了解失重秤

一、失重秤的专业定义

失重秤（Loss-in-Weight Feeder）是一种基于动态质量流量闭环控制原理的连续定量给料设备。其基本思想是通过测量物料在一定时间内从称重容器中流失的质量，实现质量流率的实时调节与反馈控制，从而精确控制物料输送速率。

二、系统构成与技术原理

1. 系统构成模块

1. 称重单元（称重平台或称重传感器）
   • 通常采用电阻应变式称重传感器，精度需达到0.05%~0.1%FS；
   • 采样频率通常≥100 Hz，用于捕捉质量变化速率；
   • 配合高精度A/D模块和数字滤波算法（如FIR、卡尔曼滤波）。

2. 料斗/计量仓
   • 设计需考虑料压均布、避免桥接、下料流畅性；
   • 通常带有防粘壁和气体辅助输送结构。

3. 给料机构（核心执行机构）
   • 螺旋输送器（单螺、双螺）、振动输送器、皮带输送器等；
   • 依据物料流动性和堆密度选择结构形式与参数（如螺距、转速等）；
   • 输送能力 Q = ρ × A × v（ρ为物料密度，A为有效输送面积，v为输送速度）。

4. 补料装置
   • 通常包括气动闸门、翻板阀、振动下料器；
   • 通过加料周期管理实现补料与失重过程的切换；
   • 补料期间暂停质量流量控制，进入“Hold”状态。

5. 控制系统（PLC/DCS + PID/前馈控制）
   • 以实际质量流速为反馈变量，设定目标流速为给定量；
   • 控制器输出驱动信号调节螺旋电机转速；
   • 支持比例控制、流量斜坡设定、物料特性补偿等功能。

2. 控制原理详解

A. 质量流量计算

设称重系统在时间 t 时的质量为 m(t)，则：

m(t)=dm(t)/dt

其中m(t) 即为物料的实际流速（kg/h 或 g/s）。负号表示质量减少。

B. 闭环控制逻辑

通过比较目标设定流量m_set与当前流量 m(t)，控制系统利用PID（或带前馈）调节给料装置转速ω(t)，满足：

ω(t)=f（m_set-m(t)）+ω_base

此处ω_base 为基准转速，对应正常物料流动时的平均出料速率。

C. 补料逻辑（典型算法）

当料斗质量低于低限门限m_min自动触发补料；

在补料过程中，系统转为Open-Loop（开环）控制，记录补料时间与期望流量；

补料完成后自动切回闭环控制。

三、关键性能指标

四、失重秤与其他喂料方式对比

五、工程应用注意事项

1. 物料特性评估：粉体的流动性（休止角、堆密度、吸湿性）、磨蚀性等都会直接影响螺旋结构、料斗设计和补料节奏。
2. 防振设计：整机需隔离外部机械振动、空气脉冲干扰，避免影响称重精度。
3. 防架桥与粘壁：对于流动性差或高湿物料，应采用锥形料斗、破拱器、内壁涂层等结构设计。
4. 智能化与联网能力：工业以太网、Profibus、Modbus等通讯协议支持DCS/MES集成与远程诊断。

六、典型行业案例

• 塑料挤出： 稳定喂料助剂与母粒，提升制品一致性；
• 化工行业： 多路失重秤配合比例配料，实现多组分高精度反应物给料；
• 食品与医药： 高洁净级失重秤，满足GMP/FDA要求，适用于香精、药粉等添加控制。