1　 國內外電子稱重技術現狀

電子衡器(或電子秤)是配有電子稱量裝置的衡器, 主要由稱重傳感器 、承載器(俗稱秤架)、稱重儀表 3 部分組成。 電子衡器的工作原理是將作用在承載器上的質量或力的大小, 通過稱重傳感器轉換為與之成正比的電信號, 並且, 以模擬或數字量的形式在稱重儀表上顯示出來。 

表 1為電子衡器分類表國內從 20世紀 60 年代中期開始研製和生產電子秤, 初期為模擬指針式, 20 世紀80 年代中後期發展成數字式, 20世紀 90年代末至 21 世紀初已研製開發出微機式產品。 

電子衡器準確度對比表。 總體來說, 目前國內電子衡器的發展水平相當於發達國家 20世紀 90 年代的水平。 少數產品的技術已處於國際領先水平, 例如中船重工集團第七 ★七研究所研製的 HW-2000動態汽車衡的幾項新技術:無開關判別車輛、淺基坑整體秤台和無基坑結構以及防作弊功能。

國內電子衡器數量所占比例僅為衡器的 6.6%;品種少, 功能不齊全;關鍵元器件的穩定性和可靠性與進口產品比較還有差距。
 

2　 電子稱重技術發展趨勢

發達國家在電子稱重方麵, 無論從技術水平、品種和規模等方麵都達到了較高水平, 特別是在準確度、長期穩定性和可靠性等方麵都有了很大的提高。 靜態商用秤已做到 OIML 規定的3 000 d, 最高可做到6 000 d;在穩定性方麵要求1 年內不允許超差;在可靠性方麵稱重傳感器在正常使用條件下的壽命一般在 10 年以上, 儀表的平均故障間隔時間(MTBF)都超過了2 000h, 有些產品達到了5 000 h;工業用電子秤的準確度一般能做到0.1%～ 0.3%左右。

2.1　 稱重傳感器

稱重傳感器是電子稱重的核心部件, 從原理上分為電阻應變式、壓磁式、振弦式等。電阻應變式稱重傳感器因製作簡單、工藝成熟、準確度高(最高準 確度 目前 可做 到非 線性、重複 性、滯後 指標 優於0.01%), 占據著稱重傳感器 90%以上的市場份額。 電阻應變式稱重傳感器用於靜態、動態條件下質量或力的測量, 在工業生產過程檢測、控製、自動稱量等領域已大量應用。 隨著工業控製係統向數字化發展, 近幾年來數字式稱重傳感器被開發並已得到應用, 數字式稱重傳感器可由微處理器對常規橋路進行補償和調整, 進行非線性、滯後、蠕變等性能的修正, 從而大大提高稱重傳感器的性能。 由於它直接輸出數字量, 大大提高了傳輸中的抗幹擾能力, 並使得與計算機的通信極為方便。 由於取消了儀表中的模擬放大、A/D 轉換等環節, 使儀表大為簡化。壓磁式稱重傳感器的代表廠家是 ABB 公司, 該傳感器輸出功率大, 過載能力強, 可在高溫、潮濕、多塵等惡劣環境條件下長期工作。
振弦式稱重傳感器的代表廠家是瑞士哈斯勒(HASLER)公司, 該公司采用的 SFT 振弦式稱重傳感器的電子皮帶秤已在國內有較多應用。 這種稱重傳感器的特點如下:重複性、線性為滿刻度的 0.01%, 穩定性為 0.03%, 與電阻應變式稱重傳感器的指標大體相當;微小的被測力變化可產生較大的頻率變化,分辨率高達百萬分之一, 靈敏度高;直接數字稱重, 被處理的信號及輸出信號都是數字信號, 處理過程無 A/ D、D/A 轉換 , 運算精確度高;抗電氣幹擾、抗振動幹擾能力強;傳感器內裝有溫度傳感器, 溫度補償靈敏度可達 0.000 1%/ ℃;非位移式測量原理, 測量過程幾乎無位移發生, 不影響秤架的校準狀態;有動態過載保護裝置;最多 15 台傳感器可在同一根串行總線上傳遞信號, 最大傳送距離為 500 m, 因此, 這種稱重傳感器是未來傳感器發展的一個方向。
 

2.2　 秤架

2.2.1　 單杠杆式秤架

隻有一組稱量杠杆, 其上支撐了一組或幾組稱量托輥, 秤架通常由稱量杠杆、支點、平衡重物等組成, 結構較簡單, 但稱量準確度不高, 精度通常為 1%～ 2%。

2.2.2　 雙杠杆式秤架

由對稱的兩組稱量杠杆組成, 每組稱量杠杆上支撐了一組或幾組稱量托輥, 秤架結構複雜, 秤體龐大, 但它的兩組稱量杠杆在稱量過程中可以抵消一些水平分力(如皮帶張力 、皮帶跑偏引起的側向力)對稱量精確度的影響, 所以秤架性能穩定, 稱量精確度較高, 精度通常為 0.25%～ 0.5%。

2.2.3　 懸臂式秤架

通常是在專用的短皮帶輸送機上采用, 短皮帶輸送機的整體隻由支點和稱重傳感器承重, 這種秤架隻用於尺寸短小的定量給料機或專用的計量皮帶秤, 稱量精確度中等, 精度通常在1%左右。

2.2.4　 懸浮式秤架

懸浮式秤架類似靜態稱重的稱重平台, 稱重平台上支撐了一組或幾組稱量托輥, 它的特性優於上述其他各種結構形式的秤架。 比如美國拉姆齊(RAMSEY)公司在有 4 組稱量托輥的秤架中, 17型雙杠杆式準確度指標為 0.25%, 而 14 型懸浮式準確度指 標為 0.125%。 懸浮 式秤 架的 精 度通 常 在 0.125% ～0.25%。 國內銅陵三愛思公司的單托輥秤 SSS -50ICS、徐州三原公司的單托輥秤 ICS-30A 都采用了無支點、無杠杆、雙稱重傳感器的懸浮式秤架結構。 從總體性能來看, 懸浮式結構的秤架將是未來秤架的一個發展方向。

2.3　 稱重儀表

稱重儀表從早期的模擬式儀表, 發展到現在的微機式儀表。 儀表精度從 0.1%、0.05%發展到 0.01%。 微機式儀表有單片機、PLC、工業 PC、嵌入式 PC 等形式。 微機式稱重儀表采用了低漂移高增益放大器、高分辨率 A/D 轉換器、閃存、電可擦存儲器和非易失性隨機存儲器、RS-232/ RS-485 通信標準、現場總線等技術, 使其性能和功能都有了很大提高。 同時, 還應用了∑ -Δ調製型模數轉換器和印刷電路板的表麵安裝等新技術。 這些新技術的采用, 進一步提高了稱重儀表的性能和可靠性, 並為儀表小型化創造了有利條件。 在性能上已能做到:非線性優於 0.01%, 靈敏度優於 0.2 V/ d, A/D 轉換速度一般為10～ 30 次/ s, 用於動態稱重時可達 100 次/ s 以上。 功能上包括:各種參數的設定, 如分度值、量程、校準參數、計算係數、皮重等設定;零點自動跟蹤;自動去皮;量程自動校準;動態檢測;開機自檢和故障診斷;停電數據保護;超載報警;非線性補償;以及毛重、淨重、皮重和累加值的顯示等。 為了便於與計算機通信, 現在的稱重儀表都配有輸入/ 輸出接口, 如 RS-232C、RS-485、20 mA 電流環、模擬量(4～ 20 mA)以及繼電器輸出等。為了適應各種應用的需要, 當前稱重儀表發展的一個趨勢是:通過硬件或軟件的積木式組合來實現不同的功能需求。 稱重儀表另一個發展趨勢是小型化。 小型或微型儀表主要用於小型生產設備和移動的稱重係統中, 例如定量包裝秤、叉車秤、貨車秤、可移動的台秤等。

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