在动态称重中应用基于声卡的数据采集系统

　　动态称重技术在定量包装、定量装料及配料等自动化过程中有着广泛的应用。动态称重的2个关键问题是:称重精度、称重速度,这两方面需要综合考虑,同时兼顾。同时实现较高精度和较高速度的动态称重技术是计量领域的难题之一。现代信号处理技术的发展,使动态测量实时数据采集和处理成为可能,为解决该难题提供了一种思路。

　　常用声卡可对音频信号实现双声道16位、高保真的数据采集,采样率可达48kHz,采样频率与精度都足以满足许多科学实验和工程测量的要求,用声卡结合相应软件构建的数据采集系统通过调用W indows系统的API函数来实现,与系统完全兼容且软件编程方便,应用在动态称重中完全能满足其对数据的实时采集和实时处理的要求,通过一定的数据处理能进行迅速、准确的动态测量。

　　1　动态定量称重系统简介

　　1. 1　称重系统原理

　　国内粉粒状物料的自动定量充填方法主要有2种:容积式和称重式。前者结构简单速度快但精度低,后者精度高但速度慢。现针对定量包装对快速度和高精度的要求,借鉴国内外先进充填技术的基础上,结合容积式和称重式2种方法的优点提出了微机控制的混合式定量充填技术,同时提高速度和精度,建立了给料装置见图1混合式动态定量称重系统。

　　称重过程由粗、细、精3次容积式加料和2次动态称重组成。具体方法如下:在微机的协调控制下,首先由粗给料器容积式快速往称量料斗加入目标量的90% ~95%,同时进行快速准确动态称重,并对数据进行处理确定细加料量,并换算成用时间表示的细给料器加料的容积;然后由细给料器容积式快速往称量料斗加入细加料量,进行快速准确动态称重确定剩余的加料量,并换算成用时间表示的精给料器加料的容积;最后由精给料器采用容积式快速往称量料斗加入精加料量,同时控制称量料斗向充填缓冲器投料,完成一次定量充填过程。

　　1. 2　传感器的选择和性能分析

　　动态称重要求精度高、线性度及重复性好,因此对传感器的要求很高,通过对国内多家传感器厂生产的称重传感器进行比较,最后选择UH53型称重传感器。该传感器具有准确度高、结构合理、偏载误差调整方便、长期稳定性好、抗偏载能力强等优点,特别适应于各种专用电子秤,广泛应用于计量、检测、自动控制等方面。据本实验物料的重量,选择最大称量为5kg的UH53 5型传感器。

　　称重料斗在主加料f(t) =m后振动系统可以简化为图2a所示。其数学模型为:

　　式中:m为被测物体的质量;m ₀为传感器及其传感器以上支架的质量;G为被测物体重量;k为称重传感器的弹性系数; c为称重料斗振动阻尼系数。在主加料后称重传感器的弹性变形量x(t)响应曲线见图2b。其中,在主加料前x (0) =0,峰值时间弹性系数k与弹性变形量x(t)乘积即主加料质量m,在主加料后非常短的称重时间内,要实现高准确度动态称重,必须尽可能减少tp,Mp和ts,即尽可能增加N和xn。阻尼比ξ=0.5c/(mk) ^1/2,无阻尼固有频率ωn= (k/m)^1/2,因为m受到称重传感器的量程限制, k受到称重传感器结构限制,因此只有通过增加阻尼系数c来满足称重要求。