菌泰科：挑选静态工业秤的10个关键白皮书

目录 1.该使用哪一种静态秤3 1.1 此白皮书的发布目的和目标读者31.2 背景信息31.3 展望31.4 秤在生产过程中的作用3 2.工业秤的应用领域4 3.秤的尺寸和量程5 4.要求的称重精度5 5.秤的使用环境6 5.1 选择建造材料65.2 外部影响因素75.3 过程要求8 6.条例和法规8 7.设置、安装和开始使用10 8.秤的校正和服务10 9.确定价格时的影响因素12 10.选择正确的秤 - 清单12 1. 该使用哪一种静态秤？ 1.4 秤在生产过程中的作用 1.1 此白皮书的发布目的和目标读者 选择秤的第一步就是要确定秤在生产过程中要完成什么任务。一般来说，秤作为测量仪器，会被放置在生产过程中的一个特定点来满足某一个特定要求。秤的主要任务当然是称重。要完成这个目的，一般会使用一个恰当的罐子或者一个可以移动的容器放置到秤上，将秤去皮，然后根据需要将固体或者液体样品放置到罐子或者其它容器中。重量以人工或者电子方式被读取记录，然后装有样品的容器从秤盘上被取下。 此白皮书讲述了在选择秤作为静态工业称重时，需要考虑的各种规则。此白皮书面向食品、化工、制药、建材行业的生产经理、系统制造商、项目工程师、健康和安全官员、生产公司的采购人员、系统集成商以及机械工程师。此白皮书旨在帮助相关人员在购买秤的时候正确厘清自己的需求。 1.2 背景信息 计数秤用于快速方便地数数。同等重量的胶囊、片剂、小物件或者其它任何物体的数量都可以被快速确认。将一定已知数量的物件放置到计数秤上，秤可以计算已知数量（譬如10件）物件的平均重量并存储到内存中。接着，在秤上无论放置多少同样的物件，这个平均重量就可以被用于计算这个物件的数量。这个结果可以被存储或者打印出来，伴随产品作为生产记录而提供给相关方。 工业秤在生产加工过程链中扮演着重要角色。在众多类型的秤当中，要选择一个由高技术含量并且能无缝集成到现有生产过程中的解决方案尤为重要。这样的解决方案不仅要考虑到秤的特性要求，例如量程、分辨率或者结果的重复性，也要考虑到它的物理特性，例如秤的建造材料等。例如外部干扰和过程要求等因素也对工业秤提出了额外要求。如果秤需要与其它设备进行连续通讯，选择正确的接口也很有必要。 如果是要在生产线的传送带上称量移动物品就需要使用自动检重秤了。这种秤应用于对速度有要求或者需要百分百检查的场合，无法适用人工称重。传送带上所有的物体都被称重，并与设定的限值进行比较，任何在限值之外的物体都可以从传送带上被移除。 1.3 展望 此白皮书为准备购买工业秤的读者提供必要的信息。附带的清单可以帮助用户找到适合他们应用的正确工业秤。选择正确的工业秤对于用户来说有不少好处，例如： 这种类型的秤也可以基于用户定义的预设程序对物件进行分类。每个物件的重量都被检查，超过或者低于限值的物件可以被快速识别并剔除。短期或长期的生产性能可以被测量用于过程优化。日常的检重过程可以无缝集成到简易或者复杂的StatisticalProcess Control(SPC)系统中，然后进行数据分析或者只是实时用于调节填充口。 ■提高效率■直观的操作防止错误使用■尽量减少次品■样品可靠称重■卫生型设计易于清洁，节约时间和成本 2. 工业秤的应用领域 配料秤（用于过程配料）根据设计使用秤或者传感器、管道、阀门、电气件以及过程控制软件等组成一个集成的控制系统。这个系统可以控制一个或者多个给料系统，将用户定义的不同量的原材料传送到一个接收容器中。各种物料在这个容器中进行混合或者发生反应。通常，每次在增加新的组分之前，接收容器都会去皮。系统也可以设置成测量每个组分容器中重量的减少量来配料。配料秤有自动或手动版本。一些配料秤也可以控制过程中发生的其它参数，例如加热、冷却和混合。 工业秤可以集成到生产过程中几乎任何点位上。其部分应用领域包括： ■ 检重和完整度检查■ 根据重量分级、分类或计数■ 配方管理系统下的配料■ 检查组分、生产量或产品问题■ 订单收集和出货■ 生产过程统计控制 以上都是秤的一些潜在的应用。 3. 秤的尺寸和量程 4. 要求的称重精度 秤的量程表示了这台秤上可以称量的最大重量或质量。通常，放置在台面上的台秤或案秤可以称量从几毫克到大约30 kg的重量。立秤、地秤可以称重到150 kg左右，而地秤可用于称重超过300 kg的物体。相比之下，在称取大的称重容器和料仓的时候，可以选择用传感器建造料罐秤来使用。无论选择哪一种秤，一定要注意，准备称量的物体重量应当在秤量程的中段。这样做，不仅能防止对灵敏的电气件可能造成的不必要的压力或损坏，也能确保更高的精度。高质量的秤应当内置有过载保护，保护秤不受短时过载或物体不经意掉落到秤台上造成的损坏。 在整个称重行业中，精度作为测量的量化特性一直颇有争议，它是一个没有确定的定义。事实上，精度可以是许多各种因素的相互作用。这些相互作用的因素中，有四个特别重要的量化参数： ■ 分辨率■ 重复性■ 线性■ 测量不确定度 这种保护，从物理意义上来说，是防止电气件和计量部件免受永久性的损害。除了量程而言，秤的负载区域也是在挑选秤的时候需要考虑的因素之一。容器或者样品应当放置在秤台上最优化的称重区域。理想情况下，样品应当放置在秤台的最中央，任何一边都不会悬空。为此，秤的秤台提供了各种形状和尺寸，用于不同情形。这对安装在框架下，使用传感器的料罐秤来说，也是一样的。如果在秤台上称重在实际中很难达成或不可能达成时，就需要用到下部称重，或者称之为底部称重的原理，在秤的下方连接一个吊钩，通过拉力来称重。 分辨率，也指可读性，是指在不管秤的量程是多少，它可以读取到的质量的最小变化。比如，我们有一个重量为114.2318 kg的物体，它如果被放在一台分辨率0.001 kg的秤上，它的读数就是114.318 kg，如果被放置在另一台分辨率为0.01 kg的秤上，它的读数就是114.32 kg。 重复性的定义是指一台秤能够在一定时间段内多次测量或者以不同操作者操作而得到同样显示结果的能力。要确定秤的重复性，可以对同一个测试砝码进行十次称重。从这十次测量结果中可以计算得到其标准偏差，这个结果就等于这台秤的重复性。计算可以人工进行，不过大多数高质量的秤都可以自动进行这项任务。 线性的定义是指秤在其量程范围内对所有重量值的精度偏差，包括在满量程值及量程中段值的偏差。线性测试是合格的年度校正程序中的一个测试项目，应当由专门的人员来执行。 5. 秤的使用环境 测量不确定度是指一定样品的测量重量与其真值之间的差异。称量环境和其它很多因素都会造成其偏差。在有些应用中，必须严格监测测量不确定度。例如美国药典第41章，就明确样品称重时，测量不确定度不可超过被称重量的0.1%。实验室用的秤一般都会按照这个条例行事，现在它在生产过程中（生产秤）上的接受度也越来越高。 5.1 选择建造材料 简单来说，秤可以被分为两个大类：基本型的秤和有着高环境要求的秤。基本型的秤使用一般的材料，譬如塑料、铝合金涂层、喷漆或镀锌的碳钢。一般，这样的秤会用于生产过程中的物流、仓库等环境温度比较干燥，卫生和防腐蚀等要求不是太高的场合。这些场合下，温度的变化都在室温附近，虽然从夏季（高温）到冬季（低温）也有一定的温差，湿度变化也会对秤有所影响，但是一般使用已经足够。 在需要更高清洁等级或者化学兼容和稳定环境下，通常就会使用AISI-304和AISI-316不锈钢。这些被称为奥氏体的抗腐蚀抗氧化不锈钢，在金属表面带有钝化层（金属氧化物或金属氢氧化物），这些钝化层只有几个埃的厚度，但是能有效保护金属和其它来自工作环境或者样品本身的腐蚀性物质相接触。 在食品饮料、日化、油漆涂料行业等和各种大量的化学品相接触的部门，AISI-304不锈钢的优势已经得到了证明。这种材料不仅抗产品所含的腐蚀物，对清洁剂中所含的化学成分也有很好的抗性，不过这种钢材接触特别强的化学物质后会发生变色。 如果需要更好的防护，AISI 316F不锈钢就是更适合的材料。它拥有更高的镍含量，并添加了最多3%的钼。这种材料的抗点蚀性能得到了显著提高，对于氯、盐和酸等强力化学物质有着更好的抗性。需要更深入防护的话，还可以使用AISI 316L不锈钢，这种不锈钢有两种子等级，316 L的碳含量更低，防腐蚀性能更好，而316Ti 添加了钛，可获得更大的拉伸强度，提高间结晶腐蚀抗性。 例如在制药生产等对防腐蚀和清洁有着严格要求的行业中，AISI304或316 L还需要进行电抛光处理。电抛光降低了金属的表面粗糙度，细菌不容易附着。在电抛光过程中，不锈钢制成的阳极工件被浸入到电解池中，并连接电流发生器的正极，负极连接到阴极。通电后，颗粒物从阳极不锈钢工件上转移到阴极。工件的表面粗糙度下降，表面的铬浓度上升。这样，工件的防腐蚀性能提升了，并且降低了微生物污染的可能性。当前的一般粗糙度都能达到< 1 μm，更好的产品可以做到< 0.8 μm或< 0.4 μm. 5.2 外部影响因素 秤安装地点的环境条件是经常被忽视的考虑因素。秤是一种测量仪器，它的任务时确定重量值，同时也需要抵御外界的物理性影响。虽然每台秤都设计可以在一定的温度范围内使用，但是最好仍然要保持一个稳定的温度，保持周围空气稳定。特别大的温度波动会导致传感器中的金属升温并以不同速率膨胀。因此，在温度波动时，称重结果也会波动。一旦秤所在的环境温度有所波动，在使用前就必须等待其适应了新温度后才能使用。现代的秤也有内置电子温度补偿，来抵抗外部的温度影响。 如果样品本身温度特别高或者低，也会传导到传感器，导致结果波动。此时，可以使用陶瓷或者抗温度变化板来做秤台来减少样品和传感器之间的热传导。 对于高精度秤，即使是空气流动都会导致性能偏差。此时需要使用防风罩来降低甚至消除气流的影响。如果秤所处区域有磁场或者地面有振动，对于高精度的秤也会产品负面影响。 虽说这些负面因素对于低精度的秤来说，问题不是那么大，但是采取正确的措施保护秤也是很有必要的。抗震盘是非常有用的附件，不过将秤移动到更平稳的使用地点是更方便的办法。有些行业在做清洁的时候需要用水冲洗，大多数秤都在一定程度上有抗水汽和液体冲洗的能力。不过，这些秤的抗化学腐蚀性需要仔细观察。在有问题的时候，需要采取纠正措施，或者选用更适用的型号（例如带有特定保护措施的设备）。 6. 条例和法规 众多行业都有着各种特定的规则，用在这些行业的工业秤都必须满足这些要求。下面列出的一些条例和法规给出了一些特定行业中适用的要求。我们建议各行各业都需要透彻地研读各自行业的法规和条例。 5.3过程要求 除了上面章节讲到的性能特点之外，秤还可以定制增加其它特点。例如滚轮和特殊的提升机制可以帮助清洁秤台下部。推进斜坡、基坑框架或者超低平台可以方便加载卸载大物重物。除了秤的日常校准之外，还可以额外增加内置预编程软件选项或者可编程应用程序。现在的秤还可以通过蓝牙、RS 232、RS485、TCP/IP、以太网、Profibus或其它接口连接到电脑或者网络中。 国际ECEx、美国NEC、加拿大CEC和欧盟ATEX防护（ATEX为法语Atmospheres Explosibles缩写）都是用于在有爆炸风险的区域中确保使用的电气设备的安全性。设备根据不同组织的标准经过测试，并颁发证书。这些组织包括美国国家标准协会（ANSI）、FM、CSA和国际电工委员会（IEC）等。在ATEX条例下，除了指定主体提供的认证之外，制造厂商的评估声明也是被允许的。 用于生产过程或者用于远程控制操作时，称量结果可以显示在远离秤台的控制中心里。如果秤安装在光线暗淡的区域，背光显示 就可以有效消除读数困难的问题。有些秤只带有三个按键，有些秤甚至带有数字字母键，适合不同的操作需要。图形显示可以生成曲线或者棒图，为用户提供更多信息。譬如棒图或时间曲线能提供帮助描绘统计偏差。此外，现在的秤还可以不同的语言和重量单位显示打印结果。 除了设备认证外，