多頭秤實際運作中的設計方案及主要參數計算
作者：Smartweigh多頭配重器
多頭秤（失重式給料機）是一種用於定量分析淨重的給料設備，主要用於動態連續稱重，對整個生產過程中需要連續給料的原材料進行淨重定量分析，並顯示原材料的瞬時總流量和總流量資訊。其基本原理是靜態資料淨重機，選用靜態資料倉儲秤的淨重技術，並使用稱重感測器倉儲秤。然而，為了在多頭秤的控制面板上更準確地取得原料倉庫秤單位時間內的淨重損失，也需要測量原料的瞬時總流量。
圖1左側為淨重缺失秤的框架圖。當淨重倉庫內的原料庫存充足時，可打開原料閥門。當原料達到最大庫存量時，關閉原料閥門，淨重倉庫由淨重缺失秤支撐。為了提高稱重精度，稱重倉庫的上下兩側透過柔性通道和出入口連接，前後左右兩側的機械設備及其內部原材料的淨重均不計入稱重倉庫。圖1右側為連續供料全流程的平面圖。整個連續供料流程採用循環系統（圖中顯示了3個循環系統）。
每個循環系統包含兩個循環時間：當淨重倉庫需要減少物料時，倉庫內物料的淨重會增加。當t1時刻物料位置達到最大值時，物料閥關閉，螺旋輸送機開始卸料，此時物料淨重會減少。經過一段時間的秤重後，淨重倉庫內物料的淨重會下降。當t2時刻物料位置達到最小值時，物料閥再次打開。 t1到t2的時間段構成強制供料的循環時間。一段時間後，淨重倉庫內物料的淨重會增加。當t3時刻物料位置再次達到最大值時，物料閥關閉，強制供料的循環時間重複t2到t3的時間段。根據瞬時流量監測螺旋輸送機的轉速比，以達到穩定的供料循環。在此過程中，螺旋輸送機的轉速比保持在循環開始前的轉速比，並且保持不變，這是透過恆定流量監測方法實現的。由於多頭秤緊密結合了動態稱重和靜態數據稱重，並緊密結合了間斷給料和連續給料，其結構有利於密封，適用於混凝土、生石灰粉、煤粉、食品、藥品等小型原料的稱重和給料操作，可實現較高的稱重精度和線性度。雙頭秤的運作是根據主要參數設計方案的必要性而進行的。
設計缺少淨重功能的秤時，請務必考慮主要運作參數，例如進料頻率、補料量、補料倉庫容量和補料速度。否則，缺少淨重功能的秤將無法正常運作。例如，一位客戶從製造商購買了一台多頭秤用於現場設備維護。購買時，僅購買了3個100kg的稱重感測器。
廠商派人到現場了解到，客戶的原料是硼酸溶液，相對密度為1510kg/m³，最大總流量為36kg/h，常用總流量為21~24kg/h。總流量如此之小，但料斗卻採用了三個100kg的稱重感測器支撐點，而分析料斗的容量又很大，這在型號選擇上存在不科學的問題。另一個問題是，料斗在安裝過程中連接到了一台有振動源的機器。根據以下高度建議的工作經驗標準，當需求量較大時，我們可以選擇15~20次/h的進料量，每次額外進料的淨重為36/15~36/20，即1.9kg~2.4kg。每個稱重感測器承受的原材料淨重小於1kg，合理的測量範圍約為0.5%~1%。
通常情況下，為了確保更準確的稱重，重量感測器的合理測量範圍至少應為10%~30%。根據原料淨重2.4kg以及原料倉庫及原料機械設備（螺旋輸送機等）的淨重計算，總重量約10kg。當使用三個重量感測器時，每個感測器的測量範圍可以選擇5kg至10kg。換句話說，如果採購的100kg感測器的數量增加10~20倍，則多頭秤的可靠性會降低，稱重精度也會下降。
本案例表明，多頭秤的設計方案也必須符合設計方案標準，多頭秤的機器設備和運作的主要參數不能不經測量就確定。 3. 多頭秤運行主要參數設計方案計算。 3.1 進料頻率的計算。
對多頭秤而言，各循環系統中力供週期比（時間比=力供週期/補料週期）越大越好，通常應大於10:1。這是因為力供週期比補料週期精度高很多，力供週期越長，多頭秤的整體精度越高。多頭秤的單位時間循環系統頻率通常以每小時循環系統頻率表示，尤其是在需求量較大時，即次/小時。
以每小時需求量為標準，單位時間（例如每秒）的需求時間常數是前提條件。循環系統頻率越低，每次進料量越大，淨重倉庫的容量和淨重越大，但透過多層稱重感測器測量無重狀態的精度越低；循環系統頻率越高，每次進料量越大。循環系統頻率越低，淨重倉庫的容量和淨重越小，但透過少量稱重感測器測量無重狀態的精度越高。然而，循環系統頻率過高會導致進料機頻繁停機，多頭秤的控制面板頻繁切換強制進料循環時間和重新進料循環時間，效率不高。
根據工作經驗，大多數無重力狀態的系統軟體，特別是對於粉狀和流化性差的顆粒，在需求量較大時，補給頻率選擇為15~20次/小時。當需求量低於較大需求量時，補給頻率降低，強製式補給週期佔比增大，有利於提高精度。除了工作經驗所顯示的規律性外，一些總流量特別低的應用，即使倉庫容量很小，也能儲存超過1小時所需的原材料，並且供應時間也超過1小時。
下列情況：較大進料量的總流量為 2kg/h。原料沉積比為 803kg/m3。較大進料量的總流量為 2/803=0.0025m3/h。
若倉庫容量為0.01m³（約等於250mm×250mm×250mm立方公尺），足以符合2~3小時的原料使用，且每次原料使用量不超過10kg，則無自動補貨，可考慮人工補貨。生產規程適用，但總流量線性度略低。 3.2 再次計算進料量。選擇補貨頻率後，即可計算出補貨量和總供料量。
以多頭秤為例：較大的那台秤的總流量為270公斤/小時。原料的堆積密度為485公斤/立方公尺。大體積進料的總流量為270/480=0.561立方公尺/小時。
在較大的配送速率下，重新配送頻率選擇為 15 次/小時。重新裝載量的計算方法：重新裝載量 = 較大添加量（kg/h）÷密度（kg/m3）÷重新進入頻率（重新進入頻率/小時）。在這種情況下，重新安裝量 = 270÷480÷15=0.0375m3。3.3 倉庫淨重容量計算。
設計方案中的淨重倉庫容量必須大於計算出的淨重倉庫容量。這是因為淨重倉庫在啟動時，不可避免地會存在剩餘原料和倉庫頂部的空餘空間。假設這兩者各佔20%，將淨重倉庫容量除以0.6，即可得出所需的倉庫容量。
最後選定的淨重倉庫容積必須與固定倉庫容積相符。補貨容積的計算方法：淨重倉庫容量 = 淨重容積 ÷ k。公式中：k 為原料倉庫的預期盈餘指數，取值範圍為 0.4～0.7，建議取 0.6。
在本例中，淨重倉庫容量 = 0.0375÷0.6=0.0625m3。當異形倉庫的體積為 0.6m3、0.8m3、1.0M3 等規格型號時，光澤度應為 0.08m3 以上，稱重倉庫的容量應為 0.08m3。3.4 測量重新安裝率。
多頭秤採用低精度固定容量法進行補料循環，因此補料機的補料速度要求快（一般控制在5~20秒內）。補料速度的計算方法：補料速度 = [補料量 (m³) ÷ 補料時間 (s) × 60 (s/min)] + [大批量補料總流量 (m³/h) ÷ 60 (min/h)]。公式2中，補料速度由兩部分組成，第一部分是基於補料量的補料速度，第二部分常被許多人忽略，它指的是在相同的補料速度下，再次補料時必須填充的原材料量。根據數值計算，補料速度約為大批量補料速度的30倍。換句話說，根據這個數值，在估算其他淨重缺失秤的再進料速率時，可以估算為較大添加速率的25-40倍。
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