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　　重力式自動裝料衡器作為貿(mào)易結(jié)算的重要計量設(shè)備，在種子，糧食，飼料，化工，建材等國民經(jīng)濟各個域中都有廣泛的應(yīng)用，近年來，由于微電子技術(shù)和軟件技術(shù)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(guān)技術(shù)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(guān)的或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(yù)先設(shè)定的且實際上恒定質(zhì)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(yù)先設(shè)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(zhǔn)確度等進行評價，在評價準(zhǔn)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(zhǔn)確度高為優(yōu)化目標(biāo)的，完成每次裝料的稱重單元數(shù)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(zhì)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(nèi)的重量輸出，來確定裝料質(zhì)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(shè)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(dāng)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(dá)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(zhǔn)確性和適當(dāng)?shù)墓ぷ餍?，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(jīng)計量完成的物料的自動卸料(卸載)功能。

　　灌裝裝置：稱重結(jié)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(shè)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(yīng)設(shè)有回風(fēng)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(dāng)承載裝置中的物料達(dá)到定重量時，快加料停止工作，系統(tǒng)確定承載裝置中的物料真實重量，調(diào)整下個稱重周期的給料參數(shù)，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(jīng)過快加料穩(wěn)定周期重量回落到真實值，細(xì)給料器繼續(xù)工作，直到重量達(dá)到設(shè)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(tǒng)中的杠桿的位置檢測確定稱重重量，進而通過繼電器聯(lián)鎖控制喂料過程，系統(tǒng)稱重精度低，速度慢。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，種通過稱重傳感器測量重量，電腦控制系統(tǒng)進行重量分析與控制的新型電腦定量秤已經(jīng)取代了老式的定量秤系統(tǒng)。

　　三、現(xiàn)代定量秤技術(shù)

　　a)傳感器技術(shù)

　　電阻應(yīng)變片式稱重傳感器技術(shù)的不斷進步，為定量秤的技術(shù)進步提了前提和保障。稱重傳感器實際上是將四只電阻應(yīng)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(dāng)稱重傳感器彈性體受力變形時，電橋失去平衡而產(chǎn)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(zhǔn)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(yù)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(shù)字轉(zhuǎn)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(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器件內(nèi)部沒有設(shè)計模擬信號的前置放大電路，就必須通過設(shè)計前置放大電路對稱重傳感器的輸出信號進行多、數(shù)百倍甚至數(shù)千倍放大，以滿足A/D轉(zhuǎn)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(diào)的高性能放大器。

　　濾波：濾波是對信號進行調(diào)理的種常用技術(shù)手段，通過濾波技術(shù)大限度的抑制噪聲信號，現(xiàn)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(shù)學(xué)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(quán)中值濾波等計算方法。

　　C)模擬/數(shù)值轉(zhuǎn)換(A/D轉(zhuǎn)換)

　　隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，A/D轉(zhuǎn)換器件的工作原理也發(fā)生了巨大的變化，A/D轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)總線也由原來的并聯(lián)方式發(fā)展到現(xiàn)在的12C總線方式，使得A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器，屬于早期經(jīng)典的A/D轉(zhuǎn)換器形式之，工作穩(wěn)定可靠，典型的器件如：ICL7109(124,~A/D轉(zhuǎn)換器)，ICL7104(16位 A/D轉(zhuǎn)換器)等。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換時間般在lOOmS以上，A/D轉(zhuǎn)換的速度偏低。

　　逐次逼近方式：逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器件也是較經(jīng)典的A/D轉(zhuǎn)換器件，轉(zhuǎn)換速度快，工作穩(wěn)定可靠，典型的器件如：AD574A(12位A/D轉(zhuǎn)換器)，ADCI 143(161',~A/D轉(zhuǎn)換器)等，A/D轉(zhuǎn)換速度多在lOOuS以下，有些逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器件的轉(zhuǎn)換時間甚至達(dá)到納秒，A/D轉(zhuǎn)換速度非常高。

　　Sigma-Delta(∑△)方式：Sigma-Delta(∑△)方式A/D轉(zhuǎn)換器件，采用電荷平衡原理工作，通過過采樣技術(shù)和器件內(nèi)部的數(shù)字濾波技術(shù)，達(dá)到輸出穩(wěn)定的、高精度的轉(zhuǎn)換結(jié)果的目的。典型的器件如：MAXl400(18位A/D轉(zhuǎn)換器)，CS5532(24位A/D轉(zhuǎn)換器)，AD7730(24位A/D轉(zhuǎn)換器1。

　　Sigma-Delta方式A/D轉(zhuǎn)換器件內(nèi)部般設(shè)有可編程的前置放大器件(PGA)，可以通過軟件設(shè)定片內(nèi)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(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出采用12C總線方式，使得A/D轉(zhuǎn)換器件的引腳減少，A/D轉(zhuǎn)換器件的體積也大大縮小。

　　d)變頻控制技術(shù)

　　早些年，需要由電機驅(qū)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(diào)節(jié)也不夠方便，近年發(fā)展起來的變頻技術(shù)，為電機驅(qū)動設(shè)備的設(shè)計提了大的靈活性和方便性。很多情況下，電機驅(qū)動的喂料絞龍或喂料皮帶均使用了變頻器，大大方便了設(shè)計和使用。

　　e)稱重控制軟件技術(shù)

　　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(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的處理，工作參數(shù)修正，生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，數(shù)據(jù)上傳等功能。

　　的智能稱重控制儀表，可以根據(jù)物料的比重，稱重量程，流動性等特性實現(xiàn)系統(tǒng)工作參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整，可以自動消除喂料結(jié)束瞬間“空中懸浮物料”對定量秤精度的影響。四、定量秤的現(xiàn)狀

　　現(xiàn)代定量秤多采用智能稱重控制儀表進行系統(tǒng)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(shù)可以高達(dá)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)。

　　定量秤的計量準(zhǔn)確度可以達(dá)到x(0.2)，有些甚至高達(dá)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(jīng)由簡單的LED顯示加按鍵的傳統(tǒng)向觸摸屏形式轉(zhuǎn)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(tǒng)中的自動化程度

　　以電腦定量秤為核心，構(gòu)成全自動定量稱重包裝系統(tǒng)。

　　對于小量程包裝系統(tǒng)，可以配置卷模式制袋系統(tǒng)構(gòu)成包含稱重，制袋，封口功能在內(nèi)的全自動稱重包裝生產(chǎn)線。也可以配置抓袋式自動上袋機，構(gòu)成同樣功能的全自動定量包裝系統(tǒng)。

　　對于大型定量系統(tǒng)，通常只配置抓袋式自動上袋系統(tǒng)構(gòu)成全自動包裝生產(chǎn)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(tǒng)中取袋裝置和袋夾也有定差別。

　　b)融合現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

　　通過局域網(wǎng)技術(shù)，現(xiàn)場總線技術(shù)(PROFIBUS)，RS485總線技術(shù)將定量秤的定量結(jié)果數(shù)據(jù)上傳，同生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)部的企業(yè)資源計劃系統(tǒng)(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(chǔ)數(shù)據(jù)和信息。

　　c)遠(yuǎn)程控制技術(shù)

　　結(jié)合現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為用戶定量秤實行遠(yuǎn)程故障診斷，系統(tǒng)軟件下載和軟件升。

作者：張曉傳 來源：農(nóng)業(yè)工程技術(shù)·農(nóng)產(chǎn)品加工 2010年2期