定 量 秤 綜 述
                          中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院 周祖濂
【摘 要】 文章的目的，對(duì)定量秤（重力式自動(dòng)裝料衡器的簡(jiǎn)稱）作簡(jiǎn)明扼要的介紹。首先定量秤的計(jì)量要求是以O(shè)IML建議R87《定量包裝商品凈含量》為依據(jù)，所以使用定量秤稱量的包裝商品或定量商品的誤差必需滿足R87號(hào)建議對(duì)包裝商品的誤差要求。由于對(duì)定量包裝商品凈含量和重力式自動(dòng)衡器的誤差檢定方法的要求不一致，文中著重分析了兩個(gè)建議誤差統(tǒng)計(jì)分析方法，并指出zui終的要求是一致的。對(duì)三個(gè)不同版本的OIML R61《重力式自動(dòng)裝料衡器》的主要更改和誤差表示作了分析和講解，并且指出物料和下料裝置的研究是提高我國(guó)定量秤品質(zhì)的關(guān)鍵。附錄給出1985年版R61的誤差計(jì)算的實(shí)例。
【關(guān)鍵詞】 OIML建議R87號(hào)《定量包裝商品凈含量》；OIML建議R61《重力式自動(dòng)裝料衡器》；置信度；抽樣檢驗(yàn)；誤判概率
定量秤是重力式自動(dòng)裝料秤的簡(jiǎn)稱，它包含下述三種自動(dòng)裝料秤：組合裝料秤（Associative Weigher、Selective Combinaticn Weigher）、累計(jì)裝料秤（Cumulative Weigher）和減量秤（Subtractive Weigher）。早在上世紀(jì)七、八十年代，歐美國(guó)家的消費(fèi)者就有百分之九十左右購(gòu)買(mǎi)預(yù)包裝商品?，F(xiàn)今預(yù)包裝商品也是國(guó)內(nèi)消費(fèi)者購(gòu)物的主要對(duì)象。所以保證預(yù)包裝商品的重量，是維護(hù)消費(fèi)者權(quán)益的重要課題。定量秤的zui主要要求，就是必須使被包裝商品的凈含量的誤差控制在允許的負(fù)偏差內(nèi)。根據(jù)我國(guó)《定量包裝商品計(jì)量監(jiān)督規(guī)定》的第五條，“單件定量包裝商品的凈含量與其標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量、體積之差不得超過(guò)表（一）規(guī)定的負(fù)偏差……。”該要求與OIML R87號(hào)《定量包裝商品凈含量》建議的要求相等同。
一、OIML R87“定量包裝商品凈含量”建議
“本建議對(duì)于貿(mào)易中加注標(biāo)簽，具有恒定凈含量標(biāo)注的包裝商品規(guī)定了法制計(jì)量要求。該建議還提出了抽樣辦法來(lái)檢驗(yàn)以質(zhì)量或體積標(biāo)注的包裝品的凈含量。”
需要包裝的商品由于品種千變?nèi)f化、價(jià)格差別也極大。因此要制定一個(gè)大家能接受的標(biāo)準(zhǔn)是非常困難的工作。在制定統(tǒng)一的預(yù)包裝商品的計(jì)量允差規(guī)定之前，大多數(shù)國(guó)家早已對(duì)零售商品規(guī)定了計(jì)量允差，其規(guī)定主要是依據(jù)商品的價(jià)格。而對(duì)于預(yù)包裝商品還需考慮到難易包裝的程度。例如，早先歐洲共同體（EEC）對(duì)于預(yù)包裝商品的允差限有一簡(jiǎn)單的規(guī)定，分為計(jì)量“容易”和計(jì)量“困難”兩類，每類又分兩個(gè)等級(jí)。
根據(jù)價(jià)格、重量制定包裝物品凈含量的允差限，是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題。各國(guó)對(duì)需售商品早已制定了有關(guān)的規(guī)定。隨著預(yù)包裝商品逐漸成為消費(fèi)的購(gòu)買(mǎi)對(duì)象。自動(dòng)包裝秤得到了很大發(fā)展和普遍使用。有必要制定一個(gè)大多數(shù)國(guó)家都能認(rèn)可的預(yù)包裝商品凈含量允許zui大誤差的標(biāo)準(zhǔn)。作為自動(dòng)包裝秤/機(jī)械的允差依據(jù)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。
OIML R87“包裝商品凈含量”中推薦檢驗(yàn)商品是否合格的抽樣方法：對(duì)于一批商品中至少有150個(gè)件（在生產(chǎn)線上，一“批”指一個(gè)小時(shí)生產(chǎn)出的產(chǎn)品）。
抽樣件數(shù)：32件； x平均含量要求：≥Qn-0.485S（Qn：標(biāo)稱凈含量；S：標(biāo)準(zhǔn)偏差）；
不合格包裝件數(shù)要求：zui多2件； ≈32平均含量按ISO 2851（平均含量與給定值之比），取t（31）/0.9950.485，還給出了對(duì)單件商品允差大批量商品抽樣檢驗(yàn)的要求。
二、OIML R61號(hào)建議
OIML R61“重力式自動(dòng)裝料衡器”是用來(lái)規(guī)范自動(dòng)稱重包裝商品裝置的性文件。
法制計(jì)量組織（OIML）始終把預(yù)包裝商品的管理工作，視為是非常實(shí)用的重要研究課題。1988年6月在瑞士的伯爾尼召開(kāi)了專門(mén)的討論會(huì)。OIML的第七指導(dǎo)秘書(shū)處（SP7：美國(guó)）所屬的第五報(bào)告秘書(shū)處（Sr：英國(guó)），在1984年提出了“重力式自動(dòng)裝料衡器”的草案版本，于1985年公布了正式文本。并在1996年和2004年做了修訂。我國(guó)依照1996年版制定了我國(guó)相關(guān)的檢定規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)正依照2004年版對(duì)原規(guī)程進(jìn)行修訂。
下面看看這三個(gè)版本在計(jì)量要求等方面的不同。表一給出OIML R87和1985年版OIML R61允差。首先由表可看出1985年版R61給出的“允差”是標(biāo)準(zhǔn)凈含量允差的兩倍。另外1985年版R61對(duì)允差術(shù)語(yǔ)的定義和描述與后來(lái)兩個(gè)版本不太相同。為了便于比較下面列出1985年版R61中有關(guān)的術(shù)語(yǔ)。
“離散范圍：在不變動(dòng)裝料秤的安裝狀態(tài)，以及不故意地改變影響量的情況下，所獲得的zui大負(fù)荷和zui小負(fù)荷之間的差”。
表1
OIML R87
OIML R61（1985年版）
標(biāo)準(zhǔn)凈含量
允差
負(fù)荷質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值
zui大允許離散范圍
（g）
（T）
M（g）
（I）
5～50
9%
M≤50
18%
50～100
4.5g
50＜M≤100
9g
100～200
4.5%
100＜M≤200
9%
200～300
9g
200＜M≤300
18g
300～500
3%
300＜M≤500
6%
500～1000
15g
500＜M≤1000
30g
1000～10000
1.5%
1000＜M≤10000
3%
10000～15000
150g
10000＜M≤20000
300g
15000～25000
1.0%
20000＜M
1.5%
其約定值等于4σ0（從-2σ0到+2σ0），σ0等于負(fù)荷分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
標(biāo)稱離散范圍（W）：對(duì)于特定的標(biāo)稱負(fù)荷或者特定的標(biāo)稱負(fù)范圍，以及對(duì)于特定的物料，在給定的裝料速率下，或者在給定的裝料速率范圍里，所確定下來(lái)的離散范圍值，它由制造廠商標(biāo)明在說(shuō)明性標(biāo)記中。
zui大允許離散范圍（I）：能夠容許的zui大的離散范圍值。該值在本建議中作了規(guī)定。”
本建議中還規(guī)定當(dāng)物料的顆粒質(zhì)量大于表1中相應(yīng)離散值的四分之一時(shí)，zui大允許離散范圍I
應(yīng)為（把表1中的值增大到）物粒標(biāo)準(zhǔn)顆粒質(zhì)量的3倍，但總計(jì)不應(yīng)超過(guò)負(fù)荷的名義質(zhì)量的18%。
另外，標(biāo)在裝料秤上的標(biāo)稱離散范圍W，不應(yīng)超過(guò)zui大允許離散范I，并要求I值：
——標(biāo)稱離散范圍W的三分之二（指型式批準(zhǔn)或檢定）；
——標(biāo)稱離散范圍W（使用中）。
在該建議的附錄給出了離散范圍試驗(yàn)實(shí)例，通過(guò)它我們可以了解該建議在制定中是如何可誤差做估計(jì)。
該建議的zui大不足，不能適應(yīng)對(duì)各種類包裝物品允差的要求。另外在上世紀(jì)八十年代后期一些廠家推出了“多頭電腦組合秤”，這些都促使需要修定原來(lái)的建議，此后在1996年和2004年對(duì)OIML R61作了修訂。1996年版，zui突出的修改，提出了“開(kāi)放式精度級(jí)”的概念，以滿足各種包裝物品允差的要求并對(duì)測(cè)量結(jié)果的誤差，定義了更為直觀和明確的概念，如每次裝料的zui大允許誤差，zui大允許預(yù)設(shè)值誤差和zui大允許誤差。這兩個(gè)版本均對(duì)每次裝料量的zui允許偏差作了修改（參看表2）。但我們要特別注意，對(duì)于誤差估計(jì)，如果不講明測(cè)量的條件和評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)誤差估計(jì)沒(méi)有意義，若將兩個(gè)沒(méi)有說(shuō)明評(píng)定和標(biāo)準(zhǔn)的誤差相比較，也同樣是沒(méi)有意義。
表2
裝料質(zhì)量
M或F
1996年版
X（1）級(jí)的每次裝料量與裝料平均值的zui大允許偏差MPD
（M的百分率式克）
2004年版
X（1）級(jí)的每次裝料量與裝料平均值的zui大允許偏差MPD
（F的百分率式克）
（克）
檢定
使用中檢驗(yàn)
檢定
使用中檢驗(yàn)
F≤50
50＜F≤100
100＜F≤200
200＜F≤300
300＜F≤500
500＜F≤1000
1000＜F≤10000
10000＜F≤15000
15000＜F
6.3%
3.15g
3.15%
6.3g
2.1%
10.5g
1.05%
105g
0.9%
9%
4.5g
4.5%
9g
3%
15g
1.5%
150g
1%
7.2%
3.6g
3.6%
7.2g
2.4%
12g
1.2%
120g
0.8%
9%
4.5g
4.5%
9g
3%
15g
1.5%
150g
1%
重力式自動(dòng)裝料衡器，通常認(rèn)為是動(dòng)態(tài)秤或自動(dòng)秤，實(shí)際上是屬于自動(dòng)準(zhǔn)靜態(tài)稱重秤，雖然在稱重過(guò)程中要考慮到粗料、細(xì)料的下料流程，落料沖擊動(dòng)量的影響等，但在決定物料重量的稱重過(guò)程，仍處于靜態(tài)，而不像動(dòng)態(tài)汽車衡或動(dòng)態(tài)軌道衡，在決定物體重量的稱重過(guò)程，被稱物與稱重臺(tái)面有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。為了保證重力式自動(dòng)裝料衡器的動(dòng)態(tài)精度，與其它衡器一樣，在1996年版的R61中，還歸定了一個(gè)參考準(zhǔn)確度等級(jí)Ref（x），用做型式評(píng)價(jià)中的靜態(tài)試驗(yàn)要求。但1996年版并不適用于對(duì)“多頭電腦組合秤”和裝料量由多個(gè)稱量周期來(lái)實(shí)現(xiàn)的衡器，也稱為“分量累積秤”。
在2004年版OIML R61中，為了能適應(yīng)上述兩種自動(dòng)裝料衡器的計(jì)量評(píng)定。提出了兩項(xiàng)計(jì)量特性，即T、3、9額定zui小裝料量（Minfill）和T、3、10每次裝料的平均載荷數(shù)（Average number
of loads per fill）。多頭電腦組合秤和裝料量由多個(gè)稱量周期來(lái)完成的衡器，在確定裝料結(jié)果的精度時(shí)，所涉及的基本問(wèn)題，即一是確定單位稱重的zui小稱量限，二是確定達(dá)到總額定裝料量的單秤的組合數(shù)。所以在2004年版R61建設(shè)中，首先依照R76建設(shè)，確定與額定zui小裝料量（Minfill）的zui大允許分度值d，為了讓初接觸此項(xiàng)參數(shù)的人，有一明確、直觀的了解，列出了四個(gè)X（x）級(jí)別的與d值對(duì)應(yīng)的Minfllzui小允許值。其次認(rèn)為多次組合累積稱重的各單次稱重是相互天關(guān)的，組合累積的影響可按隨機(jī)誤差組合來(lái)估計(jì)，即為單次稱重誤差的n倍，n為組合數(shù)。zui后一處，較明顯的更改（A、5、3、5）是對(duì)“置零裝置不是自動(dòng)稱量固稱量周期的一部分而是以的時(shí)間間隔來(lái)運(yùn)行”的裝料衡器，規(guī)定了確定zui大允許時(shí)間間隔的要求和確定方法。
三、誤差解讀
做為自動(dòng)衡器和動(dòng)態(tài)衡器的誤差表述要比非自動(dòng)衡器涉及更多有關(guān)概率與數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)的概念。我們?cè)诶斫夂陀懻撨@些衡器的誤差時(shí)，是能了解上在討論這些衡器建議時(shí)的誤差描述。遺憾的是我們很少有機(jī)會(huì)參這樣的會(huì)議，即使有人參加過(guò)，也不見(jiàn)或極少能帶回這方面的資料。我現(xiàn)在所掌握這方面較評(píng)細(xì)的有關(guān)資料中與R61號(hào)建議有關(guān)的，只有1985年版建議附錄的舉例使能較詳細(xì)的了解對(duì)誤差具體估計(jì)實(shí)例。
對(duì)于包裝商品的定量是否合格，都是采用所謂的隨機(jī)抽樣檢驗(yàn)。不是逐個(gè)對(duì)全部（整批）商品進(jìn)行逐一檢驗(yàn)，而是通過(guò)檢驗(yàn)其中的一部分來(lái)判斷全部商品是否合格。隨機(jī)抽樣，也稱為“簡(jiǎn)單抽樣”，在抽樣時(shí)要盡量做到對(duì)一批商品進(jìn)行抽樣時(shí)，對(duì)每一商被抽到的可能性是同等的。被抽到商品稱為樣本。
由于樣本的隨機(jī)性，根據(jù)不同樣本的觀察值對(duì)總體作出判斷所作結(jié)論可能不同。
對(duì)于一批商品采用抽樣，就存在著風(fēng)險(xiǎn)，為此我們先表述一下，有關(guān)抽樣結(jié)果合格或不合格，在概率和數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)的有關(guān)數(shù)學(xué)概念。
對(duì)于合格批，由于可能抽出較多不合格件，而判為不合格，即拒收，稱為犯*種錯(cuò)誤，即將真判為假，對(duì)供貨方不利，此種誤判概率記α，α越小，其判假的概率越小。
對(duì)于不合格批，由于可能抽出較少不合格件，即接收，稱為犯第二種錯(cuò)誤，即將假判真，對(duì)購(gòu)貨方不利，此種誤判概率記為β，β越小假判真的概率越小，對(duì)購(gòu)貨方有較好的保護(hù)。對(duì)商品而言，為了保護(hù)消費(fèi)者的利益，β值應(yīng)取得較小。一般α、β取0.05～010。
在OIML R87建議《定量包裝商品凈含量》中，對(duì)包裝商品的計(jì)量規(guī)定允許的負(fù)偏差量外，還對(duì)抽樣方法給出了推薦的實(shí)例，由于對(duì)商品的要求不同，在實(shí)際判斷商品的合格率時(shí)，不可能按統(tǒng)一的抽樣要求，即批量的件數(shù)，樣本大小，拒收概率等。根據(jù)抽樣定律，n為抽取樣本的件數(shù)。N為批量，其中廢品率為p，廢品件數(shù)為D，（D=np）。d為抽取n件中出現(xiàn)的廢品數(shù)，則不出現(xiàn)廢品的概率為： ）!（·!）!（·）!（nDNNnNDN−−−−P（x=0）=
出現(xiàn)一件廢品的概率為： ）0（·1·=+−−xPnDNnD P（x=1）=
出現(xiàn)更多廢品件數(shù)的概率可按上述方法遞推求出。
而對(duì)重力式自動(dòng)裝料秤，所包裝的物品，是否滿足每次裝料的zui大允許偏差（MPD）的估計(jì)與R87的規(guī)定有所差異。其中與1985版R61的規(guī)定zui接近R87的規(guī)定。在抽樣時(shí)，規(guī)定了批容量（N），樣本量（n），在1996年版機(jī)2004年版的規(guī)定和估計(jì)計(jì)算就簡(jiǎn)單得多，對(duì)不同預(yù)裝料量要求不同的試驗(yàn)裝料次數(shù)，參看表2。從表中可以看出它們與1985年版和商品抽取的zui大不同在于沒(méi)有說(shuō)明是在多大數(shù)量的批量數(shù)中抽取所給出的樣品數(shù)。這表明兩者對(duì)商品合格率的判斷的估計(jì)是有差別。但是我們可以看到若用1985年版近以商品抽樣來(lái)對(duì)重力式自動(dòng)裝料秤的測(cè)試結(jié)果來(lái)計(jì)算是非常麻煩的一件事。（參看附錄）。
表3
2004年版
1996年版
1985年版
樣本量
預(yù)設(shè)值
試驗(yàn)裝料
裝料值
試驗(yàn)裝料
批容量（N）
（n）
Fb（kg）
次數(shù)
m（kg）
次數(shù)
Fb≤1
1＜Fb≤10
10＜Fb≤25
25＜Fb
60
30
20
10
m≤10
10＜m≤25
25＜m≤100
100＜m
60
32
20
10
10
41～65
15
66～110
20
111～180
28
181～300
30
301～500
較低的允差限*
35
501～800
物品的
可計(jì)量性
Tu
2Tu
40
801～1300
《容易》
*
B=2*
50
1301～3200
《困難》
B=2*
2B級(jí)
60
3201～8000
《極難》
—
2B級(jí)
90
8001～22000
150
22001～110000
*歐共體（EEC）對(duì)預(yù)包裝商品允差的簡(jiǎn)單規(guī)定（1985年）
200
110001＜
對(duì)重力式自動(dòng)裝料衡器另一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)是，預(yù)置值誤差（Preset Value error）Se。它是全部裝料的平均值（ΣF/n）與裝料預(yù)置值（F）之差。 p
Se=ΣF/n-Fp
根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)，對(duì)于一組樣本數(shù)據(jù)的平均值與真值間的偏差，也是隨機(jī)的，可根據(jù)樣本的數(shù)值的樣本的方差S2來(lái)估計(jì)。此時(shí)Se滿足t分布。對(duì)于給定的概率值即“置信度為”，1-α（0＜α＜1）情況，可求得平均值對(duì)于真值的“置信區(qū)間”。由下式求出： ）1（~/2−−=ntnSFFTP ）1（21−−ntα。由此可得F1-α稱為“置信度”。根據(jù)t分布表查出。相應(yīng)的臨界值p的置信度為1-α的置信區(qū)間： nSntF/·）1（（221−−−αnSntF/·）1（（221−+−α，）
1996年版和2004年版要求，對(duì)于X（x）精度級(jí)的zui大允許預(yù)置誤差MPSE等于裝料置為F（x）p，使用中MPD的0.25倍，即 （x）
MPSE（x）=0.25MPD（λ）（使用中）
MPD為每次裝料相對(duì)其平均值的zui大允許偏差。
在前面我們已提到，按1985年版，對(duì)裝料平均值的離散范圍要求是： w3232ω＜λ≤I 型式批準(zhǔn)和檢定 ω≤I 使用中， W＜λ
λ為樣本容量的函數(shù)（參看附錄）
根據(jù)表1和表2對(duì)于不同裝料量Fp式m，不僅相應(yīng)的zui大允許偏差不同，而且在檢驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)裝料數(shù)也不同。我們?cè)谠O(shè)計(jì)重力式自動(dòng)裝料衡器時(shí)，需要根據(jù)它來(lái)確定下料裝置物料的離散度，物料顆粒的大小，細(xì)投料的總量和投料時(shí)間，控制表的分度值等。
以上我們講述了判斷一批商品是否合格的要求和檢驗(yàn)方法（按OIML R87號(hào)建議），是建立在隨機(jī)抽樣檢驗(yàn)基礎(chǔ)上，我們前面講過(guò)除了對(duì)一批商品逐個(gè)檢驗(yàn)，否則由于抽樣的隨機(jī)性，根據(jù)抽樣結(jié)果來(lái)判斷該批商品合格都存在風(fēng)險(xiǎn)。所以在不給定風(fēng)險(xiǎn)概率，即拒收概率α式接收概率β的前提下，來(lái)判斷該批商品是否合格是沒(méi)有意義的。通常為了對(duì)購(gòu)貨方判斷商品是否合格，在檢驗(yàn)時(shí)，選取接收概率β。用c表示允許廢品的件數(shù)式接收界限，當(dāng)d≤c時(shí)，可判該批商品合格，其接收概率為： Σ=+−−−−−==cddDnNdndNnNDNDnpL0）!（·）!（·!·!）!·）··!）（！！β
在給定β式L（p）的條件下，由N和n就可求廢品率p，而（1-p）為該批商品的合格率。
另一方面，對(duì)重力式自動(dòng)裝料衡器的兩個(gè)主要檢定技術(shù)要求，每次裝料的zui大允許偏差（MPD）和預(yù)置值誤差Se?，F(xiàn)在要考慮的是，滿足這兩項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的自動(dòng)裝料衡器所生產(chǎn)的產(chǎn)品是否能滿足商品檢驗(yàn)的要求。
從一定批量中抽多少樣品數(shù)，才合理，需要服合統(tǒng)計(jì)學(xué)的要求。例如對(duì)于批量N=15000合理的樣本大小為n=5～500。如果我們的OIML R61中zui大檢驗(yàn)裝料數(shù)60來(lái)計(jì)算接收誤判概率β。設(shè)商品的合格率為1-p=90%，即p=D/N，D=1500件。由此計(jì)算抽樣60次時(shí)出現(xiàn)不合格品為1件和一件也不出現(xiàn)的接收誤判概率β（或P）分別為：
P（x=0）=0.01g和P（x=1）=0.119
對(duì)于裝料秤，根據(jù)裝料平均值與預(yù)置值“置信區(qū)間”的結(jié)果，以前面的抽樣估計(jì)比較。 ）1（/2−−−ntnSFFp MPD41pFF−0010.2）59（1=−αt≤，n=60，查t分布表，置信度為1-α=0.95時(shí) 根據(jù)要求
MPDS≅得：
從另一方面，R61號(hào)建議規(guī)定每次裝料的zui大允許偏差MPD，正好與算出的單次誤差S相等。
可見(jiàn)以樣本數(shù)n=60的情況來(lái)比較R87和R61號(hào)建設(shè)的估計(jì)是一致的。即根據(jù)R61號(hào)建議檢定合格的定量秤，稱量出的商品可滿足R87建議對(duì)定量包裝商品抽樣驗(yàn)收的要求。
四、制造定量秤的要點(diǎn)
zui早制造的定量秤，其主導(dǎo)思想是“定量稱量自動(dòng)秤是為了生產(chǎn)可預(yù)先調(diào)定的均勻裝料量而開(kāi)發(fā)的，它可以自動(dòng)地定量稱量從若干克（例如種子，調(diào)味品等）到噸級(jí)以上（例如散料貨物）的設(shè)定料量。”這樣的定量秤從一開(kāi)始就認(rèn)識(shí)到對(duì)不同物性的物料所能控制的允差有較大的差異。早先的“預(yù)包裝品規(guī)定”把物料分為*和B級(jí)（表2）。并按物料的結(jié)塊重量來(lái)確定自動(dòng)定量稱量的誤差限。
重力式自動(dòng)裝料衡器，大體上可分為以下幾個(gè)部分：給料裝置，稱量裝置（包括放料機(jī)構(gòu)）和控制儀表。以往在我國(guó)主要是關(guān)注控制儀表的發(fā)展。對(duì)重力式自動(dòng)裝料衡器其它方面技術(shù)的研究非常少。對(duì)被稱物料的物理性能的研究也很少。
1、物料特性
重力式定量自動(dòng)裝料衡器，面臨的是各式各樣的預(yù)包裝物品，這些物品的物理特性千變?nèi)f化。因此不可能用一臺(tái)或一種型式的定量衡器來(lái)滿足對(duì)各種物品包裝準(zhǔn)確度的要求。為此在OIML R61建議中強(qiáng)制性規(guī)定“裝料衡器應(yīng)具備被稱量的物料標(biāo)示”，“裝料衡器所標(biāo)示的物料，等級(jí)或工作參數(shù)要明確與相應(yīng)的物料一致”。
物料的主要特性：粒度、密度、休止角（散料堆積角）、壁面摩擦角、流動(dòng)性等。
首先物料的粒度大小是zui直觀影響稱量精度。在OIML R61號(hào)建議有如下規(guī)定：“當(dāng)參考顆粒質(zhì)量超過(guò)使用中檢驗(yàn)每次裝料zui大允許偏差（MPD）的0.1倍時(shí)，從MPD表得出的數(shù)值應(yīng)加上參考顆粒質(zhì)量的1.5倍。但是，MPD的zui大值不得超過(guò)等級(jí)因子（x）乘以9%”。由此可看出物料對(duì)定量秤精度的影響是不可忽視的因素，一臺(tái)定量秤只要在物料的顆粒重量在其MPD值附近就可能對(duì)稱量結(jié)果產(chǎn)生明顯的影響，并且根據(jù)這樣的要求，當(dāng)顆粒重量超過(guò)1.1MPD時(shí)，只有200＜F≤300以上量程的衡器才可使用。
2、給料裝置
給料裝置是重力式自動(dòng)裝料衡器的核心技術(shù)，只有當(dāng)給料裝置能滿足對(duì)給料的均勻饋送度，控制裝料的精度等，才有可能保證裝料衡器的精度。在我國(guó)zui常用的給料裝置有振動(dòng)槽給料器，螺旋給料器和閘門(mén)式給料裝置。為了保證給料的精度和速度通常采用粗料流和細(xì)料流兩步饋料，即快給料和慢給料兩個(gè)過(guò)程。有的還多一步，即所謂的“滴流（dribble）給料”，共三段流程。通常為了兼顧速度和精度、粗流與細(xì)流的比例一般應(yīng)高于1∶10。由于定量包裝料要面對(duì)的是各種物料、僅就以上三種給料裝置是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，既使是以上三種給料裝置，也是根據(jù)物料的特性來(lái)設(shè)計(jì)。例如振動(dòng)槽給料時(shí)，要跟物料的特點(diǎn)，給料率來(lái)決定它的頻率、振幅、槽寬和傾角。對(duì)螺旋給料裝置在國(guó)外的定量秤中更是有各式各樣根據(jù)物料特點(diǎn)設(shè)計(jì)的螺旋構(gòu)造。對(duì)于給料量大的定量秤，也可采用皮帶給料裝置。下面一些給料裝置，可提供讀者在使用時(shí)選擇：
·柔性壁給料器（Flexwall feeder）：適用于多種給料如粉狀、顆粒、片狀以及草狀纖維狀等流動(dòng)性不好的物料具有很高的饋送精度，且無(wú)堆積、無(wú)搭橋、無(wú)沉積。也可做為減量秤的儲(chǔ)料斗。結(jié)構(gòu)新穎。在有關(guān)文章中還介紹了如何設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。
·半球形振動(dòng)給料器（Bin Activator）：適合于倉(cāng)形儲(chǔ)料器，可用于各種散料、甚至流動(dòng)性不好的物料。不搭橋、不損壞物料、由于是振動(dòng)排料、可使散料的密度均勻。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
為了適應(yīng)各種物料，還有各種各樣的給料裝置，可以說(shuō)給料裝置的設(shè)計(jì)對(duì)定量包裝秤和配料秤而言的設(shè)計(jì)工程師給予了廣擴(kuò)的發(fā)揮想象的空間。多斗組合式定量秤也是對(duì)給料裝置反向思維的一個(gè)很成功的設(shè)計(jì)。實(shí)際上一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的工程師，根據(jù)細(xì)給料的精度就可估計(jì)該臺(tái)定量包裝秤的精度。
3、稱重裝置
定量包裝秤的稱重裝置基本結(jié)構(gòu)是帶有放料閘門(mén)的稱料斗。對(duì)稱料的設(shè)計(jì)一般講要注意以下諸因素：如果被稱物料流動(dòng)性差稱料斗的出料口和料斗橫截面積之比就必越大，在料斗內(nèi)裝有石棉纖維類，下料很困難的情況，甚至可能料斗出口處的橫截面大于料斗本身的截面。設(shè)計(jì)出料口和料斗尺寸的主要參數(shù)是壁面摩擦角和散料堆積角，以及物料的密度。容量出口接管的角度應(yīng)當(dāng)以足夠的大超過(guò)壁面摩擦角，使物料不會(huì)粘附在容器壁面。散料堆積角和物料密度決定了料斗的容量。在國(guó)外的工程師通過(guò)大量物料試驗(yàn)，對(duì)物料進(jìn)行分類，并以此確定料斗的設(shè)計(jì)方法。
4、控制儀表
對(duì)于定量包裝秤的控制儀表，至少需要具有那些基本要素：首先是控制粗料流和細(xì)料流的時(shí)間、空中物料下落的時(shí)間“飛料時(shí)間”，根據(jù)物料給料的離散性確定取樣速率以及能夠處理下落沖量的修正。
至以電子線路部分，如今的A/D變換器和CPU足夠滿足絕大部分的定量包裝秤的要求。
可根據(jù)下面的計(jì)數(shù)來(lái)估計(jì)控制儀表所需的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)精度。
UT=稱重?cái)?shù)據(jù)的更新時(shí)間
IR=內(nèi)分度數(shù)
FA=細(xì)投料的總量
FT=細(xì)投料的時(shí)間
WI=要求的zui大稱量增量
RLT=傳感器的總的標(biāo)稱容量
FS=秤的滿量程
由此可得：
·FR=秤的滿量程分辨率
=FS×IR/RLT
·CI=zui大對(duì)比時(shí)間間隔
滿足靜態(tài)精度的條件：所要求的zui大稱重增量應(yīng)小于儀表的有效計(jì)數(shù)值/分度值
CtS/W1=WI×FS×IR/RLT
=WI×FR/FS＞1
滿足動(dòng)態(tài)精度的條件：所需要的zui大稱重增量（WI）應(yīng)大于單位稱重?cái)?shù)據(jù)的修正時(shí)間（UT）內(nèi)
的附加稱重量（dw）或需要的zui大對(duì)比時(shí)間間隔（CI）應(yīng)大于修正時(shí)間（UT）。
WI/dw=WI×FT/FA×UT
=CT/UT＞1
有的控制儀表還能給出被稱量定量物品的均質(zhì)和均方誤差值。當(dāng)測(cè)量值偏離預(yù)置值可用來(lái)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正，提高包裝精度。
五、結(jié)束語(yǔ)
曾寫(xiě)過(guò)一篇“皮帶秤綜述”，現(xiàn)又寫(xiě)了本文，由于工作時(shí)，有點(diǎn)條件可以得到一些資料，退休后有點(diǎn)時(shí)間，根據(jù)自己的水平將其整理出來(lái)，希望能對(duì)收集資料較困難的對(duì)衡器有興趣的讀者起到一點(diǎn)參考作用，就很滿足。
附錄
A.1 離散范圍試驗(yàn)舉例
圖1給出了一份試驗(yàn)報(bào)告表的示例，它包含了一臺(tái)裝料秤的一系列離散范圍試驗(yàn)中所獲得的結(jié)果。
該裝料秤的特性如下：
zui大秤量：Max=100g
標(biāo)稱負(fù)荷：M=80g
標(biāo)稱離散范圍：w=5g
裝料速率：每小時(shí)2000件
依據(jù)表2（見(jiàn)11.1.1表）從容量N=2000的批中抽取容量n=50的樣本，N是該裝料秤一小時(shí)內(nèi)生產(chǎn)的負(fù)荷數(shù)量。
該樣本又被分成10個(gè)分組，每分組5個(gè)負(fù)荷，而每個(gè)分組的極差已經(jīng)確定（w到w10）；樣本的平均極差ww也已算出，從而把離散范圍的估計(jì)值λ同標(biāo)稱值（W）和zui大允許離散范圍（I）進(jìn)行比較。
試驗(yàn)記錄表中也指明： 4I——作為標(biāo)稱負(fù)荷M的函數(shù)的zui大允許離散范圍I（當(dāng)物料的標(biāo)準(zhǔn)顆粒質(zhì)量μ大于時(shí)，I可增大到3μ）；和
——作為樣本容量n的函數(shù)的λ值。
A.2 離散范圍的估計(jì)
A.2.1 生產(chǎn)者的風(fēng)險(xiǎn)（α）
假定離散范圍等于負(fù)荷分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差的4倍。則實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)偏差σ0等于W/4（W為裝料秤上標(biāo)明的標(biāo)稱離散范圍）的裝料秤，將以很大的概率（1-α）獲得通過(guò)離散范圍的試驗(yàn)，假設(shè)σ為試驗(yàn)獲得的標(biāo)準(zhǔn)偏差，則概率：
Pr[σ≤σ0]=1-α
α值代表有錯(cuò)誤的假設(shè)，即≥σ0的風(fēng)險(xiǎn)，也就是拒絕一臺(tái)能在合格范圍內(nèi)工作的裝料秤的風(fēng)險(xiǎn)。α值一般為2.5%。
A.2.2 λ的計(jì)算 202）1（σ−n由n件負(fù)荷的隨機(jī)抽樣樣本，得出總體標(biāo)準(zhǔn)偏差σ的估計(jì)值s，*，量0服從n-1個(gè)自由度的x2分布律，其概率 anSnPar−≤??????−≤−11,）1（2202χσ
2022）/（σωdrω當(dāng)不計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差的估計(jì)值S，而用平均拯差作為離散參數(shù)時(shí)，量服從自由度為γ的χ2分布律。
d2和γ值由表4給出，它們是分組的數(shù)目和每個(gè)分組的容量（此處等于5）的函數(shù)。 []a＜dPar−=??????1/22022νχσων 因此 a＜dPa、r−=??????1·）（202222σωχνν 式者
設(shè)σ0=W/4 a＜WdPa、r−=??????1422ωχνν 224νχνλa、d= 則概率 引入 []a＜WPr−=1ωλ
相應(yīng)于表2和表3的容量為n的樣本，其λ值的計(jì)算結(jié)果于如表4。
表4
樣本容量
2νχa、
分組數(shù)
ν
d
λ
2
（n）
1.11
16.78
2.40
7.5
2
10
1.19
22.06
2.38
11.1
3
15
1.24
27.08
2.37
14.7
4
20
1.28
32.06
2.36
18.4
5
25
1.32
36.78
2.35
22.0
6
30
1.34
41.41
2.35
25.6
7
35
1.36
46.10
2.35
29.3
8
40
1.40
54.55
2.34
36.5
10
50
1.42
63.34
2.34
43.7
12
60
1.47
89.15
2.33
65.4
18
90
1.52
139.18
2.33
108.9
30
150
1.54
179.8
2.33
145.1
40
200
圖1試驗(yàn)記錄表
重力式裝料秤
試驗(yàn)結(jié)果
日期：
牌號(hào)：
單位：
型式：
安裝地點(diǎn)：
zui大秤量（Max）：100g oN： 型式批準(zhǔn)號(hào)
物料：
標(biāo)稱負(fù)荷M=80g
標(biāo)準(zhǔn)顆粒質(zhì)量μ：
裝料速率/稱量時(shí)間：2000件/小時(shí)
1
80
82*
2
78*
80*
3
79
w1=3g
81
w6=2g
4
81*
82
5
79
80
6
78
79
7
81*
82
8
80
w2=4g
83*
w7=4g
9
79
82
10
77*
80
11
78*
79*
12
79
81*
13
80
w3=3g
81
w8=2g
14
81*
81
15
79
79
16
78*
78*
17
80
80
18
80
w4=4g
82*
w9=4g
19
81
81
20
82*
79
21
81
78*
22
80*
80
23
81
w5=4g
81*
w10=3g
24
82
79
25
84*
78
ωω
平均極差=3.20g
λ≤W
合格 X
判定 ωω
λ=1.40λ=4.62g
W＜λ≤I
拒絕
（使用中） ω
標(biāo)稱離散W=5g
λ＞I
修改
zui大離散**I=9g
拒絕
n
10
15
20
25
30
35
40
50
60
90
150
200
λ
1.11
1.19
1.24
1.28
1.32
1.54
1.36
1.40
1.42
1.47
1.52
1.54
M
0
50g
100g
200g
300g
500g
1kg
10kg
20kg
I**
18%（M）
9g
9%（M）
18g
6%（M）
30g
3%（M）
300g
1.8%M
*每個(gè)分組的zui大值和zui小值
**當(dāng)μ＞I/4時(shí)，增加到3μ，但不超時(shí)18%（M）
***對(duì)于型式批準(zhǔn)和檢定，判定的依據(jù)為2W/3和2I/3
注：附錄：譯自1985年版OIML R61的附錄。