基于应变测量的液体动态称重技术研究

　　1 引言

　　在工业生产现场中，有许多地方需要我们在正常作业的同时测出物料的质量，在这种情况下其质量往往是一个随时变化的变量。在食品、医药、化工等行业,这种自动在线称量装置将使生产管理者的工作变得更简洁、准确、安全和高效。如：食品工业中，要在奶粉往包装袋中封装的同时测出其质量;又如在医药生产中，在灌装的同时测出药液的质量，而没必要从生产线上取下药瓶再进行测量。

　　目前，市场上有一些动态称重产品，国产产品在精度、快速性、稳定性和可靠性等方面于国外存在差距。而在动态称重的学术上，开展的还不是很多，尤其精度和快速性这以矛盾尚未解决。本文在用非线性参数辨识方法确定称重质量方面进行了有益的探索。

　　2 动态称重的解决方案

　　当灌装开始时，控制器给控制阀打开信号，液体物料从管路流出进入被灌装容器，被灌装容器下方的称重传感器及其配套系统将液体注入容器的质量转换成电信号传递给控制器，当控制器计算出被灌装的物料质量满足要求时，给控制阀发出关闭指令，整个灌装工作完成 。

　　由液体物料灌装的历程来看，称重系统是一个时变的动态称重系统，同时存在动态称量误差。造成动态测量误差的主要因素有：流体冲击和流体在容器内的运动造成的偏差，直接表现为测力曲线上会出现波动。称重系统动态响应误差和测量电路带来的误差，一般情况下测量电路系统误差可以通过标定，或者补偿手段加以消除。

　　目前大多使用的一种方法，是把动态测量作为一个参数估计和预测问题来处理,即首先根据有关称重测力系统的先验知识,推导出一个含有未知参数的模型,然后用该模型去拟合称重测力过渡过程信号,从而获得最小平方误差意义上的参数估计。由于被测重量或力值可以看成是称重测力过程的终值,它们可以用模型参数加以估计或预测出来。

　　3 动态称重系统模型的建立

　　假设整个称重系统的基础是刚性的，应变式称重系统和容器、液体物料一起可等效成一个单自由度的二阶微分系统，其模型如图2。

　　上述系统的微分方程如下：

其 中 ：

　　m ——秤体的质量;

　　M(t)——液体物料质量，为时变参数 ;

　　c ——当量阻尼;

　　k ——当量刚度;

　　G (t )——物料的重力;

　　F(t)——物料的重力和冲击力;

　　X ——秤体位移。

　　通过数学处理可以使其变为标准化归一的形式：

　　为系统的灵敏度系数。

　　当系统空载时可以通过实验方法获得系统的固有频率和阻尼系数，从而获得系统的当量刚度和当量阻尼。然而，在式3.2 中，定量下料系统称重装置模型中的质量、冲击力是随时间变化的，系统的固有频率和阻尼也是随质量变化的，