用设定净重的产品填充容器的方法 【技术领域】
本发明涉及一种通过使用灌装部件，用基准净重的物质填充容器的方法，从而当由称量部件传送容器时，使物质填入容器。
背景技术
已知有许多把净重的物质填充容器的方法。传统上，最简便的方法是把容器放在称量部件上，容器本身位于灌装部件的正下方，由称量部件以测量到的毛重作为函数控制灌装部件的接通和断开。毛重不仅包括容器的重量和容器中所含物质地净重，而且还包括物质射流撞击已包含于容器中物质表面所产生的力。这个力不但作为灌装部件的打开程度的函数而变化，而且还作为物质的粘度的函数而变化，即如果在填充期间物质的粘度改变了，则由称量部件实现的测重是不准的，在称量结束时填入容器的物质的实际净重不等于所需的物质净重。
此外，当断开灌装部件时，在灌装部件和已填入容器中物质表面之间分布的物质的重量(这里叫做“彗尾”重量)，在填充循环结束时被加到最后包含在容器中的物质的重量中。彗尾的重量作为灌装部件喷孔断开前的直径的函数以及根据物质的粘度而变化。在通常的方法中，必须补偿填充期间射流的压力和彗尾的重量，从而在填充结束时容器中得到所需的基准净重的物质。
法国专利2 679 516中揭示了一种填充方法，其中把物质的流速伺服控制为基准流速，并且在预定的恒定时间长度(预先通过把基准净重被基准流速除而计算得到)内实行填充。该方法通过测量几个连续的时间间隔(在此期间假定物质射流对已包含在容器中的物质表面所产生的力保持恒定)内的瞬时流速，可消除射流压力对已包含在容器中的物质表面的影响。从理论上讲，该方法应该非常令人满意，然而，实际上，把流速伺服控制到基准流速并不能使实际流速确定等于基准流速，于是，必须通过在填充后检查实际净重并改变用于随后填充循环的伺服控制电路的参数来进行补偿，从而使实际净重尽可能地接近于基准净重。
【发明内容】
本发明的一个目的是提供一种比已有方法更精确的以基准净重的物质填充一个容器的方法。
为实现此目的，本发明提供的方法包括以下步骤：
用灌装部件控制物质的流动；
对几个连续的时间间隔测量物质填入容器的瞬时流速；
根据每个时间间隔的瞬时流速计算填充入容器的物质的总重量；以及
当计得的总重量达到物质的基准争重减去彗尾重量的值时，停止物质流动。
于是，当瞬时流速从一个时间间隔变化到另一个时间间隔时，在计算包含在容器中的物质的总重量时就自动计入这种流速变化的影响，从而灌装部件断开后包含在容器中的物质的实际净重只受到彗尾重量变化(它们的影响很小，且可精确地估算出来)的影响。
本发明的一个优点在于，该方法也包括以下步骤：
根据在多个时间间隔内算得的总重量，测量在这些时间间隔内的平均流速；
把计得的平均流速与基准平均流速相比较；
从比较推算流速的设定点；以及
以流速设定点为函数控制灌装部件。
虽然填充时间不是决定灌装部件闭合的参数，但它可保证获得极其规则的填充时间，从而可减少填充循环之间“死”期的间隔，这样实现了较高的填充通过量。
依据本发明的另一个优点，该方法也包括以下步骤：
把瞬时流速与流速设定点相比较；以及
以瞬时流速和流速设定点之差为函数控制灌装部件。
本发明的这个方面也用于调整填充时间，从而通过减少填充循环之间的“死”期间隔提高填充通过量。
附图概述
通过阅读以下本发明方法的较佳装置的描述并参考附图可得出本发明的其它特征和优点，其中：
图1是示出本发明较佳装置填充步骤的方框图；以及
图2是示出由本发明的方法实施的填充循环期间的流速图。
本发明的最佳实施方式
参考图1，实现本发明的方法和设备通常包括，连到装在容器3(它本身由称量部件4传送)上方灌装部件2的馈送部件1。例如，馈送部件1可以是用圆盘传送带的旋转平台传送的容器，或者它可以是一个与圆盘传送带隔开并由包括旋转管接头的管道工件连接到其平台的容器。可由离心泵协助来自馈送部件的物质流动。例如，灌装部件2可以是由步进电机以可变速度控制的开口可变的阀或阿基米德螺钉(screw)，电机的转速限定阿基米德螺钉驱动的流速，它特别适用于蛋黄酱等半液体物质或成团的调料等不规则物质。因此，可知采用特定的流速值不能直接控制灌装部件，而只能以一些物理参数(流动截面或螺钉的旋转速度)作为函数进行控制，实际流速不仅与被控制的物理参数有关，还与物质的密度、其粘度和馈送管中的压力等其它参数有关。
该设备也包括对实施本发明方法的各种部件提供公共时基的钟5。
在本发明的较佳设备中，称量部件连到用于测量瞬时流速的部件6(该部件连到控制部件7和计算部件8)。例如，为测量瞬时流速，以千分之一秒的间隔等规则的时间间隔取样来自称量部件4的信号，取给定时刻取样的信号和一个时间间隔前时刻取样的信号之差，然后把此差值被时间间隔的宽度除。首先对控制灌装部件的控制部件7进行瞬时流速测量，然后对计算包含在容器中的物质总重量的计算部件8进行这种测量。用于控制灌装部件的控制部件7也接收流速设定点9，把测得的瞬时流速与它相比较，以从中推算应对灌装部件2施行的控制。
用于计算总重量的部件8通过把瞬时流速与时间间隔的宽度相乘来计算每个时间间隔期间装入容器的物质的重量增量，并通过累加重量增量获得包含在容器中的物质的总净重。可以看出，计算得的总净重与称量部件提供的信号不同，该信号不仅代表包含在容器中的物质的总净重，还代表了容器的重量和物质射流对已包含在容器中的物质自由表面所施加的力，通过预先计算瞬时流速可消除这些干扰因素。实际上，通过对由测量部件6输送到计算部件8的瞬时流速进行积分并使用与测量瞬时流速所用的时基同步的时基而实行累加。
此外，计算部件8接收代表需要装入容器中的物质基准净重的信号10，和代表相应于使用的填充部件和要封装的物质的彗尾重量的信号11。计算部件8把计得的总净重与基准净重和彗尾重量之差相比较，当这两个值相等时，命令控制部件7停止该物质流动。
在示出的本发明较佳设备中，用于计算总重量的部件也把代表在多个时间间隔内装入容器中物质的重量的信号加到用于计算平均流速的部件12(该部件通过把所述时间间隔内装入容器中的物质的重量被所述时间间隔的宽度除来计算所述时间间隔内的平均流速)，它也把得到的信号加到比较器部件13(它也接收代表来自提供基准平均流速的部件14并代表在所述时间间隔内所需的平均流速的信号)。比较器部件13通过取所述基准平均流速和计得的平均流速之差，并通过根据计得的平均流速分别小于或大于基准平均流速把此差值加到或从基准平均流速中减去，来确定流速设定点信号9。基准平均流速本身通过把基准净重被所需填充时间除而计得。当在多个步骤中发生填充时，以将在每个步骤期间填充的物质的净重作为函数和以每个步骤所需的填充时间作为函数计算每个步骤的平均流速。
彗尾重量等于在灌装部件和物质流停止时容器中物质表面之间分布的物质重量。当流动状态和封装物质的密度保持恒定时，可计算彗尾的重量。然而，当那些值不规则时，最好测量彗尾重量并在每个填充循环后对它进行修正。为此，本发明规定在填充结束后使用称量部件测量装入容器中的物质的实际净重。用通常方法计算实际净重，就是从称量部件测量的总重量中减去容器的重量，如果容器的重量充分恒定，则预先存储该值，或在填充前测量空容器的重量，然后在填充期间不断减去此测得的重量。把代表实际净重的信号加到用于把实际净重与基准净重10相比较的比较器部件15，由它通过取基准净重和实际净重之差，以及根据实际净重分别小于或大于基准净重把该差值加入或从先前的彗尾重量中减去来从中推算彗尾重量。彗尾重量的初始值既可从理论上以流动条件和封装物质的特征作为函数来估算，也可通过进行第一个填充循环(在此期间把彗尾重量人为地假定为零)来测量，从而当部件8计算的物质总重量等于基准净重时，停止流动，于是填充后测得的实际争重比基准争重多了等于彗尾重量的一个量。
图2示出以一公斤相对密度为1的物质填充容器的情况下本发明的方法，填充循环包括三个填充阶段。图2示出流速如何作为时间的函数而变化。连续线代表瞬时流速作为时间的函数的变化量，而虚线代表流速设定点作为时间的函数的变化量。每个填充循环包括从时刻t0到时刻t1的第一阶段，这个阶段出现在流速较低处，从而只填充少量物质以防止形成泡沫，以每秒50克(g/s)的基准平均流速在大约1秒内进行该阶段。以时刻t1到t2发生第二阶段，这个阶段将以300g/s的基准平均流速尽可能快的较高流速在大约3秒内进行填充。以时刻t2到时刻t3发生第三阶段，这个阶段将使流动精确地停止。因此在大约1秒内以40g/s较低流速进行第三阶段。直径为12mm而长度为50mm的射流，其彗尾重量大约为5.6克。
因为是参照计得的总重量而不是参照总循环时间来确定停止物质流动的时刻，所以可知仅通过指示可得循环的总宽度。相反，既可在钟5控制的固定时间长度的终点由图1所示的线15(例如，第一阶段后的1秒)从填充的一个阶段转换到另一个阶段，一旦计得的总重量达到中间的重量阈值时，也可由图1示出的线16(在用于计算总重量的部件8与用于加上例中所述50克等基准平均流速的部件之间运行)进行转换。
在填充循环的开始，流速设定点等于基准平均流速，在每个填充阶段期间，从所述阶段的开始计算平均流速。因此在示例中，从等于第一基准流速(即50g/s)的流速设定点DMR1开始填充。在第一时间间隔中，建立物质流动，从而计得的平均流速小于基准平均流速，结果流速设定点如图2中虚线所示逐渐增大。一旦赶上建立物质流动而引起的延迟，则流速设定点逐渐减小到接近于基准平均流速。瞬时流速和流速设定点的实际曲线依赖于每个伺服控制电路的反应速度。在相应于第一填充阶段终点的时刻t1，不论它是否由重量阈值或预先固定的时间宽度来确定的，基准平均流速总是增大到值DMR2，而且也改变了流速设定点，从而暂时采用所述值。如上所述，当以这一较高的流速建立物质流动时，计得的平均流速相对于基准平均流速较晚，从而相对于基准平均流速通过增加来开始流速设定点。因此，应知道在示例中，在把流速设定点伺服控制到基准平均流速的地方，足以改变基准平均流速，且流速设定点将跟踪后一个时间间隔(给出的例子中为千分之一秒)的变化。
在相应于第二阶段终点的时刻t2，基准平均流速取值DMR3。给定了灌装部件的反应惯性，如图2所示第三填充阶段将在计得的平均流速大于基准流速DMR3时开始，因此流速设定点将降到低于基准平均流速。
相应于停止物质流动的时刻t3仅由计得的总重量确定。瞬时流速曲线越接近相应于基准平均流速的直线，则此时刻将越接近于最初进行估算的值。
当然，本发明不只限于执行上述方法，可在其中应用不同的执行方法而不超出权利要求所限定的本发明的范围。
特别是，虽然以上参考一填充循环(它包括三个填充阶段，每个阶段有一恒定的基准平均流速)描述了本发明的方法，但因为是以基准平均流速和计得的平均流速作为函数而伺服控制速率设定点的，所以可通过以计得的总重量作为函数逐渐改变基准平均流速而使流速设定点连续变化。当填充大尺寸的容器时，流速的这种连续变化非常有用，特别是因为它可通过减小流速来减少填充结束时的彗尾重量，这可以通过把基准平均流速逐渐减小到关闭灌装部件以前不久达到的某个最小基准平均流速来实现。通过示例，当用相对密度为0.9的油填充20升的罐头(即18kg的油)时，填充循环可包括第一阶段以1,000g/s的基准平均流速填充1kg油(即，大约在1秒期间)，紧接着第二阶段以2,000g/s的基准平均流速填充16kg油(即，大约在8秒期间)，以及最后阶段，期间计得的总重量每增加2g，基准平均流速就减少2g/s，直至降到50g/s的最小基准平均流速(即，大约为1秒)，从而使物质流动停止后的彗尾重量只有大约5克。因此，也可知流速的任何突变都将在伺服控制回路中引起不规则振荡现象的危险。为防止这类不规则振荡，可相对于测量信号均化控制信号。例如，虽然每千分之一秒对瞬时流速测量一次，且也以相同频度计算总重量，但也可在与加到控制部件7的流速设定点进行比较前以百分之一秒的时间均化瞬时流速，从而保证只有每隔百分之一秒才把命令加到灌装部件。保证在不大于灌装部件实质上能响应的频率的频率施加命令信号是很重要的，特别这是由于移动部分具有惯性的缘故。为尽量减少不规则振荡，也可根据每阶段的变化逐渐改变基准平均流速。
此外，虽然有关瞬时流速和建立流速设定点的伺服控制回路对获得尽可能规则的循环时间有用，但本发明在这方面也可省去这些伺服控制回路，而只保留以计得的总重量作为函数停止物质流动的电路，然后控制灌装部件，使之在每个填充阶段期间以某个恒定值工作(即，对一恒定区域打开，或以恒定速度旋转阿基米德螺钉)。在这些情况下，瞬时流速以馈送压力和物质粘度作为函数以任意方式变化。
也可以采取只伺服控制瞬时流速或流速设定点的折衷的解决方法。在第一种情况下，流速设定点恒定，而把瞬时流速伺服控制到所述流速设定点，因而它在所述设定点值的周围是规则的。
在第二种情况下，根据基准平均流速伺服控制流速设定点，而把所述流述设定点直接加到灌装部件以控制相应的参数(例如，流动截面或阿基米德螺钉的转速)，从而虽然接近于流速设定点，瞬时流速仍以随机方式依赖于流动条件，特别这是因为馈送压力或物质粘度变化的缘故。