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1　 國內(nèi)外電子稱重技術(shù)現(xiàn)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(zhì)量或力的大小, 通過稱重傳感器轉(zhuǎn)換為與之成正比的電信號, 并且, 以模擬或數(shù)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(nèi)從 20世紀(jì) 60 年代中期開始研制和生產(chǎn)電子秤, 初期為模擬指針式, 20 世紀(jì)80 年代中后期發(fā)展成數(shù)字式, 20世紀(jì) 90年代末至 21 世紀(jì)初已研制開發(fā)出微機(jī)式產(chǎn)品。 

電子衡器準(zhǔn)確度對比表。 總體來說, 目前國內(nèi)電子衡器的發(fā)展水平相當(dāng)于發(fā)達(dá)國家 20世紀(jì) 90 年代的水平。 少數(shù)產(chǎn)品的技術(shù)已處于國際領(lǐng)先水平, 例如中船重工集團(tuán)第七 ★七研究所研制的 HW-2000動態(tài)汽車衡的幾項(xiàng)新技術(shù):無開關(guān)判別車輛、淺基坑整體秤臺和無基坑結(jié)構(gòu)以及防作弊功能。

國內(nèi)電子衡器數(shù)量所占比例僅為衡器的 6.6%;品種少, 功能不齊全;關(guān)鍵元器件的穩(wěn)定性和可靠性與進(jìn)口產(chǎn)品比較還有差距。
 

2　 電子稱重技術(shù)發(fā)展趨勢

發(fā)達(dá)國家在電子稱重方面, 無論從技術(shù)水平、品種和規(guī)模等方面都達(dá)到了較高水平, 特別是在準(zhǔn)確度、長期穩(wěn)定性和可靠性等方面都有了很大的提高。 靜態(tài)商用秤已做到 OIML 規(guī)定的3 000 d, 最高可做到6 000 d;在穩(wěn)定性方面要求1 年內(nèi)不允許超差;在可靠性方面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(chǎn)品達(dá)到了5 000 h;工業(yè)用電子秤的準(zhǔn)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(yīng)變式、壓磁式、振弦式等。電阻應(yīng)變式稱重傳感器因制作簡單、工藝成熟、準(zhǔn)確度高(最高準(zhǔn) 確度 目前 可做 到非 線性、重復(fù) 性、滯后 指標(biāo) 優(yōu)于0.01%), 占據(jù)著稱重傳感器 90%以上的市場份額。 電阻應(yīng)變式稱重傳感器用于靜態(tài)、動態(tài)條件下質(zhì)量或力的測量, 在工業(yè)生產(chǎn)過程檢測、控制、自動稱量等領(lǐng)域已大量應(yīng)用。 隨著工業(yè)控制系統(tǒng)向數(shù)字化發(fā)展, 近幾年來數(shù)字式稱重傳感器被開發(fā)并已得到應(yīng)用, 數(shù)字式稱重傳感器可由微處理器對常規(guī)橋路進(jìn)行補(bǔ)償和調(diào)整, 進(jìn)行非線性、滯后、蠕變等性能的修正, 從而大大提高稱重傳感器的性能。 由于它直接輸出數(shù)字量, 大大提高了傳輸中的抗干擾能力, 并使得與計(jì)算機(jī)的通信極為方便。 由于取消了儀表中的模擬放大、A/D 轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié), 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(qiáng), 可在高溫、潮濕、多塵等惡劣環(huán)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(nèi)有較多應(yīng)用。 這種稱重傳感器的特點(diǎn)如下:重復(fù)性、線性為滿刻度的 0.01%, 穩(wěn)定性為 0.03%, 與電阻應(yīng)變式稱重傳感器的指標(biāo)大體相當(dāng);微小的被測力變化可產(chǎn)生較大的頻率變化,分辨率高達(dá)百萬分之一, 靈敏度高;直接數(shù)字稱重, 被處理的信號及輸出信號都是數(shù)字信號, 處理過程無 A/ D、D/A 轉(zhuǎn)換 , 運(yùn)算精確度高;抗電氣干擾、抗振動干擾能力強(qiáng);傳感器內(nèi)裝有溫度傳感器, 溫度補(bǔ)償靈敏度可達(dá) 0.000 1%/ ℃;非位移式測量原理, 測量過程幾乎無位移發(fā)生, 不影響秤架的校準(zhǔn)狀態(tài);有動態(tài)過載保護(hù)裝置;最多 15 臺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(fā)展的一個方向。
 

2.2　 秤架

2.2.1　 單杠桿式秤架

只有一組稱量杠桿, 其上支撐了一組或幾組稱量托輥, 秤架通常由稱量杠桿、支點(diǎn)、平衡重物等組成, 結(jié)構(gòu)較簡單, 但稱量準(zhǔn)確度不高, 精度通常為 1%～ 2%。

2.2.2　 雙杠桿式秤架

由對稱的兩組稱量杠桿組成, 每組稱量杠桿上支撐了一組或幾組稱量托輥, 秤架結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 秤體龐大, 但它的兩組稱量杠桿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(cè)向力)對稱量精確度的影響, 所以秤架性能穩(wěn)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(jī)上采用, 短皮帶輸送機(jī)的整體只由支點(diǎn)和稱重傳感器承重, 這種秤架只用于尺寸短小的定量給料機(jī)或?qū)Ｓ玫挠?jì)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(tài)稱重的稱重平臺, 稱重平臺上支撐了一組或幾組稱量托輥, 它的特性優(yōu)于上述其他各種結(jié)構(gòu)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型雙杠桿式準(zhǔn)確度指標(biāo)為 0.25%, 而 14 型懸浮式準(zhǔn)確度指 標(biāo)為 0.125%。 懸浮 式秤 架的 精 度通 常 在 0.125% ～0.25%。 國內(nèi)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(diǎn)、無杠桿、雙稱重傳感器的懸浮式秤架結(jié)構(gòu)。 從總體性能來看, 懸浮式結(jié)構(gòu)的秤架將是未來秤架的一個發(fā)展方向。

2.3　 稱重儀表

稱重儀表從早期的模擬式儀表, 發(fā)展到現(xiàn)在的微機(jī)式儀表。 儀表精度從 0.1%、0.05%發(fā)展到 0.01%。 微機(jī)式儀表有單片機(jī)、PLC、工業(yè) PC、嵌入式 PC 等形式。 微機(jī)式稱重儀表采用了低漂移高增益放大器、高分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換器、閃存、電可擦存儲器和非易失性隨機(jī)存儲器、RS-232/ RS-485 通信標(biāo)準(zhǔn)、現(xiàn)場總線等技術(shù), 使其性能和功能都有了很大提高。 同時, 還應(yīng)用了∑ -Δ調(diào)制型模數(shù)轉(zhuǎn)換器和印刷電路板的表面安裝等新技術(shù)。 這些新技術(shù)的采用, 進(jìn)一步提高了稱重儀表的性能和可靠性, 并為儀表小型化創(chuàng)造了有利條件。 在性能上已能做到:非線性優(yōu)于 0.01%, 靈敏度優(yōu)于 0.2 V/ d, A/D 轉(zhuǎn)換速度一般為10～ 30 次/ s, 用于動態(tài)稱重時可達(dá) 100 次/ s 以上。 功能上包括:各種參數(shù)的設(shè)定, 如分度值、量程、校準(zhǔn)參數(shù)、計(jì)算系數(shù)、皮重等設(shè)定;零點(diǎn)自動跟蹤;自動去皮;量程自動校準(zhǔn);動態(tài)檢測;開機(jī)自檢和故障診斷;停電數(shù)據(jù)保護(hù);超載報(bào)警;非線性補(bǔ)償;以及毛重、凈重、皮重和累加值的顯示等。 為了便于與計(jì)算機(jī)通信, 現(xiàn)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(huán)、模擬量(4～ 20 mA)以及繼電器輸出等。為了適應(yīng)各種應(yīng)用的需要, 當(dāng)前稱重儀表發(fā)展的一個趨勢是:通過硬件或軟件的積木式組合來實(shí)現(xiàn)不同的功能需求。 稱重儀表另一個發(fā)展趨勢是小型化。 小型或微型儀表主要用于小型生產(chǎn)設(shè)備和移動的稱重系統(tǒng)中, 例如定量包裝秤、叉車秤、貨車秤、可移動的臺秤等。

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