些不可預(yù)測(cè)的隨機(jī)事件的影響，多次稱重的結(jié)果仍然有差異，這就是隨機(jī)誤差。例如環(huán)境誤差的影響：周圍的振動(dòng)引起配料系統(tǒng)不穩(wěn)定，導(dǎo)致釆集到虛假數(shù)據(jù)；電磁干擾的影響；其它如粉塵、煙霧、潮濕、高溫、噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響等"J。
消除隨機(jī)誤差的方法為多次測(cè)量取平均值。
3.5本章小結(jié)
本章主要介紹了定量包裝機(jī)的稱量系統(tǒng)。分析了影響稱量精度的因素所產(chǎn)生的誤差，包括傳感器的誤差、加料誤差、物料下落產(chǎn)生的沖擊力誤差、空中物料所帶來的誤差、系統(tǒng)遲滯性誤差、過沖量誤差、隨機(jī)誤差等，并提出了相應(yīng)的解決方案。

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