Что Такое Принцип Потери В Весе (Loss-in-Weight)?

Как работает принцип потери веса при дозировании лекарственных средств?

 

Дозирование по весу — это передовой гравиметрический метод дозирования, позволяющий точно подавать порошкообразные, гранулированные, пеллетные или волокнистые материалы в технологические линии. На предприятиях непрерывного производства, таких как экструзионные заводы, пищевая промышленность, химическая промышленность и фармацевтическое производство, поддержание постоянной дозировки материала в граммах напрямую влияет на качество продукции. В данной статье подробно описан принцип работы дозаторов, использующих метод измерения веса, технология тензодатчиков, алгоритмы управления и технические критерии, которые следует учитывать при выборе точного дозатора.

 

Что такое система снижения веса?

 

Метод дозирования с измерением потерь — это метод, при котором непрерывно измеряется потеря веса материала в бункере с течением времени, а полученные данные о потере веса преобразуются в фактическую скорость подачи (кг/час). В отличие от объемных дозаторов, на эту систему не влияют изменения плотности материала, поскольку измерение производится непосредственно по массе. Такой подход особенно важен для материалов, требующих точного дозирования, таких как порошки, переработанные гранулы, компоненты, армированные стекловолокном, и мастербатчи, где плотность может варьироваться от партии к партии.

 

Весовой дозатор с потерями состоит из трех основных компонентов: бункера для материала, узла тензодатчика, поддерживающего бункер, и блока управления, приводящего в действие подающий механизм (шнековый питатель, вибрационный желоб или поворотный стол). Когда бункер заполнен, регистрируется общий вес; при начале подачи непрерывно контролируется скорость уменьшения веса, которая сравнивается с заданным целевым расходом, что позволяет мгновенно корректировать скорость вращения двигателя подающего механизма.

 

Принцип работы: Логика измерения, основанная на снижении веса

 

В основе системы лежит непрерывное согласование измерения веса и скорости подачи в замкнутом контуре управления. Контроллер считывает вес бункера с определенным интервалом дискретизации (обычно значительно меньше секунды), вычисляет разницу с предыдущим показанием и определяет мгновенный массовый расход, деля эту разницу на единицу времени. Полученное значение сравнивается с заданным значением расхода, введенным оператором, и скорость двигателя подачи корректируется с помощью алгоритма ПИД-регулирования.

 

Технология тензодатчиков и точность

 

Тензодатчики — это датчики на основе тензометрических элементов, преобразующие микроскопические изменения веса бункера в электрические сигналы. В промышленных системах взвешивания с потерями обычно предпочтительны датчики с разрешением от 0,1 до 1 грамма. Поскольку вибрация, электромагнитные помехи и колебания температуры напрямую влияют на точность измерения, датчики должны быть установлены на изолированных монтажных пластинах и поддерживаться алгоритмами цифровой фильтрации.

 

Алгоритм управления и контур обратной связи

 

Современные контроллеры взвешивания с потерями используют алгоритмы самонастройки, которые автоматически адаптируют параметры ПИД-регулятора к свойствам материала. Поскольку во время пополнения бункера происходит временное прерывание измерения, система в это время переключается в резервный режим объемного измерения для поддержания непрерывности подачи и автоматически возвращается в режим взвешивания с потерями после завершения пополнения.

 

Различия между взвешиванием с потерями и объемным дозированием.

 

Понимание принципиальных различий между двумя методами имеет важное значение для выбора правильного дозатора. В тех случаях, когда плотность материала не остается постоянной на протяжении всего процесса, объемные системы могут приводить к значительным отклонениям в дозировке; именно здесь вступает в действие гравиметрический принцип.

 

Критерий	Взвешивание с потерями (гравиметрическое)	Объемное дозирование
Единица измерения	Масса (кг, г)	Объём (литры, дм³)
Подвержен влиянию изменений плотности	Не затронуто	Это непосредственно затрагивает данный вопрос.
Типичная точность	От ±0,5% до ±1%	От ±2% до ±5%
Инвестиционные затраты	Выше	Ниже
Типичная область применения	Фармацевтические препараты, пищевые добавки, мастербатчи	Строительный материал, готовая смесь

 

 

Промышленные применения

 

Беспотерные весовые дозаторы широко используются практически во всех отраслях, где точность взвешивания напрямую влияет на себестоимость продукции или безопасность. Они предпочтительны в линиях экструзии пластмасс для дозирования красящих пигментов (мастербатчей) и добавок, в пищевой промышленности для точной подачи витаминов и ароматизаторов, в химической промышленности для подачи сырья в реакторы, а также на цементных/бетонных заводах для дозирования добавок.

 

Сектор	Пример применения	Типичный диапазон расхода
Пластик / Экструзия	Дозировка мастербатча и добавок	0,5 – 500 кг/час
Еда	Вкусовые, витаминные и минеральные добавки.	0,1 – 200 кг/час
Химический	Подача в реактор, порошковая смесь	5 – 2000 кг/час
Строительство / Цемент	Добавка, дозировка пигмента	10–5000 кг/час
Лекарство	Действующее вещество, дозировка вспомогательных веществ	0,05 – 50 кг/час

 

 

Технические критерии, которые следует учитывать при выборе питателя для взвешивания с потерями.

 

Диапазон производительности и расхода (кг/час)

Первым критерием при выборе питателя является совместимость целевых диапазонов минимального и максимального расхода с рабочим диапазоном питателя. Эксплуатация питателя чрезмерной производительности при низких расходах снижает точность; поэтому рекомендуется, чтобы диапазон расхода оставался в пределах приблизительно от 10% до 100% от номинальной производительности питателя.

 

Свойства материала: порошок, гранулы, волокнистые структуры.

Тип подающего устройства определяется характеристиками текучести материала (сыпучесть, липкость, склонность к образованию комков). Для мелкодисперсных порошков предпочтительны горизонтальные двухшнековые питатели, для сыпучих гранул — одношнековые системы, а для волокнистых материалов или материалов, склонных к образованию комков, — бункерные системы с мешалкой.

 

Объем бункера и стратегия пополнения

Объем резервуара определяет частоту заправки и, следовательно, непрерывность процесса. Хотя резервуары большего размера требуют менее частой заправки, в конструкциях, не работающих синхронно с системой заправки резервуаров (вакуумная перекачка, устройство для опорожнения биг-бэгов и т. д.), могут возникать расхождения в весе. Поэтому рекомендуется включить в программное обеспечение контроллера функцию резервного измерения объема, которая активируется во время заправки.

 

Технические параметры	Рекомендуемое значение/диапазон
Разрешение измерения	0,1 – 1 г
Точность дозировки (в краткосрочной перспективе)	±0,5% – ±1%
Объем водохранилища	10–500 литров (в зависимости от области применения)
Тип блока питания	Одношнековый / двухшнековый / вибрационный желоб
Протокол связи	Modbus TCP, Profibus, Profinet

 

Преимущества и ограничения

 

Главное преимущество систем взвешивания с потерями заключается в том, что точность измерения массы сохраняется даже при изменении плотности материала или характеристик текучести. Кроме того, возможность непрерывной регистрации производственных данных (отчетность по партиям, отслеживаемость) является значительным преимуществом для систем управления качеством. К ограничениям относятся более высокие первоначальные инвестиционные затраты по сравнению с объемными системами, необходимость периодической калибровки тензодатчиков и необходимость дополнительной изоляции в условиях вибрации.

 

Часто задаваемые вопросы

 

В чём основное различие между системами, основанными на снижении веса, и объёмным дозированием?

В то время как взвешивание с потерями основано на массе, объемное дозирование основано на объеме; следовательно, в объемных системах могут возникать отклонения в дозировке при изменении плотности материала, тогда как в системах взвешивания с потерями вес остается постоянным.

 

Насколько точна дозировка кормушек при использовании метода взвешивания с потерями?

В зависимости от области применения и типа материала, типичная точность дозирования составляет от ±0,5% до ±1%; в чувствительных фармацевтических препаратах и пищевых добавках этот показатель может быть еще ниже.

 

Как обеспечивается постоянство дозировки при заправке резервуара?

Во время заправки контроллер временно переключается в резервный режим объемного учета и поддерживает подачу на основе последнего измеренного расхода; система автоматически переключается обратно в гравиметрический режим, когда уровень в резервуаре стабилизируется.

 

Какие факторы определяют цену кормушки с учётом потерь?

Цена определяется такими факторами, как диапазон грузоподъемности, чувствительность тензодатчика, материал бункера (нержавеющая сталь и т. д.), тип подающего устройства (одношнековый/двушнековый), программное обеспечение контроллера и варианты протокола связи.

 

Для каких материалов предпочтительнее использовать дозатор с весовым механизмом, основанным на потерях?

Для материалов, где критически важна точность до грамма, предпочтительны порошки, мастербатчи, гранулы, армированные стекловолокном, активные фармацевтические ингредиенты и ароматизаторы/витаминные добавки, плотность которых может варьироваться от партии к партии.

 

Как часто следует калибровать тензодатчики весового дозатора с потерями?

Производители обычно рекомендуют периодическую калибровку каждые 6–12 месяцев; однако для вибрационных или высокотоннажных линий этот период может быть сокращен до 3 месяцев.

 

Подходит ли система взвешивания с потерями для мелкосерийного производства?

Да; в настоящее время также производятся весовые дозаторы, работающие на основе потерь и при очень низких скоростях потока, например, 0,05 кг/час, для лабораторных и опытно-промышленных применений, что позволяет небольшим производственным линиям использовать преимущества гравиметрической точности.

 

Для повышения точности измерений в системах взвешивания по методу потери веса и других системах взвешивания вы можете ознакомиться с нашим руководством «Как повысить точность взвешивания при дозировании?» .

 

Для заказа индивидуальных систем дозирования порошковых материалов для вашего предприятия и получения всей необходимой технической информации, пожалуйста, ознакомьтесь с нашим продуктом «Системы дозирования» .