測量精度

1、直線性和重復性

不管給料機類型或結構設計如何，稱重給料機的精度都是從給料機出口處定時抽取樣品進行稱量而得的。“稱量給料機精度”實際上表征了兩個既有區別但又相互關聯的數據特性，即直線性和重復性的綜合效果。

直線性是對給料機在其整個運行范圍內平均提供所需流量速率能力的一種衡量。因此，直線性測量值揭示出，在各種流量設定值狀況下，實際重量與所需平均樣品重量之間的差別；重復性是對給料機在給定流量速率狀況下經短暫時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精度，就必須詳細了解直線性和重復性。

直線性。給料機的直線性測量值是以量化方式表明給料機在整個運行范圍內的每個點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在滿刻度運行范圍內的實際平均給料速率與設定值之間的關系。

為了進行直線性測量，要從給料機出料流中定時采集數組樣品。一般情況下，要在滿刻度的5%、25%、50%、75%和100%流量速率下連續抽取十個樣品并對之稱重。（小測試流量速率應該在給料機大調節比的情況下抽取，在圖1中，給料機20:1的調節比可換算成5%）。對于每個組別，都計算出樣品的平均重量，然后計算平均值和樣品所要求的重量之間的差值。請注意，當某個組的平均樣品重量小于所要求的樣品重量時，其差值為負數。這些以重量為基礎的誤差用所需速率的百分比來表示，每個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誤差數值。這些誤差反映出給料機在其運行范圍內的平均給料速率的準確性。

為了消除只能采用校驗進行修正的任何偏差以及將這一組五個誤差值簡化成能夠描述給料機直線性特點的一個單一數值，對誤差組的范圍又進行了計算。其計算結果為運行速率的百分比，用此值可表示給料機的直線性。

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

要想以有意義的方式表達重復性，其關鍵是重復誤差的隨機性質。在實踐中，造成重復性誤差的主要因素是材料的流動特性，其他次要因素還包括給料機和取樣天平對氣流和振動等環境干擾的敏感性。

重復性誤差可以進行量化，借助于標準偏差概念用統計方法予以表述。標準偏差能夠描述任何一組隨機事件在平均值（平均樣品重量）中是如何分布的（圖2表示的是抽取樣品時的振動情況）。一系列抽取樣品重量的標準偏差（S）是從平均值（）中求出的單個樣品重量偏差（d）平方的和除以抽取樣品的數量（n）而得的，其計算公式表示如下：

標準偏差的一個有用特性如圖3所示，68.3%的樣品重量都在一個平均樣品重量標準偏差（1S）范圍內，95.5%的樣品重量都在兩個標準偏差(2S)范圍內，99.7%的樣品重量都將在三個標準偏差(3S)范圍內。因此，用平均樣品重量除以1S、2S和3S的數值，就可將重復性誤差以精確的、但仍然是概率的術語表示出來。

2、取樣

不管是自動取樣還是手工取樣，精確取樣是精確校驗的關鍵，進而也是測定給料機性能的關鍵。今天，由于認識到取樣精度的重要性，越來越多的廠家都在實現取樣程序的自動化。因為自動化取樣可消除如取樣間隔不一致等與手工取樣相關的人為錯誤，同時也可簡化數據處理過程。要實現自動取樣，就必然涉及到能夠將數據輸出到計算機的精密天平的使用。當給料機將材料排出到精密天平上時，由軟件來控制重量數據的采集。

K-Tron公司獨家采用的取樣程序稱為微分動態取樣（differential dynamic sampling）。這種高度精確的取樣方法是每0.1s輸出一個重量讀數并自動計算出與后續“微量樣品”之間的差別。再將一定取樣批量或一定時限內（通常為1lb.或1min，以大數為準）的這些數值進行綜合，形成一個單一 的“宏樣品”。這個過程重復進行，直至獲得所需的30個宏樣品（用于重復性測量）或10個宏樣品（用于直線性測量）。后，自動進行統計處理，以確定重復性或平均樣品重量（直線性）。

雖然自動取樣是趨勢，但是在實際操作中仍然經常使用手工取樣。所用工具包括秒表、兩個容器、取樣天平、記錄紙和計數器等。不管是測試直線性，還是測試重復性，程序基本上是一樣的，那就是將所需的設定數值調整好，在給料機運行過程中，利用一個分流閘（或類似裝置）將材料輸送到一個容器內。

在定時取樣開始時（一般持續時間為1min，但是根據用途不同，時間也有可能不同），取樣器快速使一干凈空容器滑進材料流中，其位置剛好能讓所有材料都排到容器中。當定時取樣間隔終了時，取樣器將另外一個空容器放入取樣位置，在這個容器接收材料的同時，個容器內材料的重量可被記錄下來。取樣器就是以這樣一種方式進行取樣工作。在稱量一個樣品的同時，獲取下一個樣品，直至采集到所需數量的樣品為止（建議每個直線性數據點取樣10個，每個重復性測量取樣30個）。

為了確保取樣精度，必須遵守以下事項：

由于空取樣容器的重量可能存在差別（不管差別多小），所以應該分別稱量各個容器的重量。如果所用天平不能存儲兩個容器的重量數值，則應該稱量較重之容器，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移到一個重量經過標定的容器中，再在天平上稱量每個采集到的樣品。

為了盡量減少取樣過程中的人為誤差，樣品重量必須足夠大。多數給料機生產廠家都會規定，取樣時間應該為1min或者樣品重量為1lb.，以數值大者為準。但是，由于每個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，取樣規范還是應該根據加工者的實際情況來制定，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，應該由同一個人采集所有樣品。

樣品的采集應該連續進行。

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%。

精度的監測

因為工藝和質量控制的要求千差萬別，精度檢查的頻度無法硬性規定，也不可能一成不變。如在某些通用場合，可能要求每兩個月或每一個季度進行一次性能復查核對，而在那些對工藝要求更加嚴格的場合，則可能需要每周或在更短的時間內對精度進行校驗。

雖然性能復查核對的佳頻度是由經驗決定的，但是同時應該考慮以下四個方面的因素：

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需要更加經常地檢查其性能。

與在可控環境條件下或環境相對變化不大情況下運行的給料機相比，在環境變化范圍大的條件下運行的給料機需要更加經常地進行檢查。

給料速率有無發生大幅度變化。即使多數給料機在相當大的調節范圍內都能夠精確運行，如果給料機需要長時間運行于與原有校驗速率不同的速率之下，好對其精度進行驗證。

材料是否發生實質性變化。材料密度、顆粒和塊狀尺寸或流動性發生大的變化都會對給料機性能產生影響。在這些情況下，除了重新校驗之外，還需要對傳動系統的齒輪系統和（或）進口幾何形狀進行調整。

一般來說，在給料機的使用初期，其精度驗證工作需要經常性地進行，而在正常運行后，除非有明確說明時，一般都不需要進行再校驗。而隨著加工者經驗的積累，一般都可以獲得佳的檢查頻度。

在監測給料機精度時，準確地進行記錄是關鍵。因為在校驗給料機時要連續稱量樣品的平均重量。為了可靠地確定樣品的平均重量，通常在每個測試設定點上要取10個樣品。除了記錄單個樣品重量及計算出來的平均重量以外，其它相關信息也應被記錄下來，這包括設定點、材料、取樣時間、測試日期以及取樣器名稱等。由于詳細記錄了給料機精度，可以使加工者在生產工藝和生產效率受到影響之前就能夠發現給料機所存在的問題。

給料機工作原理、稱量系統、機械設計、控制方案、運行環境以及維修保養方法。

1、物料

在今天的塑料加工過程中，由于給料工作遇到的材料和搬運處理特性千差萬別，就要求塑料加工商應在確定給料機技術規范和選型的階段，就要充分注意對物料特性的評估。通常，材料決定所需的給料機類型。對于那些難于處理的、會漫溢的材料或難于流動的材料，好使用失重式給料機。這種給料機的特點是可以根據具體材料進行適當配置。而對于自由流動材料則不要求給料機采用任何特殊配置，使用皮帶式給料機是佳選擇。當然，這只是一般性的原則，為了將給料機與材料進行正確的匹配，塑料加工商應與給料機供應商密切磋商，在試驗室進行一些必要的試驗，以對選型進行確認。

2、工作原理

皮帶式和失重式給料機 是當今使用多的兩種稱量給料機類型。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，當材料進入給料機時，材料可形成大致均勻的料床，然后被輸送且要通過一個剪切閘門。當薄薄一層材料快速通過稱量段時，給料機就檢測到了材料的重量。根據檢測到的重量，皮帶速度能夠連續不斷地自動進行調整，這樣排出的物料重量就可以始終處于可控狀態中。與此相比，在失重給料方法中，整個給料機、料斗中的材料和排出材料都連續不斷地被稱量，使給料機的輸出速率（給料系統失去重量的速率）被精確控制，以達到理想的給料速率。

3、稱量系統

不管是選擇皮帶式還是選擇失重式給料機，要想精確給料就必須保證精確稱量。在稱量皮帶給料中，對于給定運行范圍而言，不管要求的給料速率是多少，需要測量的重量都是比較小而且幾乎是恒定的。所以，皮帶稱量系統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量臺以對施加到傳感器運行范圍的負荷進行測量，故其對材料重量分辨率的要求要低一些。但是，稱量皮帶給料機的精度對于皮帶檢測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漂移造成的。

失重給料工藝要求稱量系統擁有寬的運行范圍、極好的直線性、能夠精確確定系統總重量的足夠高的分辨率以及能夠在加料進程中進行迅速測量所需要的高水準反應能力。另外，在低速率失重給料應用中，如果與檢測到的總重量相比，兩個時刻之間的重量損失非常小時，測量分辨率的高低則顯得尤為重要。這是因為失重給料工藝不像稱量皮帶給料工藝那樣依賴于穩定零點，它的著重點是重量的變化，而不是重量的絕對測量值。

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用中的各種具體要求，其真正的數字工作原理可以給任何流程稱量裝置以無漂移數字格式提供高的分辨率（1:1000000）。由于SFT的運行不產生偏轉，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荷，同時它又足夠穩定，可以避免與依靠偏轉的稱量系統（如LVDT解算器）相關聯的誤差。

4、機械系統

因為失重式給料機 的機械結構簡單，人們很少擔心給料精度的問題。但是，在皮帶式給料機的應用中，給料精度可能會受到稱量臺錯位的影響。具體來說，就是直接處于稱量臺上游的固定料臺與稱量臺本身的錯位會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的因素都會造成給料速率的錯誤。因此，在設備選型過程中和在編制任何維修保養計劃時，都應該對上述系統的可靠性和運行有效性進行評估。

5、控制

任何給料機，不管是皮帶式給料機，還是失重式給料機，都會配置一個控制器，以執行設備運行的基本功能。一般來說，可靠的準確性常常取決于控制功能的強化，而提供強化功能是為了創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化功能包括輸送滯后延遲、皮帶自動稱量、溢撒檢測等多種項目。而失重給料工藝所需的控制強化功能則包括為了解決環境干擾影響而采取的復雜重量信號過濾以及為了在給料機容積計量再加料階段維持精度而提供的再加料陣列控制技術等。

6、環境

關注給料機的運行環境常常會揭示出確保給料機可靠運行的方法。如當振動是影響因素的時候，可采取措施將給料機與其他設備隔離開來。這些措施一般包括使用柔性進口和出口接頭以及在設備上安裝減振裝置。此外，只要可能，應該盡量避免高溫、高濕、風和其他環境因素對給料機的影響。

7、維修保養

沒有一定水準的維修保養，就不可能指望精密設備會準確地工作。盡管今天的先進給料機所需要的維修保養很少，但正確的維修保養還是非常必要的。這包括：定期清理稱量皮帶給料機內部，以避免由材料積聚所導致的給料誤差；檢查皮帶是否有磨損和材料在皮帶上的粘附情況，必要時要進行更換；檢查與皮帶相關聯的機械系統運行是否正常；定期檢查所有柔性接頭，確保牢固連接。若接頭連接不緊，會影響失重式給料機的重量測量精度。

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