关于定量灌装机的深入认识及误差分析

刘晓伟 李自举
随着社会的发展和生产灌装机技术的成熟，应用于酿造、饮料、制药、粮油、石化、食品等行业的灌装机企业也迅速增多。 影响液态物料定量灌装机计量准确性的因素很多，目前国内依据的 JJG 687-2008《液态物料定量灌装机检定规程》已经实施十年了，灌装机计量检定新方法在时代的下也呼之欲出，在科技的推动下，其结构和工作原理的多种多样使得我们不得不进一步研究定量灌装机的检定方法及误差分析。
1 标准器的使用及方法
1.1 定容式灌装机
1.1.1 容量比较法
根据灌装机的灌装量选用相应的量出式标准量器，按照标准量器的使用要求将水放入待标定工作量器内并刻线，然后用吸管分别标定出工作量器的上下允差线，用温度计测量标定时的水温，将工作量器投入灌装机进行灌装。 灌装完毕后，分别读出各个工作量器的液位，记下合格总数，同时测定检定介质温度，此温度与标定工作量器时水温相差不超过 5℃。
1.1.2 称重法
根据灌装机的灌装量选用相应的称重装置，将相当于灌装头的三倍编号标识贴于工作量具上，依次称出皮重并记录称量数据，依次进行灌装，保证检定时温度和测定密度时温度之差不大于 5℃。 进行密度测量，重复三次并记录，取其平均值作为液体密度。 分别称量各灌装后盛有检定介质的工作量具的总质量，将质量换算成容量，计算其实际灌装值。
1.2 定重式灌装机
根据灌装机的灌装量选用相应的数字指示秤，用天平测定工作量具的质量和工作介质的密度，将已称出皮重的工作量具按照对应编号的灌装头进行灌装，保证检定时温度和测定密度时温度之差不大于 10℃。 分别称量各灌装后盛有检定介质的工作量具的总质量，计算灌装量质量实际值。
2 误差及不确定度分析
灌装机控制系统一般以流量测量仪表为基础，以电磁切断阀或气动电动切断阀为终端执行元件，以流量定量控制仪或计算机完成流量演算、累计、显示和逻辑控制。 因此影响灌装控制系统精度的因素不仅包括流量测量仪表的误差，还包含有信号传输，控制系统，执行操作等环节的误差。 在实际检定过程中，造成定容灌装机误差的因素较多，温度、视觉的影响是不可避免的，量筒、密度计、电子天平、数字式指示秤是液态定量灌装机检定装置的主要测量设备，对检定结果影响较大。 灌装机自身的分辨率、测量的重复性、稳定性都是造成误差的重要因素。 在评定灌装机的不确定度时要充分考虑到以上的因素。
3 不确定度分析举例
此次评定以定重式灌装机为例，测出工作量器和检定介质的总质量，从而求出检定介质的实际质量。 测量依据为 JJG 687-2008《液态物料定量灌装机检定规程》，测量环境条件为室温 25℃，测量设备如表 1 所示。
3.2 不确定度分析
以灌装量标称值为 180g 的灌装机为例，输入量m 的标准不确定度 u（m）主要来源是：灌装介质的实际质量测量重复性引入的标准不确定度u（m1 ），采用 A 类评定法；电子天平的允许误差引入的标准不确定度 u（m2 ），采用 B 类方法进行评定。
3.2.1 灌装介质的实际质量测量重复性引入的标
准不确定度 u（m1 ）的评定对允许误差为 ±1％的一台灌装量标称值
为 180g 的灌装机，连续测量 10 次得到一组测量值：
180.51， 180.23， 179.96， 180.51， 179.85， 179.93，
180.32，179.84，180.41，179.29g。

3.2.2 电子天平的允许误差引入的标准不确
定度 u（m2 ）的评定查证书得电子天平的允许误差为 ±0.05g，属均匀分布，k ＝ 3，故标准不确定度为：
u（m2 ） ＝0.05g／3 ＝0.03g
3.3 合成不确定度
3.4 扩展不确定度
取 k ＝2，在标称值为 180g 测量点时，U ＝k ×uc ＝2 ×0.38g ＝0.76g。 即 U ＝0.76g，k ＝2。
4 结束语
液态物料定量灌装机由于没有统一的国家标准，其结构和工作原理多种多样，特别是随着市场经济的快速发展，在检定过程中出现了规程中没有涉及的新问题，如计量误差超差，灌装头与包装容器的输送动作不协调等，这时我们应考虑到的是对其进行完整的误差分析，找到不确定度因素，有效地解决存在的计量问题，满足企业的使用需求。