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一、前言

隨著動(dòng)態(tài)稱重的應(yīng)用越來越多, 動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)也得到了較快地發(fā)展, 同時(shí)也是稱重技術(shù)的發(fā)展方向。本文簡單分析了現(xiàn)有動(dòng)態(tài)稱重儀表的現(xiàn)狀, 對常用的模數(shù)(A / D )轉(zhuǎn)換方式進(jìn)行了分析。稱重技術(shù)的應(yīng)用范圍也越來越廣, 隨著社會節(jié)奏的加快和效率的提高, 市場對動(dòng)態(tài)稱重的需求也越來越多, 已成為一個(gè)新的技術(shù)和市場熱點(diǎn)。

稱重儀表作為電子衡器的大腦中樞, 它融合了當(dāng)今先進(jìn)的信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù), 在動(dòng)態(tài)稱重中將起到關(guān)鍵作用, 因此在設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)電子衡器時(shí)應(yīng)首先設(shè)計(jì)或選擇一種合適的動(dòng)態(tài)稱重儀表。
二、動(dòng)態(tài)稱重儀表的技術(shù)現(xiàn)狀
動(dòng)態(tài)稱重儀表是所有動(dòng)態(tài)衡器所用儀表的統(tǒng)稱, 是指被稱物體在運(yùn)動(dòng)中就能得到其質(zhì)量的儀表, 不同的應(yīng)用場合對稱重儀表有不同的功能、指標(biāo)和參數(shù)的要求。在目前的情況下, 動(dòng)態(tài)稱重儀表主要有動(dòng)態(tài)軌道衡用儀表、定量秤用儀表、配料秤用儀表、皮帶秤用儀表、動(dòng)態(tài)汽車衡用儀表等, 它們各有自己的特殊要求, 但同時(shí)又有共同的一點(diǎn): 那就是高的采樣速率, 即高的A / D 轉(zhuǎn)換速率。在現(xiàn)有動(dòng)態(tài)稱重儀表中, 高速A / D 轉(zhuǎn)換主要有積分式、∑一△ 式、逐次逼近式等, 它們各有優(yōu)缺點(diǎn), 其中積分式和∑一△ 式A / D 轉(zhuǎn)換應(yīng)用較多, 尤其∑一△ 式A / D 轉(zhuǎn)換風(fēng)頭正緊, 這從產(chǎn)品廣告中可以看出。
三、關(guān)于∑一△ 式A / D 轉(zhuǎn)換
∑一△ 式A / D 轉(zhuǎn)換的基本原理是以很低的采樣分辨率(1 位)和很高的采樣速率將模擬信號數(shù)字化, 通過使用過采樣、噪聲整形和數(shù)字濾波等方法增加有效分辨率, 然后再對輸出進(jìn)行采樣抽取處理以降低有效采樣速率。所謂過采樣就是在直流輸人信號上疊加一個(gè)交流信號, 并用比這交流信號頻率高得多的采樣頻率進(jìn)行采樣, 此時(shí)得到的數(shù)字輸出值將是變化的, 用這些采樣結(jié)果的平均值表示A D C 的轉(zhuǎn)換結(jié)果便能得到比用同樣A D C 高得多的采樣分辨率。
∑一△ 式A / D 轉(zhuǎn)換最早應(yīng)用于音頻方面, 最近幾年方才應(yīng)用于衡器行業(yè), 其顯著的特點(diǎn)是采樣速率快, 達(dá)到ro o 次/ 秒以上, 分辨率高, 達(dá)到24位, 正是看中了∑一△ 式A / D 轉(zhuǎn)換器的高速率和高分辨率的特點(diǎn), 方才將其應(yīng)用于動(dòng)態(tài)稱重儀表中。隨著應(yīng)用的增多, ∑一△式A / D 轉(zhuǎn)換器的缺點(diǎn)也越來越明顯, 抗干擾性差, 有效分辨率達(dá)不到器件所說位數(shù)(16 位的∑一△ 式A / D 轉(zhuǎn)換器只能達(dá)到12 一14 位的應(yīng)用精度,24 位的∑一△ 式A / D 轉(zhuǎn)換器只能達(dá)到2 0 位的應(yīng)用精度。
, 同時(shí)由于∑-△ 式A / D 轉(zhuǎn)換內(nèi)的數(shù)字濾波器需要較長的建立時(shí)間, 并且這些器件大多采用串行輸出, 這些均造成實(shí)際的有效采樣速率大大下降, 影響了實(shí)際使用效果。在實(shí)際應(yīng)用中達(dá)不到器件所說的分辨率和轉(zhuǎn)換速率。
四、關(guān)于積分式A / D 轉(zhuǎn)換
積公式A / D 轉(zhuǎn)換器是稱重儀表中最常用的一種A / D 轉(zhuǎn)換形式, 已經(jīng)被大家所熟知, 其實(shí)質(zhì)是測量和比較兩個(gè)(或三個(gè)) 積分的時(shí)間, 一個(gè)是對模擬輸人電壓積分的時(shí)間T 。, 此時(shí)間往往是固定的, 另一個(gè)是以充電后的電壓為初值, 對參考電壓V Re ; 反向積分, 積分電容對放電指令所需的時(shí)間T j。模擬輸人電壓V i 與參考電壓V Re : 之比, 等于上述兩個(gè)時(shí)間之比。其雙積分的波形如圖所示。
由于T O 、v Re f 為己知的固定常數(shù), 因此反向積分時(shí)間T i(對VRo f 反向積分)與輸人模擬電壓V, 在To 時(shí)間內(nèi)的平均值成正比。輸人電壓V ; 愈高,V 、愈大, Ti就愈長。在Ti 開始時(shí)刻, 控制邏輯同時(shí)打開計(jì)數(shù)器的控制門開始計(jì)數(shù), 直到積分器恢復(fù)到零電平時(shí), 計(jì)數(shù)停止。則計(jì)數(shù)器所計(jì)出的數(shù)字即正比于在輸人電壓V *在T0 時(shí)間內(nèi)的平均值, 于是完成了一次A / D 轉(zhuǎn)換。
由于雙積分式A / D 轉(zhuǎn)換是側(cè)量輸人電壓V 、在T 。時(shí)間內(nèi)的平均值, 所以對常態(tài)干擾(串模干擾)有很強(qiáng)的抑制作用, 尤其對正負(fù)波形對稱的干擾信號, 抑制效果更好。
雙積分式A / D 轉(zhuǎn)換器電路簡單, 抗千擾能力強(qiáng), 精度高, 但轉(zhuǎn)換速度較慢, 只適合靜態(tài)儀表, 不適合動(dòng)態(tài)儀表。為了保持優(yōu)點(diǎn), 克服缺點(diǎn), 滿足動(dòng)態(tài)儀表的要求, 人們對其進(jìn)行了改進(jìn), 設(shè)計(jì)出了多積分式A / D 轉(zhuǎn)換器, 使分辨率達(dá)到1 / 20 萬以上(相當(dāng)于18 位), 采樣速率達(dá)到70 次/ 秒, 完全可以滿足動(dòng)態(tài)
儀表的要求。
五、關(guān)于A / D 內(nèi)碼數(shù)(分辨率)

在稱重儀表中,A / D 內(nèi)碼數(shù)(分辨率) 是比較重要的一項(xiàng)指標(biāo), 在前幾年, 這項(xiàng)指標(biāo)被某些廠家作為一個(gè)賣點(diǎn), 說其儀表內(nèi)分辨率達(dá)到1 / 1 0 萬(20 位)以上?？蓪?shí)際有效內(nèi)分辨率達(dá)不到這個(gè)指標(biāo)。由于電子衡器大都在15 0 到6 0 0 個(gè)分度范圍內(nèi), 其所用稱重儀表按10 個(gè)內(nèi)碼折算一個(gè)分度, 則6 萬個(gè)內(nèi)碼以上即可滿足一般電子衡器的需要, 再考慮其它因素, 儀表有效內(nèi)碼數(shù)在20 萬左右即可滿足要求, 若再高將徒勞無益。
六、關(guān)于采樣速率
在動(dòng)態(tài)稱重儀表中, 采樣速率也是一個(gè)很關(guān)鍵的指標(biāo), 它直接影響儀表的反應(yīng)速度。根據(jù)采樣定理得知采樣頻率至少應(yīng)大于被測信號頻譜中的最高頻率的兩倍, 采樣頻率越高, 越能反映被測信號變化的真實(shí)情況, 但也不是越高越好。
在現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)衡器中, 稱重傳感器產(chǎn)生的信號頻率均不高, 一般在20 H z 以下, 因此最高采樣速率一般在60 次/ 秒即可滿足要求。
七、實(shí)際應(yīng)用情況
任何事情都不是一成不變的, 都應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行針對性的分析研究, 確定最佳的設(shè)計(jì)方案。筆者從事了多年的儀表研究工作, 對多種情況進(jìn)行了研究和比較, 并將結(jié)論應(yīng)用到實(shí)際工作中, 取得了較好的效果。
總的來說, 積分式A / D 轉(zhuǎn)換的應(yīng)用效果較好,抗干擾能力強(qiáng), 控制精度高, 可根據(jù)具體產(chǎn)品的特性, 選擇合適的內(nèi)分辨率和采樣速率, 達(dá)到最佳精度和速度的結(jié)合。
八、結(jié)束語
動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)的研究方興未艾, 是衡器的發(fā)展方向, 動(dòng)態(tài)稱重儀表應(yīng)首當(dāng)其沖, 為我國衡器的發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。動(dòng)態(tài)稱重的理論研究更應(yīng)加大力度, 為我國的衡器發(fā)展指明方向。

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