測(cè)量精度

1、直線性和重復(fù)性

不管給料機(jī)類型或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如何，稱重給料機(jī)的精度都是從給料機(jī)出口處定時(shí)抽取樣品進(jìn)行稱量而得的?！胺Q量給料機(jī)精度”實(shí)際上表征了兩個(gè)既有區(qū)別但又相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)特性，即直線性和重復(fù)性的綜合效果。

直線性是對(duì)給料機(jī)在其整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)平均提供所需流量速率能力的一種衡量。因此，直線性測(cè)量值揭示出，在各種流量設(shè)定值狀況下，實(shí)際重量與所需平均樣品重量之間的差別；重復(fù)性是對(duì)給料機(jī)在給定流量速率狀況下經(jīng)短暫時(shí)間排出恒定流量材料的度量。這種度量通常是在所需的工作流量速率下進(jìn)行的，它表示一組稱量抽樣樣品在平均抽樣重量周圍的離散水平。

要想清楚地表征給料機(jī)精度，就必須詳細(xì)了解直線性和重復(fù)性。

直線性。給料機(jī)的直線性測(cè)量值是以量化方式表明給料機(jī)在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)的每個(gè)點(diǎn)上提供所需平均速率的好壞程度。完美的直線性是用一條直線表示的，其所表示的是給料機(jī)在滿刻度運(yùn)行范圍內(nèi)的實(shí)際平均給料速率與設(shè)定值之間的關(guān)系。

為了進(jìn)行直線性測(cè)量，要從給料機(jī)出料流中定時(shí)采集數(shù)組樣品。一般情況下，要在滿刻度的5%、25%、50%、75%和100%流量速率下連續(xù)抽取十個(gè)樣品并對(duì)之稱重。（小測(cè)試流量速率應(yīng)該在給料機(jī)大調(diào)節(jié)比的情況下抽取，在圖1中，給料機(jī)20:1的調(diào)節(jié)比可換算成5%）。對(duì)于每個(gè)組別，都計(jì)算出樣品的平均重量，然后計(jì)算平均值和樣品所要求的重量之間的差值。請(qǐng)注意，當(dāng)某個(gè)組的平均樣品重量小于所要求的樣品重量時(shí)，其差值為負(fù)數(shù)。這些以重量為基礎(chǔ)的誤差用所需速率的百分比來(lái)表示，每個(gè)差值被其各自所要求的樣品重量相除，再乘以100，就可以得出一組五個(gè)誤差數(shù)值。這些誤差反映出給料機(jī)在其運(yùn)行范圍內(nèi)的平均給料速率的準(zhǔn)確性。

為了消除只能采用校驗(yàn)進(jìn)行修正的任何偏差以及將這一組五個(gè)誤差值簡(jiǎn)化成能夠描述給料機(jī)直線性特點(diǎn)的一個(gè)單一數(shù)值，對(duì)誤差組的范圍又進(jìn)行了計(jì)算。其計(jì)算結(jié)果為運(yùn)行速率的百分比，用此值可表示給料機(jī)的直線性。

重復(fù)性。雖然重復(fù)性（對(duì)抽樣組平均重量離散情況的度量）并不揭示給料機(jī)是否在提供平均所需的速率，但是它可以告訴我們有關(guān)短時(shí)間內(nèi)的流量速率不一致程度的大量信息。這種信息是極其有價(jià)值的，特別是對(duì)于質(zhì)量控制而言，更是如此。

要想以有意義的方式表達(dá)重復(fù)性，其關(guān)鍵是重復(fù)誤差的隨機(jī)性質(zhì)。在實(shí)踐中，造成重復(fù)性誤差的主要因素是材料的流動(dòng)特性，其他次要因素還包括給料機(jī)和取樣天平對(duì)氣流和振動(dòng)等環(huán)境干擾的敏感性。

重復(fù)性誤差可以進(jìn)行量化，借助于標(biāo)準(zhǔn)偏差概念用統(tǒng)計(jì)方法予以表述。標(biāo)準(zhǔn)偏差能夠描述任何一組隨機(jī)事件在平均值（平均樣品重量）中是如何分布的（圖2表示的是抽取樣品時(shí)的振動(dòng)情況）。一系列抽取樣品重量的標(biāo)準(zhǔn)偏差（S）是從平均值（）中求出的單個(gè)樣品重量偏差（d）平方的和除以抽取樣品的數(shù)量（n）而得的，其計(jì)算公式表示如下：

標(biāo)準(zhǔn)偏差的一個(gè)有用特性如圖3所示，68.3%的樣品重量都在一個(gè)平均樣品重量標(biāo)準(zhǔn)偏差（1S）范圍內(nèi)，95.5%的樣品重量都在兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差(2S)范圍內(nèi)，99.7%的樣品重量都將在三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差(3S)范圍內(nèi)。因此，用平均樣品重量除以1S、2S和3S的數(shù)值，就可將重復(fù)性誤差以精確的、但仍然是概率的術(shù)語(yǔ)表示出來(lái)。

2、取樣

不管是自動(dòng)取樣還是手工取樣，精確取樣是精確校驗(yàn)的關(guān)鍵，進(jìn)而也是測(cè)定給料機(jī)性能的關(guān)鍵。今天，由于認(rèn)識(shí)到取樣精度的重要性，越來(lái)越多的廠家都在實(shí)現(xiàn)取樣程序的自動(dòng)化。因?yàn)樽詣?dòng)化取樣可消除如取樣間隔不一致等與手工取樣相關(guān)的人為錯(cuò)誤，同時(shí)也可簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)處理過(guò)程。要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)取樣，就必然涉及到能夠?qū)?shù)據(jù)輸出到計(jì)算機(jī)的精密天平的使用。當(dāng)給料機(jī)將材料排出到精密天平上時(shí)，由軟件來(lái)控制重量數(shù)據(jù)的采集。

K-Tron公司獨(dú)家采用的取樣程序稱為微分動(dòng)態(tài)取樣（differential dynamic sampling）。這種高度精確的取樣方法是每0.1s輸出一個(gè)重量讀數(shù)并自動(dòng)計(jì)算出與后續(xù)“微量樣品”之間的差別。再將一定取樣批量或一定時(shí)限內(nèi)（通常為1lb.或1min，以大數(shù)為準(zhǔn)）的這些數(shù)值進(jìn)行綜合，形成一個(gè)單一 的“宏樣品”。這個(gè)過(guò)程重復(fù)進(jìn)行，直至獲得所需的30個(gè)宏樣品（用于重復(fù)性測(cè)量）或10個(gè)宏樣品（用于直線性測(cè)量）。后，自動(dòng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，以確定重復(fù)性或平均樣品重量（直線性）。

雖然自動(dòng)取樣是趨勢(shì)，但是在實(shí)際操作中仍然經(jīng)常使用手工取樣。所用工具包括秒表、兩個(gè)容器、取樣天平、記錄紙和計(jì)數(shù)器等。不管是測(cè)試直線性，還是測(cè)試重復(fù)性，程序基本上是一樣的，那就是將所需的設(shè)定數(shù)值調(diào)整好，在給料機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，利用一個(gè)分流閘（或類似裝置）將材料輸送到一個(gè)容器內(nèi)。

在定時(shí)取樣開(kāi)始時(shí)（一般持續(xù)時(shí)間為1min，但是根據(jù)用途不同，時(shí)間也有可能不同），取樣器快速使一干凈空容器滑進(jìn)材料流中，其位置剛好能讓所有材料都排到容器中。當(dāng)定時(shí)取樣間隔終了時(shí)，取樣器將另外一個(gè)空容器放入取樣位置，在這個(gè)容器接收材料的同時(shí)，個(gè)容器內(nèi)材料的重量可被記錄下來(lái)。取樣器就是以這樣一種方式進(jìn)行取樣工作。在稱量一個(gè)樣品的同時(shí)，獲取下一個(gè)樣品，直至采集到所需數(shù)量的樣品為止（建議每個(gè)直線性數(shù)據(jù)點(diǎn)取樣10個(gè)，每個(gè)重復(fù)性測(cè)量取樣30個(gè)）。

為了確保取樣精度，必須遵守以下事項(xiàng)：

由于空取樣容器的重量可能存在差別（不管差別多小），所以應(yīng)該分別稱量各個(gè)容器的重量。如果所用天平不能存儲(chǔ)兩個(gè)容器的重量數(shù)值，則應(yīng)該稱量較重之容器，并在較輕容器上加上配重，使其重量與較重容器的重量相等。常用的一種替代方法是將取樣容器中采集到的材料轉(zhuǎn)移到一個(gè)重量經(jīng)過(guò)標(biāo)定的容器中，再在天平上稱量每個(gè)采集到的樣品。

為了盡量減少取樣過(guò)程中的人為誤差，樣品重量必須足夠大。多數(shù)給料機(jī)生產(chǎn)廠家都會(huì)規(guī)定，取樣時(shí)間應(yīng)該為1min或者樣品重量為1lb.，以數(shù)值大者為準(zhǔn)。但是，由于每個(gè)加工者的取樣用途和精度要求以及限制因素往往是不同的，因此，取樣規(guī)范還是應(yīng)該根據(jù)加工者的實(shí)際情況來(lái)制定，以反映出加工者的特殊處理要求。

為了盡量減少取樣方法的差異，應(yīng)該由同一個(gè)人采集所有樣品。

樣品的采集應(yīng)該連續(xù)進(jìn)行。

取樣天平分辨率必須能夠滿足要求，其分辨率的小要求為取樣重量的0.1%。

精度的監(jiān)測(cè)

因?yàn)楣に嚭唾|(zhì)量控制的要求千差萬(wàn)別，精度檢查的頻度無(wú)法硬性規(guī)定，也不可能一成不變。如在某些通用場(chǎng)合，可能要求每?jī)蓚€(gè)月或每一個(gè)季度進(jìn)行一次性能復(fù)查核對(duì)，而在那些對(duì)工藝要求更加嚴(yán)格的場(chǎng)合，則可能需要每周或在更短的時(shí)間內(nèi)對(duì)精度進(jìn)行校驗(yàn)。

雖然性能復(fù)查核對(duì)的佳頻度是由經(jīng)驗(yàn)決定的，但是同時(shí)應(yīng)該考慮以下四個(gè)方面的因素：

材料的成本或材料的重要性。處理昂貴和非常重要組份的給料機(jī)需要更加經(jīng)常地檢查其性能。

與在可控環(huán)境條件下或環(huán)境相對(duì)變化不大情況下運(yùn)行的給料機(jī)相比，在環(huán)境變化范圍大的條件下運(yùn)行的給料機(jī)需要更加經(jīng)常地進(jìn)行檢查。

給料速率有無(wú)發(fā)生大幅度變化。即使多數(shù)給料機(jī)在相當(dāng)大的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)都能夠精確運(yùn)行，如果給料機(jī)需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行于與原有校驗(yàn)速率不同的速率之下，好對(duì)其精度進(jìn)行驗(yàn)證。

材料是否發(fā)生實(shí)質(zhì)性變化。材料密度、顆粒和塊狀尺寸或流動(dòng)性發(fā)生大的變化都會(huì)對(duì)給料機(jī)性能產(chǎn)生影響。在這些情況下，除了重新校驗(yàn)之外，還需要對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的齒輪系統(tǒng)和（或）進(jìn)口幾何形狀進(jìn)行調(diào)整。

一般來(lái)說(shuō)，在給料機(jī)的使用初期，其精度驗(yàn)證工作需要經(jīng)常性地進(jìn)行，而在正常運(yùn)行后，除非有明確說(shuō)明時(shí)，一般都不需要進(jìn)行再校驗(yàn)。而隨著加工者經(jīng)驗(yàn)的積累，一般都可以獲得佳的檢查頻度。

在監(jiān)測(cè)給料機(jī)精度時(shí)，準(zhǔn)確地進(jìn)行記錄是關(guān)鍵。因?yàn)樵谛ｒ?yàn)給料機(jī)時(shí)要連續(xù)稱量樣品的平均重量。為了可靠地確定樣品的平均重量，通常在每個(gè)測(cè)試設(shè)定點(diǎn)上要取10個(gè)樣品。除了記錄單個(gè)樣品重量及計(jì)算出來(lái)的平均重量以外，其它相關(guān)信息也應(yīng)被記錄下來(lái)，這包括設(shè)定點(diǎn)、材料、取樣時(shí)間、測(cè)試日期以及取樣器名稱等。由于詳細(xì)記錄了給料機(jī)精度，可以使加工者在生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)效率受到影響之前就能夠發(fā)現(xiàn)給料機(jī)所存在的問(wèn)題。

給料機(jī)工作原理、稱量系統(tǒng)、機(jī)械設(shè)計(jì)、控制方案、運(yùn)行環(huán)境以及維修保養(yǎng)方法。

1、物料

在今天的塑料加工過(guò)程中，由于給料工作遇到的材料和搬運(yùn)處理特性千差萬(wàn)別，就要求塑料加工商應(yīng)在確定給料機(jī)技術(shù)規(guī)范和選型的階段，就要充分注意對(duì)物料特性的評(píng)估。通常，材料決定所需的給料機(jī)類型。對(duì)于那些難于處理的、會(huì)漫溢的材料或難于流動(dòng)的材料，好使用失重式給料機(jī)。這種給料機(jī)的特點(diǎn)是可以根據(jù)具體材料進(jìn)行適當(dāng)配置。而對(duì)于自由流動(dòng)材料則不要求給料機(jī)采用任何特殊配置，使用皮帶式給料機(jī)是佳選擇。當(dāng)然，這只是一般性的原則，為了將給料機(jī)與材料進(jìn)行正確的匹配，塑料加工商應(yīng)與給料機(jī)供應(yīng)商密切磋商，在試驗(yàn)室進(jìn)行一些必要的試驗(yàn)，以對(duì)選型進(jìn)行確認(rèn)。

2、工作原理

皮帶式和失重式給料機(jī) 是當(dāng)今使用多的兩種稱量給料機(jī)類型。由于它們的工作原理不同，使它們各自的給料精度影響因素也不盡相同。在稱量皮帶給料工藝中，當(dāng)材料進(jìn)入給料機(jī)時(shí)，材料可形成大致均勻的料床，然后被輸送且要通過(guò)一個(gè)剪切閘門。當(dāng)薄薄一層材料快速通過(guò)稱量段時(shí)，給料機(jī)就檢測(cè)到了材料的重量。根據(jù)檢測(cè)到的重量，皮帶速度能夠連續(xù)不斷地自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，這樣排出的物料重量就可以始終處于可控狀態(tài)中。與此相比，在失重給料方法中，整個(gè)給料機(jī)、料斗中的材料和排出材料都連續(xù)不斷地被稱量，使給料機(jī)的輸出速率（給料系統(tǒng)失去重量的速率）被精確控制，以達(dá)到理想的給料速率。

3、稱量系統(tǒng)

不管是選擇皮帶式還是選擇失重式給料機(jī)，要想精確給料就必須保證精確稱量。在稱量皮帶給料中，對(duì)于給定運(yùn)行范圍而言，不管要求的給料速率是多少，需要測(cè)量的重量都是比較小而且?guī)缀跏呛愣ǖ?。所以，皮帶稱量系統(tǒng)的直線性不如失重給料工藝那么重要。由于稱量皮帶給料工藝一般不要求配置計(jì)量臺(tái)以對(duì)施加到傳感器運(yùn)行范圍的負(fù)荷進(jìn)行測(cè)量，故其對(duì)材料重量分辨率的要求要低一些。但是，稱量皮帶給料機(jī)的精度對(duì)于皮帶檢測(cè)重量的任何改變卻是極其敏感的，不管這種變化是由粘附到皮帶上的材料造成的，還是由于重量傳感器的零點(diǎn)漂移造成的。

失重給料工藝要求稱量系統(tǒng)擁有寬的運(yùn)行范圍、極好的直線性、能夠精確確定系統(tǒng)總重量的足夠高的分辨率以及能夠在加料進(jìn)程中進(jìn)行迅速測(cè)量所需要的高水準(zhǔn)反應(yīng)能力。另外，在低速率失重給料應(yīng)用中，如果與檢測(cè)到的總重量相比，兩個(gè)時(shí)刻之間的重量損失非常小時(shí)，測(cè)量分辨率的高低則顯得尤為重要。這是因?yàn)槭е亟o料工藝不像稱量皮帶給料工藝那樣依賴于穩(wěn)定零點(diǎn)，它的著重點(diǎn)是重量的變化，而不是重量的絕對(duì)測(cè)量值。

K-Tron公司專有的智能力傳感器（SFT）適合于滿足稱量皮帶和失重給料應(yīng)用中的各種具體要求，其真正的數(shù)字工作原理可以給任何流程稱量裝置以無(wú)漂移數(shù)字格式提供高的分辨率（1:1000000）。由于SFT的運(yùn)行不產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，使得它足夠靈敏，能夠精確跟蹤失重給料工藝中不斷變化的負(fù)荷，同時(shí)它又足夠穩(wěn)定，可以避免與依靠偏轉(zhuǎn)的稱量系統(tǒng)（如LVDT解算器）相關(guān)聯(lián)的誤差。

4、機(jī)械系統(tǒng)

因?yàn)槭е厥浇o料機(jī) 的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，人們很少擔(dān)心給料精度的問(wèn)題。但是，在皮帶式給料機(jī)的應(yīng)用中，給料精度可能會(huì)受到稱量臺(tái)錯(cuò)位的影響。具體來(lái)說(shuō)，就是直接處于稱量臺(tái)上游的固定料臺(tái)與稱量臺(tái)本身的錯(cuò)位會(huì)造成給料速率的意外增加或減少。另外，任何與皮帶牽引力、張緊力或清潔度有關(guān)的因素都會(huì)造成給料速率的錯(cuò)誤。因此，在設(shè)備選型過(guò)程中和在編制任何維修保養(yǎng)計(jì)劃時(shí)，都應(yīng)該對(duì)上述系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行有效性進(jìn)行評(píng)估。

5、控制

任何給料機(jī)，不管是皮帶式給料機(jī)，還是失重式給料機(jī)，都會(huì)配置一個(gè)控制器，以執(zhí)行設(shè)備運(yùn)行的基本功能。一般來(lái)說(shuō)，可靠的準(zhǔn)確性常常取決于控制功能的強(qiáng)化，而提供強(qiáng)化功能是為了創(chuàng)造某些條件或滿足某些要求。稱量皮帶給料工藝所要求的強(qiáng)化功能包括輸送滯后延遲、皮帶自動(dòng)稱量、溢撒檢測(cè)等多種項(xiàng)目。而失重給料工藝所需的控制強(qiáng)化功能則包括為了解決環(huán)境干擾影響而采取的復(fù)雜重量信號(hào)過(guò)濾以及為了在給料機(jī)容積計(jì)量再加料階段維持精度而提供的再加料陣列控制技術(shù)等。

6、環(huán)境

關(guān)注給料機(jī)的運(yùn)行環(huán)境常常會(huì)揭示出確保給料機(jī)可靠運(yùn)行的方法。如當(dāng)振動(dòng)是影響因素的時(shí)候，可采取措施將給料機(jī)與其他設(shè)備隔離開(kāi)來(lái)。這些措施一般包括使用柔性進(jìn)口和出口接頭以及在設(shè)備上安裝減振裝置。此外，只要可能，應(yīng)該盡量避免高溫、高濕、風(fēng)和其他環(huán)境因素對(duì)給料機(jī)的影響。

7、維修保養(yǎng)

沒(méi)有一定水準(zhǔn)的維修保養(yǎng)，就不可能指望精密設(shè)備會(huì)準(zhǔn)確地工作。盡管今天的先進(jìn)給料機(jī)所需要的維修保養(yǎng)很少，但正確的維修保養(yǎng)還是非常必要的。這包括：定期清理稱量皮帶給料機(jī)內(nèi)部，以避免由材料積聚所導(dǎo)致的給料誤差；檢查皮帶是否有磨損和材料在皮帶上的粘附情況，必要時(shí)要進(jìn)行更換；檢查與皮帶相關(guān)聯(lián)的機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)行是否正常；定期檢查所有柔性接頭，確保牢固連接。若接頭連接不緊，會(huì)影響失重式給料機(jī)的重量測(cè)量精度。