基于精密称重传感器的易开盖拉力测量分析仪的研制

　　食品饮料容器金属包装行业近十几年来发展迅猛,食品饮料已成为人们日常生活的重要消费品之一.食品饮料罐头通常采用3片罐结构,其中易开盖(盖 体)质量的关键指标是盖的拉力,易开盖拉力大小与拉环槽深有关,冲槽愈浅拉力越大,反之拉力越小.拉力大便于运输保管,但给消费者特别是老人和儿童带来极 大不便,“易开”罐成了“难开”罐;拉力小方便了消费者,但不利于运输和搬移.为此1998年我国正式颁布了易开盖标准,对不同规格易开盖拉力大小作了相 应规定.易开盖拉力测量分析为生产、使用易开盖的厂家和用户提供质量监检的依据,同时保护广大消费者权益.易开盖生产过程是高速自动化作业,为避免大量易 开盖报废,在生产过程中需要随时对易开盖进行抽检,避免不必要的经济损失.根据调查,全国共有制罐厂500多家,多数厂家在易开盖拉力测量方面还处于空白 状态.一些厂家虽开展了该方面的测量工作,但只是采用弹簧拉力计作测量工具,费时费工,而且测量精度得不到保证.少数厂家引进国外仪器,但价格昂贵.因 此,国产易开盖拉力测量分析仪具有广阔的市场前景.

　　1　易开盖拉力测量原理

　　易开盖拉力测量工作原理如图1所示.根据国家标准,易开盖沿水平方向后仰30°固定在滑块上,该滑块由丝杆带动作左右直线运动,其中单向可逆电 动机经减速器减速后带动丝杆转动,拉力绳通过轴承将悬臂梁式称重传感器1040与易开盖拉环相连.当电动机顺时针转动时,滑块右移,通过拉力绳将拉力F传 给称重传感器1040,传感器1040将拉力F信号转换成电压信号,经过放大并经过A/D转换,便可测出拉力F值.图1中A点为易开盖拉力测量的滑块起始 位置,B点为滑块右极限位置点.

　　在各种规格的易开盖中,209(全开式)盖的全开力上限国标定为65N,是所有易开盖中拉力标准最大的一种.为此,选用满量程为7kg的悬臂梁 单点式称重传感器1040作为测力敏感元件.1040等效电路为一直流电桥,如图2所示.传感器直流电桥工作电压为10V时输出灵敏度为2mV/kg.为 保证传感器电桥工作电压稳定可靠,采用了高稳定性高精度的电压源电路.

　　2　系统硬件设计

　　系统主要由悬臂梁式称重传感器1040、信号放大与处理电路、带12位A/D转换的单片机CygnalF005、电机控制电路、PDIUSBD12和笔记本电脑组成.系统硬件框图如图3所示.

　　A/D转换实现模拟信号的数字化;单片机系统主要完成信号采集、数据通信;PDIUSBD12实现USB接口;笔记本电脑(微机)完成数据接收、存入数据库、数据处理、计算、显示、打印等功能[1].

　　2.1　信号放大与处理电路