谈定量称重控制仪

称重控制器是一种实时测量物料重量并根据重量自动发出控制信号的智能仪器，广泛应用于包装、配料等工艺流程中。国内在定量称重控制器方面进行了多方面的研究，也设计出一 批高性能、功能完备的称重控制器，但也存在改进之处，如维护 困难、精度低、配料时间长等。

我国社会主义市场经济的繁荣和发展，促进了对定量包装商品需求的不断增长。例如以零售商品为例，根据有关统计，美国零售市场中定量包装商品的销售量占95%以上，我国零售市场上定量包装商品的销售量也己经达到70%左右，并且其数量将随着经济的发展而不断扩大。

自动定量称重控制仪，属于国际法制计量组织OIML（Organization of International Legal Metrology）国际建议R61-1所称之重力式自动装料衡器（Automatic Gravimetric Filling Instrument）中的控制装置[3]。在我国，自动装料衡器又称之为定量自动衡器，有些场合还可称为定量包装秤、打包秤、灌包秤或打包机。OILM把重力式自动装料衡器定义为“通过自动称量把散状物料分成预定且实际上相对恒定质量的装料，并将其装入容器的衡器” 。

称重技术在人类生产、工艺流程中有着非常重要的作用。称重分为静态称重和动态称重两大类。日常生活中人们遇到的称重主要是静态称重，如汽车磅秤，电子秤等，静态称重是指在秤体和所称物体之间达到静态平衡后再进行称量，无需考虑所称物体的冲力、动态过程等因素，设计简单，精度比较高。有很多情况下需要我们在正常作业时测量出物体的重量，而且在这种情况下其重量往往是一个随时间变化的量。例如，在粮食包装的过程，取市场上25公斤一袋的精装大米为例，在对大米进行色选、抛光之后，通过提升机送入料斗，然后在大米从料斗下落到计量斗的过程中实时测量，并发出控制信号；在饲料配比中经常需要将多种原料按一定的比例混合，这种将一种原料和其它多种原料按事先设定的比例进行混合的配料称重系统在工业生产过程中有着重要的意义，它能根据事先设定的配料单，将各种不同的原料在不同的称重设备中同时进行称重，然后实现按比例混合。这种动念称重系统有着如下的特点：

（1）被测对象处于非静止状态，在具有加速度的情况下进行测量。

（2）在短时间内进行快速精确测量，既要保持良好的时间响应特性，又要保证精度。

（3）多用于在线自动测量系统中。

在动态过程中要考虑被测对象冲力、秤体振动、空中余料等因素。另外，动态称重不同于静态称重的一个重要原因是因为动态称重有一个动态过程，因为被测对象是时刻变化的，传感器从一个状态变化到另一个状态要经历一个过渡过程，由于在过渡过程中，测量值与实际重量值相差很大，难以满足精度上的要求。只有系统趋于平稳后，才能得到准确的测量值。在实际过程中利用对传感器的动态过程的参数估计方法，实现了在动态过程中准确得到被测对象重量，并满足速度要求。定量包装控制器就是基于称重技术发展的情况下，在线测量所要包装的物料重量并根据重量执行相应动作的智能仪器。定量包装控制器广泛应用于工艺包装、配料流程中。作为一个人口大国，我国定量包装商品的需求量很大。据调查，单单冶金企业每年新增和更换的各类工业电子秤就达约5000台，而其它工业及商业部门也都需要装备数量很大的电子称重装置。面对国内巨大的需求，我国自动定量称重控制仪表技术相对落后的现状亟需改变。期望本课题的研究工作，能够对改善我国自动定量称重控制仪表技术相对落后的局面有所贡献。

在近百年的历史中，称重技术大致经历了以下四个发展阶段：大约半个多世纪的机械式装置模拟测量阶段；20世纪50～60年代进入了机电衡器阶段；20世纪70～80年代进入了电子测量阶段；自20世纪80年代以来，全面进入了数字化测量及微机智能化测量的阶段。

1、国外发展情况

电子称重技术是集机械、电子、材料、信息、管理为一体的综合技术，是一项系统工程。长期以来，各工业发达国家都把电子称重技术的研究及应用提高到电子称重设备制造工程的高度来认识。它们不约而同地将研究开发的重点从单纯的称重转移到生产过程的称重系统和自动控制领域，使称重计量的内涵不断扩展，由狭义到广义，由单项到系统，新型的现代称重计量概念已脱颖而出，一跃成为当代世界瞩目的技术与行业。生产和检测中，不断纳入现代高新技术，特别是现代制造技术和工艺技术。目前，世界上称重控制器生产的较先进的有瑞士的布勒公司，意大利的博高马公司及美国的梅特勒.托利多公司。美国、法国、日本、和意大利是世界上包装机械四大出口国，同时也是电子称重设备的主要出口国，它们各自的年出口额与我国衡器工业的年总产值相当其原因主要是这些国家在这些电子称重系统和电子称重控制器产品的研究、设计、生产。技术水平方面的主要标志是准确度、长期稳定性和可靠性。目前，作为贸易结算用的静态秤（如平台秤），己能达到OIML规定的3000d（分度），最高的可以达到6000d；在稳定性方面，要求一年内不允许超差；在可靠性方面，称重传感器正常使用条件下的寿命一般在十年以上，仪表的平均故障间隔时间（MTBF）都超过2000小时，有些产品达到了5000小时。由于加强了应用技术开发，能够适应高温、振动、粉尘、电磁干扰等各种恶劣使用环境条件，准确度一般能达到0.1～0.3%左右。

2、国内发展情况

50年代中期电子技术的渗入推动了衡器制造业的发展。60年代初期出现机电结合式电子称重控制器以来，经过40多年的不断改进与完善，我国电子称重控制器从最初的机电结合型发展到现在的全电子型和数字智能型。我国电子称重控制器的技术装备和检测试验手段基本达到国际90年代中期的水平。电子称重控制器制造技术及应用得到了新发展。电子称重技术从静态称重向动态称重发展；计量方法从模拟测量向数字测量发展；测量特点从单参数测量向多参数测量发展，特别是对快速称重和动态称重的研究与应用。但就总体而言，我国电子称重控制器产品的数量和质量与工业发达国家相比还有较大差距，其主要差距是技术与工艺不够先进、工艺装备与测试仪表老化、开发能力不足、产品的品种规格较少、功能不全、稳定性和可靠性较差等。我国的动态称重仪表与国外同类产品有一定的差距，尤其在动态稳定性上差距还很大，需要我国企业努力改变这一现状。目前，国内称重控制器生产的较先进的有深圳杰曼公司、浙江余姚太平洋自控工程有限公司、南京格元电力自动化设备有限公司、常州蔓斯曲朗数字称重备系统有限公司（原常州衡器有限公司）等。近年来，我国自动定量称重衡器技术发展很快，并且已经成为衡器行业中发展最迅速的产品种类。例如，将模糊控制技术应用于定量称重[10～11]以及在电阻应变式称重传感器方面采用蠕变补偿、模糊补偿和滞后补偿技术等。

3、发展方向展望

称重定量包装控制器是电子衡器的重要基础部件，它直接影响电子衡器及电子称重系统的功能和性能，反映了称重计量的计术水平。可以说称重定量包装控制器是基于称重计量自动化和电子称重控制器快速发展的促进和牵引，随着电子技术和计算机技术的进步而发展起来的。随着科学技术的发展，许多高新技术如微电子技术、计算机技术、传感器技术和信息技术等渗入到称重计量领域，特别是微处理技术的普及，新机理、新结构的接触式和非接触式高精度位移、速度、加速度传感器的问世，为在称重理论的研究中，用工程动力学来代替工程静力学解决动态质量测量问题创造了条件。称重定量包装控制器是科研成果转化为商品的重要桥梁，是企业强化竞争力，提高经济效益的主要手段。特别是当前市场日趋国际化的情况下，采用高新技术正起着越来越重要的作用。