一概述
自從20 世紀,40年代初"利用粘貼式電阻應變計的模擬式稱重傳感器問世以來" 經過-* 多年的種種改進與發展"從結構設計$製造工藝到綜合性能指標$穩定性和可靠性都達到較高的水平"在各種電子衡器和稱重計量與控製係統中得到了廣泛的應用! 隨著科學技術的進步"工業過程自動化水平的提高" 特別是數字技術與信息技術的發展"在稱重計量與控製係統中"應用數字技術與數字係統的需求愈來愈多"對衡器行業提出了電子衡器數字化$智能化"用數字稱重係統突破模擬稱重係統的局限性等要求! 眾所周知"數字稱重係統要求稱重傳感器和稱重儀表係統以數字形式輸出! 目前在用的模擬式稱重傳感器"由於電阻應變轉換原理決定了無論采用何種電阻應變計進行製造"其本身都不能產生具有數字特征的輸出信號"而且存在著輸出的模擬信號小"一般為+*.,!/0#傳輸距離短#抗幹擾能力差稱重顯示控製儀表複雜#安裝$調試不方便等先天缺陷! 根本適應不了電子衡器數字化$智能化的要求! 因此"引起了人們對模擬式稱重傳感
器與數字稱重係統接口和數字式智能稱重傳感器的重視"國外一些著名稱重傳感器生產廠家"對此開展了許多研究工作"並取得突破性的科技成果"開發出多種具有自主知識產權的產品。
早在1983年為適應工業過程自動化的需要"美國公司就引入了數字式; 概念並逐步將其應用於稱重領域! 致力於研究采用微處理器技術$數字補償技術"使其與傳統的應變式稱重傳感器技術相結合" 經過多年的努力"開發出搖柱型數字式智能稱重傳感器!美國>$> 公司也在12## 年全美衡器展覽會上"推出了整體型數字式智能稱重傳感器! 兩者都是以模擬式稱重傳感器的基本原理為基礎" 利用現代電
子技術及計算機軟件技術而開發出的新型稱重傳感器。即在模擬式稱重傳感器內部增加放大濾波轉換微處理器芯片和溫度敏感元件等多個元器件"利用標度變換"數字濾波"數字調零"數字補償等技術與工藝製造完成! 數字式智能稱重傳感器的製造工藝"檢測項目"試驗方法"配套的稱重儀表與模擬式稱重傳感器有很大區別!因此"數字式智能稱重傳感器是與稱重儀表等共同研製開發的一項係統工程!
數字式智能稱重傳感器具有輸出信號大"數字信號是一組組高低電平信號"有格式#有規律的組成"一般為"!"$抗射頻電磁場輻射等幹擾能力強信號傳輸距離遠"一般可達#!$%"附加電源後可超過安裝調試方便易實現智能化控製等特點"完全克服了模擬式稱重傳感器的缺點"是數字化電子衡器#自動稱重計量與控製係統#需要自動校準的稱重係統#複雜結構的各類配料秤容積秤和超大型電子衡器的首選產品!
從電子衡器的品種結構用途上看"數字式智能稱重傳感器" 不可能完全取代模擬式稱重傳感器"在今後一個比較長的時期內"模擬式稱重傳感器"仍然是稱重傳感器發展與應用的主流! 但我們必須重視並認真研究數字式智能化稱重傳感器及其在數字稱重係統中的應用!
二數字化與數字式稱重傳感器的區別
模擬式稱重傳感器的被測重量參數雖然最初是由敏感元件以模擬形式給出"但都還要轉換成模擬電壓或模擬電流! 在製造工藝#電路補償與調整#信號調理# 模一數轉換等方麵已經積累了很多經驗"因而應用麵比較廣泛! 但其輸出信號小"傳輸距離短"抗幹擾能力差"各補償項目交互作用"電路補償與調整工藝複雜"不但耗時費力而且補償精度較低等缺陷"決定了模擬式稱重傳感器向數字式智能化方向發展"隻能寄生於應變電橋之外的數字轉換單元"變模擬信號為數字信號! 因而"出現了兩種數字轉換途徑"一種是將模擬式稱重傳感器的輸出信號"通過安裝在其內部的數字變送器"變為數字信號輸出"通常稱為數字化稱重傳感器! 即%模擬式稱重傳感器’數字變送器!數字化稱重傳感器數字變送器可以作得很小" 稱為數字變送模塊"一般都將它固定在模擬式稱重傳感器的接線盒內"即方便調試又有利於密封! 數字化稱重傳感器的力學和溫度性能指標"都是以模擬式稱重傳感器製造工藝和電路補償與調整技術為基礎的"數字變送器隻是將模擬輸出信號數字化"並不能提高各項性能指標! 相反"如果數字變送器質量不佳"還會損失一些固有的性能"因而生產廠家通常挑選那些電路補償精度高"綜合性能好的模擬式稱重傳感器進行數字化處理!
另一種是徹底脫離模擬式稱重傳感器的製造工藝和傳統的電路補償與調整技術"開發新型的數字式智能稱重傳感器! 它是在彈性元件貼片#固化#後固化和布線組橋後"就脫離模擬式稱重傳感器的製造工藝! 通過由放大"濾波"()* 轉換"微處理器芯片"溫度敏感元件等元器件組成的數字式電路"以及標度變換"數字濾波"數字調零"數字補償等軟件技術"使稱重傳感器輸出的數字信號成為一組組有格式#有規律的高低電平信號"經過效率高#可靠性好的接口實現遠距離傳輸! 即%彈性元件電橋電路+數字式智能化電路’數字補償技術與工藝!數字式智能稱重傳感器典型的模擬式稱重傳感器係統的模一數變換器隻有#&&,-./比特0"即有!$$$$ 個可用計數"而數字稱重係統中的每一個數字式智能稱重傳感器的分辨率為1$&,-."即有個可用計數! 所以"一個由2 隻數字式智能稱重傳感器組成的數字式稱重係統"可以提供可用計數的分辨率! 這種高分辨率對數字稱重係統"特別是對那些大的死載"小的活載的稱重係統是至關重要的! 這在傳統的模擬式稱重傳感器組成的稱重係統中是很難實現的!模擬式稱重傳感器"基本上是手工化生產"人為的因素對產品質量影響較大! 零點溫度"靈敏度溫度"線性#滯後#蠕變等補償方法和補償工藝還不夠完善"各項補償之間交互作用"不可避免的產生殘餘誤差"限製了準確度和穩定性的進一步提高!數字式智能稱重傳感器"基本上是自動化生產"人為的因素對產品質量影響很小! 其數字調零"標度變換"溫度補償"線性#滯後#蠕變補償等"都是通過內部的微處理器收集#處理並存儲各種數據! 由於采用’數據庫(技術"使得微處理器能不斷的對數據進行識別和校正"使其具有更多的智能"發揮更大的作用! 可見數字處理電路和軟件設計是實現數字補償技術與工藝的重要環節!
三數字式智能稱重傳感器
數字式智能稱重傳感器有兩種實現方法或者說有兩種結構形式"即整體型和分離型!
3整體型數字式智能稱重傳感器
如前所述" 在稱重傳感器內部安裝有放大#濾波
4* 轉換"微處理器芯片和溫度敏感元件等組成
的數字處理電路"利用微處理器芯片已存入的軟件"實施各項數字補償工藝!進行綜合性能測試和檢定!最後采用電子束焊或激光焊進行密封" 因數字變換與補償電路和稱重傳感器為一整體!故稱為整體型數字式智能稱重傳感器"數字式智能稱重傳感器的製造工藝完全不同於模擬式稱重傳感器" 主要是兩個環節!其一是在彈性元件組成惠斯登電橋電路後!通過試驗#測試#建立數字補償技術與工藝要求的各補償項目的數學模型!形成便於程序化計算的公式!便於編製成補償計算軟件" 主要是線性補償!蠕變補償!零點和靈敏度溫度補償等數學模型" 因為!數字補償技術與工藝是建立在合理的物理模型和數學模型基礎上!給出準確#可靠的數學模型是保證數字補償精度的前提"其二是根據數學模型編製出簡單#實用#有效的補償計算軟件!存儲在微處理器芯片中進行各項誤差修正與補償" 軟件技術主要有$數字濾波技術一稱重傳感器的模擬輸出信號!經!"# 變換後進入微處理器時!常混進尖脈衝之類的隨機噪聲幹擾!必須予以削弱和濾除%標度變換技術&稱重傳感器的模擬信號!經!"# 變換後得到一係列的數碼!必須將其換算成帶有量鋼的數據後才能運算#顯示%數字調零技術一采用各種程序來實現零點漂移#增益漂移等偏差校準%溫度補償技術一建立表達溫度的數學模型$如多項式等%!用差值等數學處理方法!便可有效的實現溫度補償%非線性補償技術&根據測得的特性曲線!進行分段插值!隻要插值點數取得合理和足夠多!就可獲得優良的線形"
 我國數字式智能稱重傳感器的研究開發始於!" 世紀#" 年代中後期!在短短幾年時間裏!研製出安裝在模擬式稱重傳感器內部的小型數字化單元!完成了模擬信號與數字信號之間的轉換!變模擬式稱重傳感器為數字化稱重傳感器!並應用於大型電子汽車衡和電子配料秤等小型稱重係統中!取得了較好的測試結果" 近年來!又在數字化稱重傳感器的基礎上!研究與實踐數字式智能化電路!數字補償技術與數字補償工藝!開發整體型數字式智能稱重傳感器和分離型模塊化數字稱重傳感器係統!已經取得了階段性成果" 可以預計!很快就會在電子衡器數字化和數字稱重係統中!見到國產的數字式智能稱重傳感器和模塊化數字式稱重傳感器係統"。

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